[发明专利]制备采用硅烷进行表面改性的纳米刚玉的方法

说明书

技术领域

本发明涉及采用硅烷进行表面改性的纳米刚玉(α-Al₂O₃)的制备。

背景技术

微细氧化铝粉末特别地用于陶瓷应用，用于有机或金属层的基质增强，用作填料、抛光粉末，用于制备磨料，用作涂料和层压材料中的添加剂以及用于其他特殊应用。为了用于层压材料中，往往使氧化铝粉末还采用硅烷进行表面改性以便获得对树脂层更好的适应性。这里，粘附性和光学性能都得到改进。这于是在雾度降低中反映出来。用于调色剂中的采用硅烷改性的热解氧化铝也是已知的(DE 42 02694)。

由Al₂O₃组成而且其表面采用硅烷改性的纳米粒子在WO 02/051376中有描述。这些粒子的制备由市售Al₂O₃开始，其接着用硅烷处理。因而在两个单独的步骤中进行纳米粒子的制备和其改性。市售纳米刚玉(α-Al₂O₃)呈粉末形式。然而，由于高表面能，纳米粒子总是附聚从而形成较大的附聚物，使得实际上它不是真正的纳米粒子。根据WO02/051 376的采用硅烷涂覆的粒子也相应地较大。

发明内容

现已发现，当较粗大的α-Al₂O₃附聚物在添加硅烷的条件下在有机溶剂存在下解附聚时，可以制备采用硅烷改性的具有非常小的粒子尺寸的α-Al₂O₃纳米粒子。

因此，本发明提供制备采用硅烷改性的纳米刚玉的方法，其包括使纳米刚玉的附聚物在有机溶剂和硅烷的存在下解附聚。

本发明的方法由较大的由纳米刚玉微晶组成的附聚物开始，其中术语“纳米刚玉”通常是指平均粒子尺寸为1-200nm、优选1-100nm的粒子。这些附聚物本身是已知的而且可以例如通过下述方法制备：

化学合成多数是带有随后煅烧的沉淀反应(氢氧化物沉淀，有机金属化合物的水解)。在此为了降低变成α-氧化铝的转变温度，往往加入结晶晶核。将如此获得的溶胶进行干燥并在此转化成凝胶。然后在350℃-650℃的温度下进行进一步煅烧。为了向α-Al₂O₃转化，接着必须在约1000℃的温度下进行退火。该方法在DE 199 22 492中得到详细描述。

获得纳米材料的另一途径是气溶胶法。这里，由前体气体的化学反应或经由过饱和气体的快速冷却获得所需的分子。通过分子簇的碰撞或持续处于平衡中的分子簇蒸发和冷凝而形成粒子。新形成的粒子由于与产物分子的进一步碰撞(冷凝)和/或与粒子的进一步碰撞(凝聚)而生长。如果凝聚速率大于新生成的速率或生长速率，则形成球形初级粒子的附聚物。

火焰反应器是基于该原理的制备变型。这里，通过1500℃-2500℃的火焰中前体分子的分解形成纳米粒子。可以提及的实例为TiCl₄、SiCl₄和Si₂O(CH₃)₆在甲烷/O₂火焰中的氧化，其产生TiO₂和SiO₂粒子。使用AlCl₃时，迄今为止只可以制成相应的矾土。火焰反应器当前在工业规模上用于亚微米粒子的合成，例如炭黑、颜料TiO₂、二氧化硅()和矾土。

也可以借助于离心力、压缩空气、声波、超声波和其他方法甚至从液滴形成小粒子。然后通过直接热解或通过与其他气体的原位反应使液滴转化成粉末。可以提及的已知方法为喷雾干燥和冷冻干燥。在喷雾热解中，前体液滴输送通过高温场(火焰、炉子)，这导致易挥发性组分的快速蒸发或引发分解反应生成所需的产物。在过滤器中收集所需的粒子。在这里可以提及的实例为从乙酸钡和乳酸钛的水溶液制备BaTiO₃。

同样可以通过研磨尝试粉碎刚玉并由此产生纳米范围内的微晶。在湿法研磨中用搅拌式球磨机可以实现最好的研磨结果。这里，必须使用由硬度大于刚玉的材料制成的研磨珠粒。