DE102011005489A1 - Enveloped iron oxide particles - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung von Partikeln mit einer Hülle aus amorphem Siliciumdioxid und einem Kern, der Hämatit und wenigstens ein weiteres Eisenoxid ausgewählt aus Magnetit und Maghemit enthält, bei denen man Magnetitpartikel und/oder Maghemitpartikel, ein Sauerstoff enthaltendes Gas oder ein Wasserstoff enthaltendes Gas, Wasserdampf und eine Siliciumverbindung bei hoher Temperatur zur Reaktion bringt, nachfolgend gegebenenfalls kühlt und den Fent.Process for the production of particles with an amorphous silicon dioxide shell and a core which contains hematite and at least one further iron oxide selected from magnetite and maghemite, in which magnetite particles and / or maghemite particles, an oxygen-containing gas or a hydrogen-containing gas, water vapor and causes a silicon compound to react at high temperature, subsequently optionally cooling and the fent.
Description
Die Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung von mit Siliciumdioxid umhüllten Eisenoxidpartikeln.The invention relates to processes for the preparation of silica-coated iron oxide particles.
Die induktive Erwärmung von Verbunden, die magnetische Partikel enthalten, ist ein vielversprechender Weg zu einer raschen und schonenden Aushärtung von Adhäsivverbunden oder zur Vernetzung von Polymeren. Es hat sich dabei als vorteilhaft erwiesen, umhüllte magnetische Partikel einzusetzen. Der Hülle wird dabei die Funktion zugeschrieben, zum einen die Einarbeitbarkeit in die Verbunde zu verbessern und zum anderen ein ungewünschtes Wachstum der magnetischen Phasen zu verhindern.The inductive heating of composites containing magnetic particles is a promising way for a rapid and gentle curing of adhesive bonds or for the crosslinking of polymers. It has proven to be advantageous to use coated magnetic particles. The shell is attributed the function, on the one hand to improve the incorporation into the composites and on the other to prevent unwanted growth of the magnetic phases.
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Bei der Mehrzahl der im Stand der Technik genannten Verfahren handelt es sich um solche, die in flüssigen, in der Regel wässerigen, Phase ablaufen. Bei dem in
Die technische Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin weitere Verfahren bereitzustellen, die zu umhüllten, magnetischen Partikeln führt. Dabei soll der Kern, wie im Falle des in
Ein erster Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Partikeln mit einer Hülle aus amorphem Siliciumdioxid und einem Kern, der Hämatit und wenigstens ein weiteres Eisenoxid ausgewählt aus Magnetit und Maghemit enthält, bei dem man bei einer Temperatur von 800 bis 1200°C, bevorzugt von 900 bis 1100°C, einen Strom umfassend
- a) Magnetitpartikel und/oder Maghemitpartikel
- b) ein Sauerstoff enthaltendes Gas oder ein Wasserstoff enthaltendes Gas
- c) Wasserdampf und
- d) eine Siliciumverbindung
- a) magnetite particles and / or maghemite particles
- b) an oxygen-containing gas or a hydrogen-containing gas
- c) water vapor and
- d) a silicon compound
Die in diesem erfindungsgemäßen Verfahren benötigten Temperaturen von 800 bis 1200°C können beispielsweise in Form einer externen Beheizung bereitgestellt werden. Bevorzugt werden sie durch eine Flamme gebildet wird, die aus der Zündung eines Gemisches, welches wenigstens ein Wasserstoff enthaltendes Brenngas und ein Sauerstoff enthaltendes Gas enthält, resultiert. Als Wasserstoff enthaltende Brenngase eignen sich Wasserstoff, Methan, Ethan und/oder Propan, wobei Wasserstoff besonders bevorzugt eingesetzt wird. Das molare Verhältnis von O2 im sauerstoffenthaltenden Gas/wasserstoffenthaltendem Brenngas beträgt bevorzugt 0,8 bis 1,5 und besonders bevorzugt 1,05 bis 1,3.The temperatures of 800 to 1200 ° C required in this process according to the invention can be provided for example in the form of an external heating. Preferably, they are formed by a flame resulting from the ignition of a mixture containing at least one hydrogen-containing fuel gas and an oxygen-containing gas. Suitable hydrogen-containing fuel gases are hydrogen, methane, ethane and / or propane, with hydrogen being used with particular preference. The molar ratio of O 2 in the oxygen-containing gas / hydrogen-containing fuel gas is preferably from 0.8 to 1.5 and particularly preferably 1.05 to 1.3.
Dabei kann es sich um eine interne oder externe Flamme handeln. Bei einer internen Flamme erfolgt die Umsetzung der Einsatzstoffe, Eisenoxid oder Eisenoxid und Siliciumdioxidprecursor, in Gegenwart der Flamme beziehungsweise ihrer Reaktionsprodukte, wie Wasser im Falle einer Wasserstoff-/Sauerstofflamme. Bei einer externen Flamme stellt diese lediglich die Temperatur zur Umsetzung der Einsatzstoffe bereit, während die Reaktionsprodukte getrennt von der Umsetzung geführt werden beziehungsweise erst im Anschluss mit den Produkten der Umsetzung vereinigt werden.This can be an internal or external flame. In the case of an internal flame, the reaction of the starting materials, iron oxide or iron oxide and silicon dioxide precursor, takes place in the presence of the flame or its reaction products, such as water in the case of a hydrogen / oxygen flame. In the case of an external flame, this merely provides the temperature for reacting the starting materials, while the reaction products are conducted separately from the reaction or are only subsequently combined with the products of the reaction.
Durch die Reaktion des Wasserstoff enthaltenden Brenngases und des Sauerstoff enthaltenden Gases wird Wasserdampf gebildet. Dieser kann einen Teil oder die vollständige Menge des in den erfindungsgemäßen Verfahren benötigten Wasserdampfes darstellen.Water vapor is formed by the reaction of the hydrogen-containing fuel gas and the oxygen-containing gas. This may represent part or all of the water vapor required in the process according to the invention.
Die mittlere Verweilzeit im Bereich des Reaktors in dem die Temperatur von 800 bis 1200°C beträgt bevorzugt 10 ms bis 1 s.The average residence time in the region of the reactor in which the temperature of 800 to 1200 ° C is preferably 10 ms to 1 s.
Ein zweiter Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Partikeln mit einer Hülle aus amorphem Siliciumdioxid und einem Kern, der Hämatit und wenigstens ein weiteres Eisenoxid ausgewählt aus Magnetit und Maghemit enthält, bei dem man,
in einem ersten Bereich eines Reaktors bei einer Temperatur von 650 bis 1000°C, bevorzugt 700 bis 850°C, einen Strom umfassend
- a) Magnetitpartikel und/oder Maghemitpartikel
- b) ein Sauerstoff enthaltendes Gas oder ein Wasserstoff enthaltendes Gas und
- c) Wasserdampf
umfassend
- d) das den ersten Bereich verlassende Reaktionsgemisch und eine Siliciumverbindung und
- e) Wasserdampf
in a first region of a reactor at a temperature of 650 to 1000 ° C, preferably 700 to 850 ° C, comprising a stream
- a) magnetite particles and / or maghemite particles
- b) an oxygen-containing gas or a hydrogen-containing gas and
- c) water vapor
full
- d) the reaction mixture leaving the first region and a silicon compound and
- e) water vapor
Ein dritter Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Partikeln mit einer Hülle aus amorphem Siliciumdioxid und einem Kern, der Hämatit und wenigstens ein weiteres Eisenoxid ausgewählt aus Magnetit und Maghemit enthält, bei dem man
in einem ersten Bereich eines Reaktors bei einer Temperatur von 650 bis 1000°C, bevorzugt 700 bis 850°C, einen Strom umfassend
- a) Magnetitpartikel und/oder Maghemitpartikel und einen Teil der Gesamtmenge einer Siliciumverbindung und
- b) ein Sauerstoff enthaltendes Gas oder ein Wasserstoff enthaltendes Gas und
- c) Wasserdampf
- d) das den ersten Bereich verlassende Reaktionsgemisch und den verbleibenden Teil der Gesamtmenge der Siliciumverbindung und
- e) Wasserdampf
in a first region of a reactor at a temperature of 650 to 1000 ° C, preferably 700 to 850 ° C, comprising a stream
- a) Magnetitpartikel and / or Maghemitpartikel and a part of the total amount of a silicon compound and
- b) an oxygen-containing gas or a hydrogen-containing gas and
- c) water vapor
- d) the reaction mixture leaving the first region and the remaining part of the total amount of the silicon compound and
- e) water vapor
Die in den erfindungsgemäßen Verfahren benötigten Temperaturen von 650 bis 1000°C können beispielsweise in Form einer externen Beheizung bereitgestellt werden. Bevorzugt werden sie durch eine Flamme gebildet wird, die aus der Zündung eines Gemisches, welches wenigstens ein Wasserstoff enthaltendes Brenngas und ein Sauerstoff enthaltendes Gas enthält, resultiert. Als Wasserstoff enthaltende Brenngase eignen sich Wasserstoff, Methan, Ethan und/oder Propan, wobei Wasserstoff besonders bevorzugt eingesetzt wird. Das molare Verhältnis von O2 im sauerstoffenthaltenden Gas/wasserstoffenthaltendem Brenngas beträgt bevorzugt 0,8 bis 1,5 und besonders bevorzugt 1,05 bis 1,3.The temperatures of 650 to 1000 ° C required in the process according to the invention can be provided for example in the form of an external heating. Preferably, they are formed by a flame resulting from the ignition of a mixture containing at least one hydrogen-containing fuel gas and an oxygen-containing gas. Suitable hydrogen-containing fuel gases are hydrogen, methane, ethane and / or propane, with hydrogen being used with particular preference. The molar ratio of O 2 in the oxygen-containing gas / hydrogen-containing fuel gas is preferably 0.8 to 1.5, and more preferably 1.05 to 1.3.
Dabei kann es sich um eine interne oder externe Flamme handeln. Bei einer internen Flamme erfolgt die Umsetzung der Einsatzstoffe, Eisenoxid oder Eisenoxid und Siliciumdioxidprecursor, in Gegenwart der Flamme beziehungsweise ihrer Reaktionsprodukte, wie Wasser im Falle einer Wasserstoff-/Sauerstofflamme. Bei einer externen Flamme stellt diese lediglich die Temperatur zur Umsetzung der Einsatzstoffe bereit, während die Reaktionsprodukte getrennt von der Umsetzung geführt werden beziehungsweise erst im Anschluss mit den Produkten der Umsetzung vereinigt werden. In
Durch die Reaktion des Wasserstoff enthaltenden Brenngases und des Sauerstoff enthaltenden Gases wird Wasserdampf gebildet. Dieser kann einen Teil oder die vollständige Menge des in den erfindungsgemäßen Verfahren benötigten Wasserdampfes darstellen.Water vapor is formed by the reaction of the hydrogen-containing fuel gas and the oxygen-containing gas. This may represent part or all of the water vapor required in the process according to the invention.
Die mittlere Verweilzeit im Bereich des Reaktors in dem die Temperatur von 650 bis 1000°C ist, beträgt bevorzugt 10 ms bis 2 s. Die mittlere Verweilzeit im Bereich des Reaktors in dem die Temperatur von 400 bis 800°C ist, beträgt bevorzugt 0,1 bis 10 s.The average residence time in the region of the reactor in which the temperature is from 650 to 1000 ° C. is preferably 10 ms to 2 s. The mean residence time in the region of the reactor in which the temperature is from 400 to 800 ° C. is preferably from 0.1 to 10 s.
Die Ausführungsform der Erfindung bei der die Siliciumverbindung sowohl in den Temperaturbereich von 650 bis 1000°C wie auch in den Temperaturbereich von 400 bis 800°C eingebracht wird, erfolgt bevorzugt so, dass mehr als 50 mol-% der Siliciumverbindung, besonders bevorzugt 60 bis 90 mol-%, in den Temperaturbereich von 400 bis 800°C eingebracht werden.The embodiment of the invention in which the silicon compound is introduced both in the temperature range from 650 to 1000 ° C and in the temperature range from 400 to 800 ° C, is preferably carried out so that more than 50 mol% of the silicon compound, particularly preferably 60 to 90 mol%, are introduced in the temperature range of 400 to 800 ° C.
Bei den erfindungsgemäßen Verfahren können die Magnetit- und/oder Hämatitpartikel entweder in pulveriger Form oder als Dispersion eingesetzt werden. Vorzugsweise werden sie als Aerosol, entweder als fest/gasförmiges Aerosol bei Einsatz pulverförmiger Partikel oder als fest/flüssig/gasförmiges Aerosol bei Einsatz von Dispersionen in den Reaktor eingebracht. Hierzu können die dem Fachmann bekannten Aggregate, wie beispielsweise Mehrstoffdüsen eingesetzt werden. Als Trägergas wird in der Regel Luft oder Stickstoff eingesetzt. Wird eine Dispersion von Maghemit- und/oder Magnetitpartikeln eingesetzt, so beträgt deren Gehalt in der Dispersion in der Regel 0,5 bis 25 Gew.-%, vorzugsweise 3 bis 10 Gew.-%. Die Dispersion kann Dispergieradditive, wie zum Beispiel Polyacrylsäure und Salze hiervon enthalten. Die einfachere Verfahrensvariante besteht jedoch darin die Maghemit- und/oder Magnetitpartikel als Pulver einzusetzen.In the inventive method, the magnetite and / or hematite particles can be used either in powder form or as a dispersion. They are preferably introduced into the reactor as aerosol, either as solid / gaseous aerosol when using pulverulent particles or as solid / liquid / gaseous aerosol when using dispersions. For this purpose, the known to those skilled units, such as multi-component nozzles can be used. The carrier gas used is generally air or nitrogen. If a dispersion of maghemite and / or magnetite particles is used, their content in the dispersion is generally from 0.5 to 25% by weight, preferably from 3 to 10% by weight. The dispersion may contain dispersing additives such as polyacrylic acid and salts thereof. However, the simpler process variant consists in using the maghemite and / or magnetite particles as powder.
Die in den erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Magnetit- und/oder Maghemitpartikel weisen, jeweils unabhängig voneinander, einen mittleren Durchmesser von bevorzugt 10 nm bis 1 μm und besonders bevorzugt 100 bis 500 nm auf.The magnetite and / or maghemite particles used in the process according to the invention have, in each case independently of one another, an average diameter of preferably 10 nm to 1 μm and particularly preferably 100 to 500 nm.
Bei den in den erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Siliciumverbindungen handelt es sich um hydrolysierbare und/oder oxidierbare Verbindungen. Bevorzugt werden diese aus der Gruppe bestehend aus SiCl4, CH3SiCl3, (CH3)2SiCl2, (CH3)3SiCl, HSiCl3, (CH3)2HSiCl und CH3C2H5SiCl2, H4Si, Si(OC2H5)4, Si(OCH3)4 oder Mischungen der vorgenannten ausgewählt. Besonders bevorzugt können SiCl4, und Si(OC2H5)4 eingesetzt werden. Ganz besonders bevorzugt kann SiCl4 bei den Verfahrensschritten, die bei der höheren Temperatur durchgeführt werden, nämlich von 800 bis 1200°C beziehungsweise 650 bis 1000°C eingesetzt werden. Si(OC2H5)4 kann ganz besonders bevorzugt kann bei den Verfahrensschritten, die bei der niedrigeren Temperatur durchgeführt werden, nämlich von 400 bis 800°C, eingesetzt werden.The silicon compounds used in the process according to the invention are hydrolyzable and / or oxidizable compounds. These are preferably selected from the group consisting of SiCl 4 , CH 3 SiCl 3 , (CH 3 ) 2 SiCl 2 , (CH 3 ) 3 SiCl, HSiCl 3 , (CH 3 ) 2 HSiCl and CH 3 C 2 H 5 SiCl 2 , H 4 Si, Si (OC 2 H 5 ) 4 , Si (OCH 3 ) 4 or mixtures of the abovementioned. SiCl 4 , and Si (OC 2 H 5 ) 4 can be used with particular preference. SiCl 4 can be very particularly preferred in the process steps that in the higher Temperature are carried out, namely from 800 to 1200 ° C or 650 to 1000 ° C are used. Si (OC 2 H 5 ) 4 can very particularly preferably be used in the process steps which are carried out at the lower temperature, namely from 400 to 800 ° C.
In den erfindungsgemäßen Verfahren kann das Gewichtsverhältnis von Maghemitpartikel und/oder Magnetitpartikel zur Siliciumverbindung, gerechnet als SiO2, bevorzugt 10:90 bis 95:5 betragen. In der Regel werden hohe Induktionstemperaturen angestrebt, so dass ein Gewichtsverhältnis von 60:40 bis 95:5 als besonders bevorzugt anzusehen ist.In the process according to the invention, the weight ratio of maghemite particles and / or magnetite particles to the silicon compound, calculated as SiO 2 , may be preferably 10:90 to 95: 5. In general, high induction temperatures are desired, so that a weight ratio of 60:40 to 95: 5 is to be regarded as particularly preferred.
Die Ausführungsform der Erfindung bei der die Siliciumverbindung sowohl in den Temperaturbereich von 650 bis 1000°C wie auch in den Temperaturbereich von 400 bis 800°C eingebracht wird, erfolgt bevorzugt so, dass mehr als 50 mol-% der Siliciumverbindung, besonders bevorzugt 60 bis 90 mol-%, in den Temperaturbereich von 400 bis 800°C eingebracht werden.The embodiment of the invention in which the silicon compound is introduced both in the temperature range from 650 to 1000 ° C and in the temperature range from 400 to 800 ° C, is preferably carried out so that more than 50 mol% of the silicon compound, particularly preferably 60 to 90 mol%, are introduced in the temperature range of 400 to 800 ° C.
Die gemäß der erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Partikel bestehen aus einer dichten Hülle aus amorphem Siliciumdioxid und einem Kern, der Hämatit und wenigstens ein weiteres Eisenoxid ausgewählt aus Magnetit und Maghemit enthält. Bevorzugt werden die erfindungsgemäßen Verfahren so ausgeführt, dass der Kern Magnetit, Maghemit und Hämatit enthält. Besonders bevorzugt ist dabei eine Gewichtsverteilung von 30 bis 50% Maghemit, 40 bis 60% Hämatit und 5 bis 20% Magnetit, wobei sich die Summe der Anteile auf 100% addieren. Die BET-Oberfläche der der Partikel beträgt bevorzugt 5 bis 80 m2/g. Die Dicke der Hülle beträgt bevorzugt 3 bis 40 nm. Die mittels Debye-Scherrer ermittelten Kristallitgrößen der Kernbestandteile sind bevorzugt kleiner 100 nm. Besonders bevorzugt ist die so ermittelte Kristallitgröße von Hämatit 40 bis 70 nm, von Magnetit 30 bis 90 nm und von Maghemit 20 bis 40 nm.The particles produced according to the methods of the invention consist of a dense envelope of amorphous silica and a core containing hematite and at least one further iron oxide selected from magnetite and maghemite. The processes according to the invention are preferably carried out such that the core contains magnetite, maghemite and hematite. Particular preference is given to a weight distribution of 30 to 50% maghemite, 40 to 60% hematite and 5 to 20% magnetite, the sum of the proportions adding up to 100%. The BET surface area of the particles is preferably 5 to 80 m 2 / g. The thickness of the shell is preferably from 3 to 40 nm. The crystallite sizes of the core constituents determined by means of Debye-Scherrer are preferably less than 100 nm. The crystallite size thus determined of hematite is 40 to 70 nm, magnetite 30 to 90 nm and maghemite 20 are particularly preferred up to 40 nm.
Im Gegensatz zu den im Stand der Technik erhältlichen mit Siliciumdioxid umhüllten Eisenoxidpartikeln erlauben die erfindungsgemäßen Verfahren die Herstellung von Partikeln mit besonders hohen Aufheizraten. Während der Herstellung nach den erfindungsgemäßen Verfahren erfolgen bei hohen Temperaturen komplexe Umwandlungen der Eisenoxide, die anscheinend zu einer besonders günstigen Anordnung der Kernbestandteile führen, die über chemische Bindungen an die amorphe Siliciumdioxidhülle angebunden sind. Magnetit und Maghemit gewährleisten die elektromagnetische Einkopplung der Energie in den Kern, während Hämatit für eine hohe Wärmeleitfähigkeit bereitstellt.In contrast to the silica-coated iron oxide particles obtainable in the prior art, the processes according to the invention allow the production of particles having particularly high heating rates. During the production by the novel processes, complex conversions of the iron oxides take place at high temperatures, which apparently lead to a particularly favorable arrangement of the core constituents, which are bound to the amorphous silicon dioxide shell via chemical bonds. Magnetite and maghemite ensure the electromagnetic coupling of energy into the core, while hematite provides for high thermal conductivity.
BeispieleExamples
Analytikanalytics
Der Gehalt an Eisenoxid wird durch Aufschluss mit NaOH, Lösen in verdünnter H2SO4 und nachfolgender iodometrischer Titration bestimmt. Die BET-Oberfläche wird bestimmt nach
Die quantitative Bestimmung der Kernanteile erfolgt durch Röntgendiffraktometrie (Reflexion, θ/θ-Diffraktometer, Co-Kα, U = 40 kV, I = 35 mA; Szintillationszähler, nachgestellter Graphitmonochromator; Winkelbereich (2Θ)/Schrittweite/Messzeit: 10–100°/0,04°/6 s (4 h)). Der Hämatit ist wegen der freistehenden Reflexe eindeutig identifizierbar. Der Maghemit ist signifikant anhand der Reflexe (110) und (211) im vorderen Winkelbereich nachweisbar. Mit Hilfe der Rietveld-Methode wird eine quantitative Phasenanalyse ausgeführt (Fehler ca. 10% relativ). Die quantitative Phasenanalyse erfolgt anhand des set 60 der ICDD-Datenbank PDF4+ (2010). Die quantitative Phasenanalyse und die Bestimmung der Kristallitgrößen erfolgen mit dem Rietveld-Programm SiroQuant®, Version 3.0 (2005).The quantitative determination of the core components is carried out by X-ray diffractometry (reflection, θ / θ diffractometer, Co-K α , U = 40 kV, I = 35 mA, scintillation counter, simulated graphite monochromator, angular range (2Θ) / step size / measuring time: 10-100 ° / 0.04 ° / 6 s (4 h)). The hematite is clearly identifiable because of the freestanding reflexes. The maghemite is significantly detectable by the reflexes (110) and (211) in the front angle range. Using the Rietveld method, a quantitative phase analysis is performed (error about 10% relative). Quantitative phase analysis is performed using set 60 of the ICDD database PDF4 + (2010). The quantitative phase analysis and determination of the crystallite done with the Rietveld program SiroQuant ® version 3.0 (2005).
Die Dicke der äußeren Hülle wird mittels Transmissions-Elektronen-Mikroskopie bestimmt (TEM). Zusätzlich wird geprüft, ob die Hülle dicht ist. Hierunter ist zu verstehen, dass bei Kontakt der Partikel mit Salzsäure weniger als 50 ppm Eisen nachweisbar sind. Dabei werden bei Raumtemperatur 0,33 g der Partikel 15 Minuten lang in Kontakt mit 20 ml 1 N Salzsäurelösung gebracht. Ein Teil der Lösung wird anschließend mittels geeigneter Analysetechniken, beispielsweise ICP (inductively coupled plasma spectroscopy) auf Eisen untersucht.The thickness of the outer shell is determined by transmission electron microscopy (TEM). In addition, it is checked whether the shell is tight. By this is meant that upon contact of the particles with hydrochloric acid less than 50 ppm of iron are detectable. At room temperature, 0.33 g of the particles are brought into contact with 20 ml of 1 N hydrochloric acid solution for 15 minutes. Part of the solution is subsequently analyzed for iron by means of suitable analysis techniques, for example ICP (inductively coupled plasma spectroscopy).
Die Aufheizzeit bis zu einer Temperatur von 100°C wird in einer Silikonmasse bestimmt. Die Silikonmasse wird erhalten, indem man 33 g ELASTOSIL® E50, Fa. Momentive Performance Materials, 13 g Silikonöl Typ M 1000, Fa. Momentive Performance Materials, 4 g AEROSIL® 150, Fa. Evonik Degussa und 2,5 g, entsprechend 4,76 Gew.-% Siliciumdioxid umhülltes Eisenoxid mittels eines SpeedMixers 2 × 30 sec. und 2 × 45 sec. bei 3000 Upm vermengt. Nachfolgend wird die Silikonmasse in einer Dicke von ca. 1 mm auf einen Glasobjektträger aufgebracht. Der Energieeintrag erfolgt durch Induktion im magnetischen Wechselfeld einer Frequenz von 670 MHz bei einer elektrischen Leistung von 2,5 kW.The heating time up to a temperature of 100 ° C is determined in a silicone composition. The silicone composition is obtained by mixing 33 g ELASTOSIL ® E50, Fa. Momentive Performance Materials, 13 g of silicone oil type M 1000, Fa. Momentive Performance Materials, 4 g of Aerosil ® 150, Fa. Evonik Degussa and 2.5 g, equivalent to 4 , 76 wt .-% silica coated iron oxide mixed by means of a SpeedMixers 2 × 30 sec. And 2 × 45 sec. At 3000 rpm. Subsequently, the silicone composition in a thickness of about 1 mm on a Glass slide applied. The energy input is made by induction in the alternating magnetic field of a frequency of 670 MHz with an electrical power of 2.5 kW.
Einsatzstoffefeedstocks
- Maghemit: Auer-Remy, mittlere Partikelgröße 20 bis 50 nm, spezifische Oberfläche > 30 m2/g, annähernd sphärisch.Maghemite: Auer-Remy, mean particle size 20 to 50 nm, specific surface area> 30 m 2 / g, approximately spherical.
- Magnetit: Auer-Remy, mittlere Partikelgröße 20 bis 30 nm, spezifische Oberfläche > 60 m2/g, sphärisch.Magnetite: Auer-Remy, average particle size 20 to 30 nm, specific surface area> 60 m 2 / g, spherical.
Die Beispiele 1 bis 3 werden mittels indirekter Flamme, die Beispiele 4 bis 6 mittels direkter Flamme durchgeführt.Examples 1 to 3 are carried out by means of indirect flame, examples 4 to 6 by means of direct flame.
Beispiel 1: In einem ersten Bereich eines Durchflussreaktors werden ein Gemisch aus 1250 g/h pulverförmigem Maghemit und 4,5 Nm3/h Luft in einer Hochtemperaturzone temperaturbehandelt. Die Hochtemperaturzone wird durch eine externe Wasserstoff-/Sauerstoffflamme gebildet, die sich durch Zünden von 6,5 Nm3/h Wasserstoff und 30 Nm3/h Luft ergibt. Die mittlere Verweilzeit des Reaktionsgemisches in diesem ersten Bereich beträgt ca. 0,1 s. Die Temperatur 50 cm unterhalb des Brennermundes beträgt 825°C.EXAMPLE 1 In a first region of a flow-through reactor, a mixture of 1250 g / h of pulverulent maghemite and 4.5 Nm 3 / h of air is subjected to a temperature-controlled treatment in a high-temperature zone. The high-temperature zone is formed by an external hydrogen / oxygen flame, which results from ignition of 6.5 Nm 3 / h of hydrogen and 30 Nm 3 / h of air. The mean residence time of the reaction mixture in this first region is about 0.1 s. The temperature 50 cm below the burner mouth is 825 ° C.
Im zweiten Bereich des Durchflussreaktors werden dem Strom des heißen Reaktionsgemisches aus dem ersten Bereich 0,6 kg/h dampfförmiges Si(OC2H5)4 zusammen mit 3 Nm3/h Stickstoff zugegeben. Die mittlere Verweilzeit des Reaktionsgemisches im zweiten Bereich beträgt 0,9 s. Die Temperatur 20 cm oberhalb der Zugabestelle beträgt ca. 640°C.In the second region of the flow-through reactor, 0.6 kg / h of vaporous Si (OC 2 H 5 ) 4 together with 3 Nm 3 / h of nitrogen are added to the stream of the hot reaction mixture from the first region. The mean residence time of the reaction mixture in the second range is 0.9 s. The temperature 20 cm above the point of addition is about 640 ° C.
Nachfolgend wird das Reaktionsgemisch abgekühlt und der erhaltene Feststoff auf einem Filter von den gasförmigen Stoffen abgeschieden.Subsequently, the reaction mixture is cooled and the resulting solid is deposited on a filter of the gaseous substances.
Der Feststoff weist einen Gehalt an Eisenoxid, gerechnet als Fe2O3, von 89 Gew.-% auf. Seine BET-Oberfläche beträgt 30 m2/g. Die Gewichtsanteile an Maghemit, Magnetit und Hämatit betragen 54, 9 und 37%. Die Aufheiztemperatur nach 60 s beträgt 312°C. Nach der Behandlung mit Salzsäure sind 15 ppm Eisen nachweisbar.The solid has an iron oxide content, calculated as Fe 2 O 3 , of 89% by weight. Its BET surface area is 30 m 2 / g. The proportions by weight of maghemite, magnetite and hematite are 54, 9 and 37%. The heating temperature after 60 s is 312 ° C. After treatment with hydrochloric acid, 15 ppm iron is detectable.
Beispiel 2 wird analog Beispiel 1 durchgeführt, jedoch erfolgt die Verdüsung des Magnetites in einer reduzierenden Atmosphäre. Weiterhin sind die Flammenparameter anders als in Beispiel 1 gewählt, so dass die Temperatur im ersten Bereich niedriger ist.Example 2 is carried out analogously to Example 1, but the atomization of the magnetite takes place in a reducing atmosphere. Furthermore, the flame parameters are selected differently than in Example 1, so that the temperature in the first region is lower.
Beispiel 3 wird analog Beispiel 1 durchgeführt, jedoch wird ein 1:1 Gemisch, je 0,325 kg/h, aus Magnetit und Maghemit eingesetzt.Example 3 is carried out analogously to Example 1, but a 1: 1 mixture, each 0.325 kg / h, of magnetite and maghemite is used.
Beispiel 4: In einem ersten Bereich eines Durchflussreaktors werden ein Gemisch aus 800 g/h pulverförmigem Maghemit und 4,5 Nm3/h Luft in einer Wasserstoff-/Sauerstoffflamme umgesetzt. Die Flamme resultiert aus der Zündung eines Gemisches aus 8 Nm3/h Wasserstoff und 21 Nm3/h Luft ergibt. Die mittlere Verweilzeit des Reaktionsgemisches in diesem ersten Bereich beträgt ca. 1,2 s. Die Temperatur 50 cm unterhalb des Brennermundes beträgt 1061°C.Example 4: In a first region of a flow reactor, a mixture of 800 g / h of pulverulent maghemite and 4.5 Nm 3 / h of air are reacted in a hydrogen / oxygen flame. The flame results from the ignition of a mixture of 8 Nm 3 / h hydrogen and 21 Nm 3 / h air results. The mean residence time of the reaction mixture in this first range is about 1.2 s. The temperature 50 cm below the burner mouth is 1061 ° C.
Nachfolgend wird das Reaktionsgemisch abgekühlt und der erhaltene Feststoff auf einem Filter von den gasförmigen Stoffen abgeschieden.Subsequently, the reaction mixture is cooled and the resulting solid is deposited on a filter of the gaseous substances.
Der Feststoff weist einen Gehalt an Eisenoxid, gerechnet als Fe2O3, von 82 Gew.-% auf. Seine BET-Oberfläche beträgt 30 m2/g. Die Gewichtsanteile an Maghemit, Magnetit und Hämatit betragen 20, 62 und 18%. Die Aufheiztemperatur nach 60 s beträgt 352°C. Nach der Behandlung mit Salzsäure sind 25 ppm Eisen nachweisbar.The solid has an iron oxide content, calculated as Fe 2 O 3 , of 82% by weight. Its BET surface area is 30 m 2 / g. The proportions by weight of maghemite, magnetite and hematite are 20, 62 and 18%. The heating temperature after 60 s is 352 ° C. After treatment with hydrochloric acid, 25 ppm iron is detectable.
Beispiel 5 wird analog Beispiel 4 durchgeführt, jedoch wird Magnetit anstelle von Maghemit eingesetzt.Example 5 is carried out analogously to Example 4, but magnetite is used instead of maghemite.
Beispiel 6 wird analog Beispiel 4 durchgeführt, jedoch wird ein 1:1 Gemisch von Magnetit und Maghemit eingesetzt erfolgt und die Verdüsung erfolgt in einer reduzierenden Atmosphäre.Example 6 is carried out analogously to Example 4, but a 1: 1 mixture of magnetite and maghemite is used and the atomization takes place in a reducing atmosphere.
Die Einsatzstoffe und Reaktionsbedingungen sowie die die physikalisch-chemischen Eigenschaften der erhaltenen Pulver sind in Tabelle 1 zusammengefasst.The starting materials and reaction conditions as well as the physicochemical properties of the powders obtained are summarized in Table 1.
Die Beispiele zeigen, dass es mittels der erfindungsgemäßen Verfahren möglich ist, mit Siliciumdioxid umhüllte Eisenoxidpartikel herzustellen. Durch die kurzzeitige Hochtemperaturbehandlung gelingt es die eingesetzten Eisenoxidpartikel so zu modifizieren, dass der Kern der nach den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Partikel drei Eisenoxidmodifikationen enthält, nämlich, unabhängig vom eingesetzten Eisenoxid, Magnetit, Maghemit und Hämatit. Die Zusammensetzung des Kernes kann wie in den Beispielen gezeigt variiert werden und führt zu hohen Temperaturen bei der induktiven Erwärmung. Tabelle 1: Einsatzstoffe und Reaktionsbedingungen;
physikalisch-chemische Daten
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