BRPI0703487B1 - Método de preparação de uma dispersão de material particulado - Google Patents

Abstract

método de preparação de um material em partículas e papel para ser utilizado em um dispositivo de impressão a tinta que compreende um substrato de papel e um ou mais aglomerados de partículas. trata-se de um método de preparação de um material em partículas que compreende as etapas de adição de uma solução de ácido silícico, opcionalmente dopada com alumínio, opcionalmente adicionado a uma pasta de nanoparticulas preexistente a um ph neutro a ligeiramente ácido não maior do que sete, e a uma temperatura de aproximadamente 20 a 30°c. isto resulta em uma dispersão em partículas de polisilicato. a seguir, o ph da dispersão é elevado até mais de sete, para estabilizar/reforçar as partículas da dispersão em partículas. opcionalmente, as partículas podem ser secadas, e têm a porosidade e a área de superfície aumentadas.

Description

(54) Título: MÉTODO DE PREPARAÇÃO DE UMA DISPERSÃO DE MATERIAL PARTICULADO (51) Int.CI.: D21H 21/14; C01B 33/26 (73) Titular(es): NALCO COMPANY (72) Inventor(es): FRANCOIS BATLLO; BRIAN T. HOLLAND; JOHN M. KRASNIEWSKI; KIM M. LONG; MICHAEL A. ROMBA; SASCHA WELZ; DAVID P. WORKMAN

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MÉTODO DE PREPARAÇÃO DE UMA DISPERSÃO DE MATERIAL PARTICULADO

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

A sílica finamente dividida é utilizada como um suporte de catalisador, como uma pasta, ou como um catalisador próprio, especialmente quando dopada com alumínio ou um outro metal, como um revestimento receptivo de tinta sobre papel ou algo do gênero, como um material de filtro para a clarificação do vinho ou de suco, ou algo do gênero. Entretanto, melhoras poderiam ser obtidas se as partículas aglomeradas de silicato pudessem ter uma porosidade maior do que aquela que pode ser obtida utilizando sílica coloidal padrão. Além disso, quando a sílica coloidal ou outros silicatos são modificados pela realização de alumínio na estrutura do silicato, benefícios conhecidos são obtidos, tal como a acidez aumentada, mas tais materiais têm uma tendência forte de formar um gel, o que é desvantajoso.

Se um material de silicato) fisicamente estável melhoras poderiam ser obtidas em uma série de mercados incluindo catalisadores, refratários, materiais de separação tais como filtros, abrasivos, e revestimentos. Os materiais atuais utilizados não são tão homogêneos ou amorfos quanto pode ser desejado.

Através da presente invenção, é apresentado um material em partículas de grande área de superfície e porosidade elevada, o qual possui características prometedoras para usos tal como descrito acima, e exibindo uma maior estabilidade física. Especificamente, os materiais finamente dispersos de alumino-silicato da presente invenção podem ter uma acidez natural elevada acoplada com uma boa estabilidade física para evitar a formação de gel, fornecendo sílica-alumina (aluminopudesse ser obtido, as

Petição 870170080365, de 20/10/2017, pág. 10/14

2/19 a promessa particular para serem utilizados como um catalisador per se, ou como um suporte de catalisador, com o que um catalisador de metal ou de óxido de metal pode ser colocado, por exemplo, plat ina, paládio, níquel, óxido de cobre, ou outros materiais.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

Através da presente invenção, é apresentado um método para a preparação de um material em partículas, o qual compreende as etapas de:

misturação de uma solução de ácido silícico, opcionalmente dopada com um metal ou metais, tal como o alumínio, com nanopartículas preexistentes a um pH neutro a ligeiramente ácido não maior do que 7, a uma temperatura de aproximadamente 20 °C a 130°C, para produzir ligações de polisilicato se formando entre as nanopartículas preexistentes, resultando em uma dispersão que tem um teor de sólidos de pelo menos aproximadamente cinco por cento em peso de SiO₂. Em seguida, o pH da dispersão resultante é ajustado a mais de sete para obter condições alcalinas, para estabilizar/reforçar o material em partículas, caso desejado. A seguir, o material pode ser secado, caso desejado, por exemplo, para formar um catalisador seco ou um material de suporte catalítico.

Em algumas realizações, a solução de ácido silícico pode estar substancialmente livre de alumínio e de outros metais que não sejam metais alcalinos. Caso desejado, uma pequena quantidade de metal alcalino, tal como sódio ou potássio, pode estar inicialmente presente, mas não suficientemente no primeiro estágio de tratamento tal como descrito acima para fazer com que a mistura tenha um pH maior do que sete.

produto final pode, como uma etapa adicional, ter um revestimento de metal ou de óxido de metal aplicado ao

3/19 produto por uma técnica convencional, para obter um catalisador. 0 produto pode ser utilizado como um catalisador, como uma pasta, ou um suporte de catalisador, em uma reação química tal como uma reação de hidroprocessamento ou algo do gênero.

Em algumas realizações, pode ser apresentado um método para a preparação de um material em partículas, o qual compreende as etapas de misturação de uma solução de ácido silícico dopada com alumínio com uma pasta de nanopartículas preexistentes que têm um pH neutro a ligeiramente ácido não maior do que sete, a uma temperatura de aproximadamente 20°C a 130°C, para produzir ligações de polialuminosilicato a serem formadas entre as nanopartículas preexistentes, resultando em uma dispersão em partículas. Em seguida, o pH da dispersão é elevado até mais de sete, para estabilizar/reforçar as partículas da dispersão em partículas.

A solução de ácido silícico pode ser adicionada à pasta de nanopartículas preexistentes, por exemplo, no calcanhar (volume líquido original) da mistura de reação. Alternativamente, as nanopartículas podem ser adicionadas à solução de ácido silícico.

Em algumas realizações, pode ser apresentado um método para a preparação de um material em partículas, o qual compreende as etapas de sujeição de uma solução de ácido silícico dopada com alumínio a um pH neutro a ligeiramente ácido não maior do que sete, a uma temperatura de aproximadamente 20°C a 130°C, sem nanopartículas preexistentes, para obter um produto de polialumino-silicato como uma dispersão em partículas. Em seguida, tal como anteriormente, o pH da dispersão é elevado até mais de sete, para estabilizar/reforçar as partículas que se formaram na dispersão.

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Nos casos acima, a solução de ácido silícico, quer seja sozinha quer seja misturada com uma pasta de nanopartículas preexistentes, e a um pH neutro a ligeiramente ácido (isto é, não maior do que sete) vai ser submetida a uma condensação química formando ligações de silicato, incorporando as nanopartículas preexistentes se estiverem presentes, resultando em uma dispersão de partículas que têm uma característica do tipo rede e que crescem em número, com as nanopartículas preexistentes, quando presentes, sendo incorporadas no material em partículas do tipo rede.

Então, com a elevação do pH até mais de sete, isto é, condições alcalinas, o processo de condensação muda para causar principalmente o crescimento da rede individual sem a formação de novas partículas do tipo rede, de modo que as partículas presentes na dispersão em partículas do tipo rede são estabilizadas/reforçadas ao crescerem em volume, e não significativamente em número.

Em algumas realizações, o alumínio, quando presente, pode estar presente dentro de uma faixa de aproximadamente 10 a aproximadamente 60 por cento em peso dos sólidos totais, sendo que o alumínio é calculado como A1₂O₃.

As nanopartículas preexistentes, se estiverem presentes, podem compreender sílica, óxidos de titânio, óxidos de alumínio, óxidos de ferro, óxidos de zinco, argilas, óxidos de zircônio, óxidos de estanho, óxidos de cério, e as misturas destes, assim como outros óxidos de metais e algo do gênero, tal como pode ser desejado. Conforme indicado na presente invenção, essas nanopartículas distintas são ligadas umas às outras em estruturas do tipo rede que têm uma grande área de superfície, uma porosidade elevada, e uma capacidade de absorver, absorver quimiosorver materiais apropriados, por causa das grandes áreas de superfície internas e externas, da porosidade, e da reatividade química.

A0

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Em algumas realizações, as nanopartícuias preexistentes podem variar no tamanho de aproximadamente 3 nm a aproximadamente 300 nm, e particularmente de aproximadamente 15 nm a aproximadamente 250 nm nas realizações atualmente preferidas.

Em determinadas realizações, o teor de sólidos do material aglomerado em um veículo líquido, depois que as partículas tiverem sido estabilizadas/reforçadas tal como descrito acima, fica dentro da faixa de aproximadamente três por cento a aproximadamente 25 por cento em peso.

Na segunda etapa de ajuste do pH, em algumas realizações do método, o pH é elevado até aproximadamente 7,5 a 10. O composto alcalino utilizado para elevar o pH não é de natureza crítica, e pode tipicamente compreender o hidróxido de sódio, o hidróxido de potássio, o hidróxido de lítio, o hidróxido de amônio, várias aminas, as misturas destes, e outros ainda.

Conforme descrito anteriormente, um revestimento de metal ou de óxido de metal pode ser adicionado por meios conhecidos ao aglomerado de partículas da presente invenção, na fase líquida ou de vapor, particularmente para ser utilizado como um catalisador ou um suporte de catalisador.

As nanopartículas preexistentes podem compreender sílica coloidal, caso desejado, por exemplo, tipos de sílica coloidal tais como a sílica sem revestimento; sílica revestida com óxido de alumínio; e sílica revestida com óxido de cério e sílica revestida ou dopada com outros metais e algo do gênero.

controle de parâmetros das partículas (o tamanho de partícula, a porosidade e a área de superfície) pode ser obtido através da manipulação de pelo menos três fatores sintéticos. Estes fatores são (1) o tamanho e a concentração das partículas preexistentes, (2) o tempo de crescimento a um

6/19 pH < 7, e (3) ο tempo de crescimento a um pH > 7. O ajuste da razão relativa de cada fator permite a produção de propriedades ajustáveis.

Durante a fase de crescimento a um baixo pH, uma nucleação extensiva está ocorrendo na polimerização da sílica, criando a estrutura do tipo rede. Essa estrutura do tipo rede propicia uma grande área de superfície e uma porosidade elevada.

Por outro lado, as condições de pH elevado favorecem o crescimento nas superfícies existentes, e não mais nucleação. O crescimento subseqüente nas superfícies existentes intensifica e reforça a rede. Em conseqüência disto, as ligações reforçadas têm menos probabilidade de se decompor durante a secagem, e mantêm a sua estrutura aberta (e grande área de superfície e porosidade elevada).

O processo sintético pode ser monitorado ao empregar técnicas de dimensionamento de partículas. O crescimento medido do tamanho de partícula é rápido durante o estágio de baixo pH. Entretanto, após o ajuste do pH até um pH > 7, o crescimento do tamanho de partícula é muito mais lento.

Basicamente, por meio da presente invenção, a segunda etapa de ajuste do pH pode ser retardada, enquanto a nucleação e a multiplicação de partículas de sílica prosseguem até qualquer grau curto desejado de formação de gel, o que geralmente ocorre eventualmente sob as condições ácidas. Então, em algum momento antes da formação de gel, a segunda etapa de ajuste do pH pode ocorrer, na que o pH é elevado até mais de sete, de modo que, por meio da presente invenção, o crescimento subseqüente em superfícies existentes intensifica e reforça a rede.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES ESPECÍFICAS

As nanopartícuias podem compreender partículas

7/19 estáveis de um tamanho tipicamente de um diâmetro de aproximadamente 3 a aproximadamente 300 nm, com um formato substancíalmente arredondado em algumas realizações (isto ê, parecidas com seixos). Entretanto, nanopartículas parecidas com placas podem ser utilizadas, com uma dimensão principal comparável aos diâmetros das nanopartículas redondas, isto é, de aproximadamente 3 a 300 nm. Além disso, nanopartículas parecidas com cordões, tipicamente de um tamanho comparável às nanopartículas precedentes, podem ser utilizadas.

Conforme indicado, nanopartículas de argila, tal como a laponita, podem ser utilizadas. Um exemplo de um material em partículas liso pode ser uma alumina tal como a boemita. Desse modo, pode ser observado que as nanopartículas podem ser de qualquer formato, sendo geralmente de uma dimensão não maior do que aproximadamente 300 nm, tipicamente não maior do que 250 nm.

Por meio da presente invenção, é apresentada uma dispersão em partículas em que cada uma das partículas representa uma rede estável, a qual é utilizável em uma série de usos desejáveis tal como descrito acima. Por exemplo, as partículas do material em partículas preparado de acordo com a presente invenção podem compreender um catalisador, uma pasta, ou um suporte de catalisador, com área de superfície, porosidade e estabilidade maiores. Particularmente, o material em partículas dopado com alumínio pode ser desejável para esta finalidade, com uma acidez natural.

Adicionalmente, um aglomerado de partículas da um veículo líquido geralmente convenc ionalmente aplicado a um substrato tal como papel ou algo do gênero para ser utilizado em um dispositivo de impressão de tinta, tal como uma impressora a jato de tinta. O substrato de papel pode ser provido com um ou mais aglomerados de partículas da presente presente invenção em convencional pode ser

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invenção preparados dessa maneira e colocados em um veículo líquido convencional, sendo aplicado à superfície do papel e secado, para obter um papel que seja desej avelmente utilizável em tal dispositivo de impressão de tinta. Desse modo, o material da presente invenção pode ser formado em um revestimento receptivo de tinta para a aplicação a tal substrato, ao revestir o mesmo em pelo menos uma parte do substrato, tal como papel ou papelão.

Analogamente, em um outro tipo de uso, o vinho ou o suco pode ser clarificado por um método que compreende as etapas de: provisão de um líquido a ser clarificado, preparação de um aglomerado de partículas de acordo com um método tal como aquele aqui descrito, colocação do vinho ou do suco em contato com o aglomerado, e em seguida o aglomerado é separado do vinho ou do suco. Como é sabido, os componentes indesejáveis do vinho ou do suco que reduzem a claridade podem desse modo ser removidos. O aglomerado de partículas pode ser contido em uma câmara tal como um filtro, e o vinho e o suco passado através dele, com resultados incrementados.

Em algumas realizações, pode ser apresentado um método para a preparação de um material em partículas, o qual compreende as etapas de: provisão de uma solução de ácido silícico contendo alumínio que tem um pH neutro a ligeiramente ácido, a uma temperatura de aproximadamente 20° a 130° centígrados, para produzir ligações de polialuminosilicato formadas no material, para resultar em uma dispersão em partículas. É opcional se nanopartículas, tal como descrito acima, estej am presentes ou não. Quer as nanopartículas estejam presentes ou não, a solução de ácido silícico contendo alumínio irá se condensar para formar partículas em que as partículas estão na forma de uma rede.

Em seguida, o pH é elevado até mais de 7, para

9/19 estabilizar/reforçar essas partículas em rede da dispersão em partículas.

Deve ser observado que as dispersões em partículas podem ser preparadas com somente a primeira etapa de condensação a um pH ligeiramente ácido, sem uma etapa de elevação do pH da dispersão até mais de 7. Entretanto, especialmente no caso de soluções de ácido silícico contendo alumínio, tais materiais são fisicamente instáveis na ausência da etapa de estabilização/reforço a um pH de mais de 7. A dispersão em partículas, na ausência de tal etapa de estabilização/reforço, irá geralmente formar um gel, o qual é viscoso e difícil de manipular, sendo indesejável para obter as vantagens da presente invenção.

Em algumas realizações da invenção descritas acima, o alumínio pode estar presente a uma razão molar de aproximadamente 1:1 a 1:200 da sílica presente, calculados respectivamente como A1₂O₃ e SiO₂. Tal material pode compreender um catalisador, uma pasta ou um suporte de catalisador.

Especificamente, as nanopartículas preexistentes descritas acima podem em algumas realizações desejadas compreender esferas substancialmente sólidas de sílica. O termo esferas é apresentado como um termo geral para descrever partículas parecidas com seixos que são de uma dimensão aproximadamente similar em todas as direções.

As nanopartículas podem ser adicionadas em qualquer ponto durante o processo da síntese, tipicamente ao sol do ácido ou ao calcanhar da mistura de reação.

Deve ficar compreendido que o alumínio incorporado no material da presente invenção pode ser incorporado como A1O₄. 0 material da presente invenção pode ser formado a partir de fontes diferentes de alumínio, tais como o nitrato de alumínio, o cloreto de alumínio, o fosfato de alumínio, o

10/19 cloridrato de alumínio, ou um outro ainda, com mudanças resultantes na composição e nas propriedades do produto final.

Desse modo, por meio da presente invenção, são apresentados materiais em rede de tamanho de sub-mícron de uma composição altamente homogênea de alumino-silicato, os quais são formados por uma rota nova que resulta nas partículas estabilizadas que não deterioram como um gel. Estes materiais podem ser formados com ou sem nanopartículas preexistentes, desse modo fornecendo uma maneira para variar as propriedades do produto da presente invenção. 0 processo pode utilizar as capacidades atuais de manufatura, em termos de materiais brutos e de equipamento, e o produto pode ser secado. A acidez de superfície do produto de alumino-silicato pode ser modificada ao ajustar a razão entre a sílica e a alumina na solução de ácido silícico. A porosidade e a área de superfície do material formado pelos processos da presente invenção podem ser controladas por ajustes na concentração das nanopartículas preexistentes, bem como pela quantidade de alumino-silicato ou de material em partículas de silicato puro.

A descrição acima e os exemplos abaixo são oferecidos para finalidades ilustrativas apenas, e não se prestam a limitar o âmbito da invenção, o qual é tal como definido nas reivindicações abaixo.

Nas várias corridas experimentais mostradas abaixo, o ácido silícico dopado com alumínio foi preparado pela troca catiônica da solução de aproximadamente seis por cento em peso de silicato de sódio resfriado, preparada diluindo 600 ml da solução de silicato de sódio em 3 litros com água deionizada.

A solução diluída de silicato de sódio foi deionizada com resina Dowex Monosphere 650-H de forma de

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ácido em uma relação de 1:2 da resina: relação da solução em uma coluna. A resina na coluna foi primeiramente purgada com água deionizada, e a solução diluída de silicato de sódio foi então passada através da coluna. Quando o efluente ficou ácido, significando a presença do sol do ácido silícico, o efluente foi coletado. Os sóis de ácido resultantes tinham gravidades específicas na faixa de 1,0362 a 1,0380, correspondendo às concentrações de SiO₂ de 5,84% a 6,23%. O sal de alumínio utilizado para a dopagem de alumínio foi adicionado então na forma de nitrato de alumínio ou cloridrato de alumínio, sendo adicionado ao sol do ácido a várias concentrações, com base no SiO₂ presente.

Os reatores do laboratório utilizados eram frascos de fundo redondo de três gargalos de 1 ou 5 litros. Os reatores foram embebidos primeiramente em soda cáustica 0,5 normal para remover qualquer resíduo de SiO₂, e enxaguados então até a neutralidade com água deionizada. Esses frascos foram agitados com os misturadores leves não calibrados padrão. Um termopar foi passado através de um gargalo lateral, enquanto o gargalo oposto abrigou a mangueira de adição para o sol do ácido. A adição do sol de ácido dopado com alumínio foi executada com uma bomba peristáltica a uma taxa predefinida de um reservatório resfriado.

Exemplo 1

Neste exemplo particular, o ácido silícico dopado com alumínio foi preparado utilizando 88,6 gramas de cloridrato de alumínio, adicionados a 1.160 gramas do sol de ácido silícico a 7%, obtido tal como acima.

A um frasco de reação, foram adicionados 1.000 ml de água deionizada, a qual foi aquecida até 90°C. 0 sol de ácido silícico dopado com alumínio foi adicionado através de uma bomba peristáltica a uma razão de 4,6 ml/minuto por duas horas e o bombeamento foi suspenso por quinze minutos. Depois

12/19 de quinze minutos, o pH da mistura de reação foi elevado até aproximadamente um pH 9, com a adição de 50 ml de hidróxido de amônio concentrado. A adição da carga de ácido silícico dopado com alumínio foi reiniciada, até 130 gramas de ácido silícico dopado com alumínio serem alimentados no sistema. Durante este tempo, o pH foi monitorado periodicamente, e uma quantidade adicional de hidróxido de amônio de 20% foi adicionada para manter o pH do material acima de 9,5. O tempo total da adição foi de aproximadamente três horas.

A reação foi aquecida a 90 ° C por mais uma hora, depois de ter terminado a alimentação de ácido silícico dopado com alumínio, para assegurar uma reação completa. A mistura de reação foi então colocada para resfriar, com agitação contínua.

Foi determinado que o produto resultante continha 25 por cento em peso de A1₂O₃, com base na sílica (SiO₂) presente, que corresponde a uma razão molar de SiO₂ : Al₂O₃ de 7 para 1.

As medições da sorção de nitrogênio para determinar a área de superfície e a porosidade foram executadas com uma unidade Autosorb-lC da Quantachrome. Cada amostra foi calcinada após a secagem e então desgaseifiçada por três horas a 300^0. Cada amostra foi caracterizada por uma área de superfície BET de múltiplos pontos, pelo volume total de poro, e pela distribuição de tamanho de poro de adsorção BJH. A quimiosorção através da sorção programada da temperatura de NH₃ também foi executada em amostras selecionadas utilizando o mesmo instrumento.

A microscopia eletrônica de transmissão foi executada para determinar a microtextura e o formato das partículas. As amostras foram caracterizadas por difração de raios X em pó e pela espectroscopia dispersiva de energia de raios X, pela formação de imagens de Z-contraste e pela

13/19 espectroscopia de perda de energia eletrônica era um microscópio eletrônico de transmissão de varredura de canhão de emissão de campo.

Os dados físicos destes e de outros testes indicaram uma área de superfície de 359 metros quadrados por grama; um volume de poro de 0,87 cc/gm; e um diâmetro de poro de 97,8 angstroms.

Exemplo 2

A experiência do Exemplo 1 foi repetida, em que um polialuminosilicato foi preparado de uma maneira similar ao Exemplo 1, mas contendo 34 por cento em peso de A1₂O₃, com base na sílica presente, e uma razão molar de SiO₂ : Al₂O₃ de 4,99.

Nesta realização, os testes similares ao Exemplo 1 indicaram uma área de superfície de 238 metros quadrados por grama, um volume de poro de 0,95 cc/gm, e um diâmetro de poro de 160 angstroms.

Exemplo Comparativo 3

A experiência do Exemplo 1 foi repetida, o sol de ácido dopado com alumínio foi preparado com 100,28 gramas de cloridrato de alumínio, e adicionado a 1.286 gramas de sol de ácido a 4,9%, preparado tal como descrito anteriormente, üm calcanhar foi preparado ao adicionar 750 ml de água deionizada em um frasco de reação, e aquecido até 90°C. 0 sol de ácido copado com alumínio foi adicionado através de uma bomba peristáltica a uma razão de 5,0 ml por minuto, até toda a quantidade de sol de ácido ser alimentada. Nenhum ajuste do pH foi feito durante a reação, de modo que as condições permaneceram no lado do ácido. A mistura de reação ficou muito viscosa durante a adição do sol, indicando a formação de gel. Ela foi colocada para resfriar após a adição de todo o sol de ácido, com agitação contínua. Nenhum álcali foi adicionado para colocar o pH para o lado alcalino durante o

14/19 processo.

Neste sistema, a porcentagem de Al₂O₃, com base na sílica presente, era de 37,7 por cento em peso. A razão molar de SiO₂ : A1₂O₃ era de 4,5. A área de superfície foi calculada como sendo igual a 177 m²/g, que está bem abaixo das áreas de superfície dos dois exemplos precedentes; um volume de poro de 0,14 cc/gm, que também está bem abaixo dos exemplos precedentes, e um diâmetro de poro de 32,5 angstroms, também bem abaixo dos primeiros dois exemplos.

Acredita-se que a diferença nos resultados seja um resultado da falta de uma aba do processo para condições alcalinas, tal como foi executado nos dois exemplos precedentes.

Exemplo 4

Outros experimentos similares ao Exemplo 1 foram executados, exceto pelo fato que a percentagem de A1₂O₃ para o silicato presente é de 10%, e a razão molar de SiO₂ : Al₂O₃ era de 16,97.

As partículas do material em partículas resultante foram medidas com uma área de superfície de 537,7 m²/g; um volume de poro de 0.84 cc/gm, e um diâmetro de poro de 62.6 angstroms.

Exemplo 5 procedimento do Exemplo 1 foi executado, mas utilizando proporções de modo que a percentagem de A1₂O₃, com base na sílica presente, era de 8,76%, com uma razão molar de SiO₂ : A1₂O₃ de 19,37. 0 material em partículas formado dessa maneira foi medido como tendo uma área de superfície de 560,6 m²/g; um volume de poro de 0,96 cc/gm, e um diâmetro de poro de 68,7 angstroms.

Exemplo 6

O processo do Exemplo 1 foi repetido, mas utilizando condições de reação de modo que a percentagem de

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Al₂O₃, cora base na sílica presente, era de 6,35 por cento em peso e a razão molar de SiO₂ : A1₂O₃ era de 26,73. Nesta circunstância, a área de superfície foi calculada como sendo igual a 533,4 m²/g; um volume de poro de 1,07 cc/gm; e o diâmetro de poro de 79,9 angstroms.

Exemplo 7

O processo do Exemplo 1 foi repetido, mas sob circunstâncias de modo que a percentagem de Al₂O₃, com base na sílica presente, era de 2,35 com uma razão molar de SiO₂ : A1₂O₃ de 72,22.

Nesta circunstância, a área de superfície do produto em partículas foi calculada como sendo igual a 581,1 m²/g, com um volume de poro de 0,46 cc/gm, e um diâmetro de poro de 31,9 angstroms.

Exemplo 8

O processo do Exemplo 1 foi repetido, mas sem a adição de qualquer alumínio, de modo que o produto em partículas fosse sílica pura. 0 produto resultante tinha uma área de superfície calculada a 230 m²/g, com um volume de poro de 0,94 cc/gm, e um diâmetro de poro de 169 angstroms.

Pode ser observado que resultados superiores são obtidos com todos os exemplos acima, quando comparados com o Exemplo Comparativo 3, que é o único exemplo onde não há nenhuma aba para as condições alcalinas durante o processo de crescimento de partículas.

Exemplo 9

Este exemplo ilustra a incorporação de nanopartícuias substancialmente bidimensionais em uma rede tridimensional.

150 ml de água deionizada foram colocados em ura vaso de reação e aquecidos até 60°C. Em seguida, 180 gramas de ácido silícico contendo 22 gramas de nanopartícuias preexistentes de óxido de alumínio que compreendem

16/19 nanopartículas de boemita (que são substancíalmente bidimensionais). As nanopartículas foram adicionadas gradualmente â água com agitação. Depois dessa adição, 20 por

cento em peso de hidróxido de sódio, com base no ácido silícico, foram adicionados para passar o pH para o lado alcalino. Em seguida, outros 180 gramas de ácido silícico contendo 22 gramas de óxido de alumínio (boemita) foram adicionados.

A mistura de reação foi mantida a 60 °C por quatro horas, com agitação contínua.

produto final foi filtrado, e foi obtido um material em partículas de grande área de superfície, volume de poro elevado. A área de superfície era de 258 m²/g e o volume de poro era de 0,43 cc/gm. O diâmetro de poro era de 67,4 angstroms. 0 material é particularmente apropriado para a formulação em um material de revestimento de papel.

Pode ser observado que as nanopartículas de boemita utilizadas neste exemplo são dopadas no reagente de ácido silícico. Em algumas realizações, os produtos desejáveis podem ser obtidos com uma adição posterior de nanopartículas.

Exemplo 10

Neste exemplo particular, o ácido silícico não é dopado com alumínio. 0 ácido silícico foi preparado pela troca catiônica de aproximadamente 4,5 por cento em peso de uma solução de silicato de sódio resfriada, preparada ao diluir 600 ml da solução de silicato de sódio a 4 litros com água deionizada. 0 silicato de sódio diluído foi deionizado com resina Dowex Monosphere 650-H de forma de ácido em uma relação de 1:2 de resina: relação de solução em uma coluna. A resina na coluna foi primeiramente purgada com água deionizada, e a solução diluída de silicato de sódio foi então passada através da coluna. Quando o efluente ficou ácido, significando a presença de ácido silícico, o efluente

17/19 foi coletado.

A um frasco de reação, foram adicionados 171 ml de agua deionizada e 28,9 g de uma solução deionizada a 34,5% de nanopartículas de sílica preexistentes de aproximadamente 20 nm de diâmetro, Esta solução foi aquecida até 90°C. O ácido silícico foi adicionado então através de uma bomba peristáltica a uma razão de 0,8 ml/minuto por aproximadamente três horas e meia, O bombeamento foi suspenso por quinze minutos. Depois de quinze minutos, o pH da mistura de reação foi ajustado a mais de 7, com a adição de 2 ml de hidróxido de amônio concentrado. A adição da carga de ácido silícico foi reiniciada até um total de aproximadamente 350 gramas de ácido silícico adicionado para ser alimentado no sistema. 0 tempo total da adição foi de aproximadamente sete horas e meia.

A reação foi aquecida a 90°C por mais uma hora, depois de ter sido terminada a alimentação de ácido silícico, para assegurar uma reação completa. A mistura de reação foi então colocada para resfriar, com agitação contínua.

Os dados físicos destes e de outros testes indicaram uma área de superfície de 185 metros quadrados por grama,· um volume de poro de 0,58 cc/g; e um diâmetro de poro de 125 angstroms.

Para materiais tais como no Exemplo 10, as experiências foram executadas variando as percentagens relativas de sílica presente como nanopartículas preexistentes, a quantidade de ácido silícico adicionada a um baixo pH (ácido), e a quantidade de ácido silícico adicionada sob condições alcalinas. Foi verificado que a área de superfície e os volumes de poro estão correlacionados com a percentagem de sílica adicionada como ácido silícico durante a fase de baixo pH. Por exemplo, mantendo a fração de sílica constante para as nanopartículas preexistentes (77%) enquanto

18/19 é aumentada a fração de ácido silícico alimentada a um baixo pH de 8,8% para 15,7%, isto aumentou a área de superfície de 150 para 190 m²/g, com um aumento correspondente no volume de poro de 0,31 cc/g para 0,42 cc/g.

Exemplo 11

Neste exemplo particular, o material aglomerado final do Exemplo 10 é revestido com acetato de alumínio básico estabilizado com ácido bórico.

material aglomerado foi concentrado primeiramente como um sol de aproximadamente 15 por cento em peso de sólidos. O sol foi então deionizado com resina Dowex Monosphere 650-H de forma de ácido com uma relação de 1:2 de resina: relação de solução em uma coluna. Quando o efluente ficou ácido, significando a presença de aglomerado deionizado, o efluente foi coletado. O potencial Zeta deste material é de aproximadamente -10 MV a um pH 4. A 100 g de efluente, foram adicionados aproximadamente 3 g de uma solução de ácida acético concentrado para estabilizar o material a um pH 3.

Este efluente foi adicionado a um frasco de reação de 85 g de uma solução recém preparada de 2 5 por cento em peso de acetato de alumínio básico. A solução deionizada foi adicionada ao frasco através de uma bomba peristáltica a uma razão de 4,0 ml/minuto.

Foi verificado que o potencial Zeta da solução resultante é de aproximadamente +30 mV a um pH de 4.

Exemplo 12

Neste exemplo particular, o ácido silícico é dopado com alumínio, e as partículas preexistentes no calcanhar também são dopadas com alumínio. O ácido silícico dopado é preparado por meio do processo do Exemplo 1, mas sob circunstâncias tais que a percentagem de A1₂O₃, com base na sílica presente, era de 10 por cento em peso, com uma razão

19/19 molar de SiO₂ : Al₂O₃ de 17,0.

A um frasco de reação, foram adicionados 914 ml de água deionizada e 286 g de 21% em peso de uma solução deionizada de partículas preexistentes de silica de aproximadamente 8 nm de diâmetro. Estas foram desenvolvidas de uma maneira tal que a percentagem de A1₂O₃, com base na silica presente nas partículas, era igual a 2, com uma razão molar de SiO₂ : Al₂O₃ de 84,8.

Esta solução foi aquecida até 90°C. 0 ácido silícico dopado foi então adicionado através de uma bomba peristáltica a uma razão de 10 ml/minuto por aproximadamente uma hora. 0 bombeamento foi suspenso por quinze minutos. Depois de quinze 15 minutos, o pH da mistura de reação foi ajustado a mais de 9, com a adição de 30 ml de hidróxido de amônio concentrado. A adição da carga de ácido silícico dopado foi reiniciada até um total de aproximadamente 1.543 gramas de ácido silícico dopado ser alimentado no sistema. 0 tempo total da adição foi de aproximadamente duas horas e meia.

A reação foi aquecida a 90 °C por mais uma hora, depois de ter sido terminada a alimentação de ácido silícico dopado, para assegurar uma reação completa. A mistura de reação foi então colocada para resfriar, com agitação contínua.

Os dados físicos indicaram uma área de superfície de 650 metros quadrados por grama; um volume de poro de 0,59 cc/g; e um diâmetro de poro de 36 angstroms.

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Claims (12)

1. REIVINDICAÇÕES

   1. MÉTODO DE PREPARAÇÃO DE UMA DISPERSÃO DE MATERIAL PARTICULADO, caracterizado por compreender as etapas de:

   formação de uma dispersão particulada a partir de uma mistura compreendendo solução de ácido silícico, em que a mistura é mantida a um pH inferior a 7 e a uma temperatura de 20°C a 130°C durante a formação da dispersão particulada;

   elevação do pH da dispersão particulada para um pH de 9 a 10;

   adição de ácido silícico na dispersão particulada enquanto a dispersão particulada está a um pH de 9 a 10; e reação das partículas na dispersão particulada com ácido silícico adicionado na etapa anterior enquanto a dispersão particulada está a um pH de 9 a 10 para fornecer uma dispersão de material particulado.
2. 2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela dispersão particulada ainda compreender nanopartículas.
3. 3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelas nanopartículas compreenderem sílica.
4. 4. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pela sílica ser sílica coloidal.
5. 5. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pela sílica coloidal ser selecionada a partir do grupo que consiste em sílica coloidal não-revestida, sílica coloidal revestida com óxido de alumínio, sílica coloidal dopada com alumínio, sílica coloidal revestida com óxido de cério, e combinações destes.
6. 6. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelas nanopartículas serem selecionadas a partir do grupo que consiste em sílica, óxidos de titânio, óxidos de alumínio, óxidos de ferro, óxidos de zinco, óxidos

   Petição 870170080365, de 20/10/2017, pág. 11/14

   2/2 de zircônio, óxidos de estanho, óxidos de cério, e misturas destes.
7. 7. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo tamanho das nanopartículas variar de 3 nm a 300 nm.
8. 8. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo tamanho das nanopartículas pré-existentes variar de 15 nm a 250 nm.
9. 9. MÉTODO, de acordo com a reivindicação l, caracterizado pelo teor de sólidos da dispersão de material particulado ser de 3% a 25% em peso.
10. 10. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo pH ser elevado utilizando um composto alcalino.
11. 11. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo composto alcalino ser selecionado a partir do grupo que consiste em hidróxido de sódio, hidróxido de potássio, hidróxido de lítio, hidróxido de amônio, aminas, e misturas destes.
12. 12. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ainda compreender permitir resfriar a dispersão de material particulado.

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