[发明专利]具有改善的加热速率的铁-硅氧化物颗粒

说明书

本发明涉及在磁场中具有改善的加热速率的铁-硅氧化物颗粒、其制备及其用途。

WO03/04315描述了铁-硅氧化物颗粒用于粘合剂粘结的感应加热的用途。该颗粒可通过溶胶-凝胶法或通过火焰裂解获得。

WO2010/063557公开了可用于感应加热的铁-硅氧化物颗粒。该颗粒具有核-壳结构，其中铁氧化物相赤铁矿、磁铁矿和磁赤铁矿作为核，由二氧化硅构成无定形壳。该颗粒通过使硅化合物(其中之一为甲硅烷)和铁化合物的混合物在氢/氧火焰中反应来制备。

EP-A-2000439公开了具有核-壳结构的经掺杂的铁-硅氧化物颗粒，其中掺杂组分的选择限制为具有磁性的那些掺杂组分。此外，该颗粒具有相当高的氯化物含量。该颗粒通过火焰裂解获得，其中向各个反应区引入还原性气体。

WO2012/048985公开了包覆在二氧化硅中并可掺杂P、Si、Al、Mg、Co、K或Cr的针状铁氧化物颗粒。但是没有给出可使用的量和化合物的信息。所述掺杂用来影响颗粒大小和形状。掺杂组分的化学形式以及在颗粒中的位置、加入掺杂组分的核和/或壳是未知的。

在现有技术所引用的文献中公开了铁-硅氧化物颗粒用于在交替磁场或电磁场中的感应加热的用途。虽然能够显著改善加热时间，但是进一步减少加热时间仍然是一个目标。因此本发明的目的是提供一种材料，利用该材料可实现本发明的目的。

本发明提供一种核-壳颗粒，其包含在核中的晶状铁氧化物和在壳中的无定形二氧化硅，其特征在于，

a)所述壳包含5-40重量％的二氧化硅，

b)所述核包含：

b1)60-95重量％的铁氧化物，和

b2)0.5-5重量％的至少一种掺杂组分，所述掺杂组分选自铝、钙、铜、镁、银、钛、钇、锌、锡和锆，

c)其中所述重量％基于所述核-壳颗粒，并且a)和b)之和为所述核-壳颗粒的至少98重量％，优选为至少99重量％，

d)所述核的晶格平面间距为0.20纳米、0.25纳米和0.29纳米，在每种情况下+/-0.02纳米，通过高分辨透射电子显微镜(HR-TEM)测定。

本发明的颗粒主要以孤立的单个颗粒的形式存在。所述单个颗粒主要为球形至小结(nodule-like)形。未发现针状颗粒。除了孤立的单个颗粒之外，也可以存在这些颗粒的三维聚集体。在这些聚集体中，单个颗粒紧密地生长在一起。所述聚集体的比例小于50重量％，优选小于20重量％，基于单个颗粒和聚集体之和。例如可利用合适的软件、如已知用于其他磁性核-壳颗粒，通过透射电子显微镜的图像分析来进行测定。

本发明的颗粒的BET表面积通常为5-40m²/g，优选为10-25m²/g。

本发明的颗粒的壳包含至少95重量％、优选至少98重量％的无定形二氧化硅或由其组成。为了实现本发明的目的，无定形材料是一种通过X-射线衍射的常规方法无法检测到衍射信号的材料。所述壳为不可渗透的壳。为了实现本发明的目的，不可渗透意指在60℃下使所述颗粒与盐酸接触12小时产生的可检测到的铁小于300ppm，所述颗粒与过氧化氢接触产生的可检测到的铁小于10ppm，或者所述颗粒与NaCl/CaCl₂溶液接触产生的可检测到的铁小于5ppm。外层壳的厚度优选为1-40纳米，特别优选为5-20纳米。壳的厚度例如可通过HR透射电子显微镜的分析测定。

在本发明的颗粒的核中存在的晶状铁氧化物可以是磁铁矿、磁赤铁矿或赤铁矿作为主要组分。上述晶格平面间距对应这些铁氧化物的变体。因此，0.20纳米和0.29纳米的晶格平面间距对应于磁赤铁矿和磁铁矿，而0.25纳米的晶格平面间距对应于磁赤铁矿、磁铁矿和赤铁矿。在HR透射电子显微镜中不能检测到可能归因于所述掺杂组分的晶格平面间距。

即使利用X-射线衍射，也不能检测到归因于所述掺杂组分的参数。可认为掺杂组分已经被植入存在于所述颗粒的核中的铁氧化物变体的晶格中。

优选的掺杂组分为选自铝、钙、铜、镁、锌和锡中的至少一种。使用铝或锌作为掺杂组分获得最好的结果。这些掺杂组分的比例优选为1-2重量％，基于所述核-壳颗粒。还发现更大比例的这些掺杂组分不会缩短加热时间。