DE387207C

DE387207C - Verfahren und Einrichtung zur Herstellung von Metallsolen

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Publication number: DE387207C
Application number: DESCH61027D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1921-03-10
Filing date: 1921-03-10
Publication date: 1923-12-20

Description

Verfahren und Einrichtung zur Herstellung von Metailsolen.
Durch die Arbeiten von T h e S v e d b e r g und B r e d i g sind Methoden bekannt geworden, welche die Herstellung von Metalisolen durch Lichtbogenzerstäubung im Dispersionsmittel betreffen.
Es zeigte sich, daß beim Brennen eines Lichtbogens z. B. unter Wasser kolloide Lösungen derjenigen Metalle gewonnen werden konnten, welche als Elektroden bzw. als Ka-Methode Verwendung fanden.
Versuche des Erfinders haben nun ergeben, daß die Herstellung solcher kolloider Lösungen ohne - Verwendung eines Lichtbogens möglich ist.
Das Verfahren gemäß Erfindung kennzeichnet sich am besten durch Beschreibung der Versuchsanordnung.
Das Gefäß a (Abb. I) enthält das Dispersionsmittel und, soweit erforderlich, in diesem gelöst die Schutzkolloide bzw. die peptisierenden Ionen.
Zwei Klemmen k vermitteln die Stromzuleitung zu einem Glühdraht g, der durch einen elektrischen Strom zum Glühen innerhalb des Dispersionsmittels gebracht wird.
Durch die Regelung der Glühtemperatur hat man es in der Hand, die Zerstäubungsgeschwindigkeit und auch die Teilchengröße zu regeln. Andererseits ist diese allerdings auch von dem I Krümmungsradius der glühetlden Fläche und von dessen Material abhängig.
Für Kupfer liegen z. B. die Temperaturen, welche für die Herstellung möglichst konzentrierter und haltbarer Solen geeignet sind, in einem ganz anderen Bereich als z. B. für Platin.
Es bildet sich gemäß der geringen Diffusionsfähigkeit der kolloiden Teilchen um den Glühdraht herum eine relativ konzentrierte Zone, die durch eine Rührvorrichtung gleichmäßig im Gesamtvolumen verteilt werden kann. Die Zerstäubung kann nun gemäß der Erfindung dadurch noch ganz besonders verstärkt werden, daß man eine zweite Elektrode einführt, welche den Zweck hat, ein Spannungsgefälle in der Arbeitsflüssigkeit zu erzeugen, welche die Abtrennung der aufgeladenen Teilchen kolloider Größenordnung aus dem Molekularverband des Drahtes erleichtert und gleichzeitig die Verteilung der Teilchen im Dispersionsmittel durch Kataphorese bewirkt. Dieses würde nun allerdings letzten Endes zu einer Ausscheidung der Teilchen auf der Anode unter Abgabe ihrer Ladung führen. Um diesen Vorgang zu vermeiden, trennt man Anode und Kathode zweclanäßig durch eine semipermeable Membran, also ein Ultrafilter, welches für die kolloiden Teilchen nicht durchlässig ist. Es kommt nun zwar zu einer Ausflockung der kolloiden Teilchen auch in diesem Fall, jedoch ist diese bei geeigneter Versuchsanordnung umkehrbar, da keine Abgabe der Ladung stattfindet.
Abb. 2 zeigt ein Beispiel einer solchen Anordnung in schematischer Darstellung. Im Reaktionsgefäß a befindet sich der Glühdraht g und die Elektrode e, welche von einer semipermeablen Zelle s umgeben ist. Die Heizstromiquelle b gestattet die erforderliche Fadentemperatur herzustellen. Die Anode batterie i sorgt für das notwendige Spaii nungsgefälle zwischen g und e. Es kann sieb unter Umständen empfehlen, zwischen g und c eine Wechselspannung anzulegen. Die Frequenz dieser Spanumig ist ron Bedeutung für die Herstellung des Sols, was leicht so zu erklären ist, daß die Einhaltung der Eigenfrequenz der Teilchen oder der Eigenfrequenz der elektrischen Doppelschicht den Dispersionsvorgang beschleunigt. Erstere liegen im Bereich der Niederfrequenzen, letztere im Bereich der hochfrequenten Schwingungen, so daß die Ausbildung der Anordnung als Schwingungskreis sich als vorteilhaft erwiesen hat.
Abb. 3 gibt ein schematisdies Beispiel für letztere Ausführungsform. In dieser ist g der Glühdraht, c die zweite Elektrode, b die Heizbatterie, c ein Kondensator, s eine Vorrichtung zur Selbstinduktion; letzere beiden sind nach Bedarf regelbar.
Die Erregung dieses schwingungsfähige Gehildes erfolgt nach einer der bewährten Methode der elektrischen Schwingunserzeugung. Insbesondere kann hierzu eine Schwingungsröhre benutzt werden, deren Anodenkreis mit dem Schwingungskreis in Abb. 3 mehr oder weniger eng zu kuppeln wäre. c ist ein Block Kondensator, welcher den Widerstand c, g überbrückt.
Die Anode bzw. die zweite Elektrode kann ebenfalls als Glühelektrode ausgebildet sein, was Abb. 4 z. B. schematisch darstellt. Es sind g die Glühdrähte, b die Heizbatterien, W eine Wechselstromquelle regulierbarer Frequenz und Spannung. Die Frequenz der Wechselstromquelle ist zweckmäßig in einem weiten -Bereich regelbar und scharf einstellbar. Das gewünschte Wechsel- oder Gleichstromfeld kann auch noch ohne Zuhilfenahme des Glühdrahtes durch zwei oder mehrere besondere Elektroden hergestellt werden. Abb. 5 zeigt ein schematisches Beispiel einer solchen Anordnung. Die drei Elektroden e, c, e stehen unt einem dreiphasigen Wechselstromerzeuger d in Verbindung. g ist der Glühdraht, b die Heizbatterie. Der Glühdraht kann unter Umständen, um die Verteilung der dispersen Phasen zu erleichtern, unterteilt und an mehreren verschiedenen Stellen des Gefäßes angebracht werden. Es kann auch zweckmäßig sein, mehrere Glühdrähte zu verwenden, wenn sich dies nicht bereits aus der Ausbildung derselben als Elektroden dauernd oder wechselnd verschiedenen Potentials von selbst ergibt. Die Glühdrähte oder die kalten Elektroden können als Rotierelektroden ausgebildet sein.
Die Gleichstrompsannung der Stromquelle 111 Äbl). 2 kann mit einem Unterbrecher irgendwelcher Art versehen werden und durch dessen periodische Betätigung ohne Benutzung von wechselstrom eine die Dispergation fördernde Frequenz erreicht werden.
Endlich kann es zweckmäßig sein, die Richtung eines Gleichstromfelds periodisch umzukehren, um hierdurch die beispielsweise an der Anode entladenen oder am Ultrafilter abgesetzten kolloiden Teilchen aufs neue beweglich zu machen. praktisch wird bei dieser Methode und bei genügend hoher Frequenz und des Komutierungsvorgange der Absatz der Teilchen überhaupt vermieden, da diese ständig in Oszillation bleiben.
Endlich kann bei dem System eine Frequenz beliebiger Höhe auch ohne Zuhilfenahnle von Elektroden erreicht werden, die leitend mit ihrer Flüssigkeit in Verbindung stehen. Wie oben gesagt, läßt sich jedes Teilchen als ein mechanisch und seine Doppelschicht als ein elektrisch-schwingungsfäghiges System auffassen und damit auch die Gesamtheit der Teilchen bzw. die Gesamtheit ihrer Ladungen. Abb. 6 zeitz schematisch eine Ausführungsform dieses Gedankens. Das Gefäß r befindet sich innerhalb der Windungen einer Selbstinduktion, welche ein Bestandteil des Schwingungskreises mit den regelbaren Größen c und s ist. Das Gefäß r ist also gewissermaßen induktiv mit dem Schwingungskreis gekoppelt. Die innere Einrichtung des Gefäßes r, welche den Abb. 1 und 2 entsprechen kann, ist der Übersichtlichkeit halber fortgelassen.
Der Glühdraht bracut nicht als Draht ausgebildet zu sein, er kann z. B. auch aus einem Blech oder einer Drahtlizer bestehen.
Man bringt zweckmäßig eine Vorrichtung an, welche gestattet, den Draht fortlaufend zu erneuern, derart, daß er auf einer großen Länge gleichmäßig abgenutzt wird. Zu diesem Zweck können die Zuführungsklemmen für die Heizspamlung als Friktionstakte ausgebildet sein. Der Draht wird dann in der Zeiteinheit durch die erste Klemme um ebensoviel in die Flüssigkeit hineingeschoben, als er durch die andere Klemme aus ihr herausgezogen wird, derart, daß eine stets gleichlange Schleife des Drahtes sich in der Flüssigkeit und im Glühzustand befindet.
Das Verfahren gemäß der Erfindung unter sclleidet sich wesentlich von dem bekannten Verfahren durch Ausbildung der zerstäubenden Elektrode als Glühelektrode und durch Verzicht auf Entladungsvorgänge.
Die Glühelektrode allein emittiert bereits elektrisch beladene Metallteilchen, deren Verteilung in der Flüssigkeit durch ein elektrostatisches Spannungsgefälle, durch nieder-, mittel- oder hochfrequente Wechselfelder oder mechanisches Rühren, unter Verzicht auf jede Lichtbogen- oder Funkenbildung, im Dispersionsmittel unterstützt wird. Während alle bisherigen Methoden also Vorgänge benutzen, die wesentlich schwieriger zu kontrollieren sind (z. B. Kompliziertheit der Lichtbogencharakteristik), werden bei dem Verfahren gemäß der Erfindung nur Mittel verwendet, die in einem sehr großen Bereich regelbar sind. Hierdurch wird nicht nur eine große Gleichmäßigkeit der Teilchengröße erreicht, sondern auch ermöglicht, Kolloide wechselnden Dispersitätsgrades herzustellen und die Konzentration genau abzupassen.
Da beides für die Stabilität kolloider Lösungen maßgebend ist, muß die Methode als ein wesentlicher Fortschritt gegenüber den bekannten angesehen werden.
Kolloid-synthetische Prozesse sind bekanntlich äußerst empfindlich, insofern als die erhaltenen Kolloide in ihren Eigenschaften viel weitgehender von der Herstellungsmethode abhängen, als dies bei den Resultaten rein chemischer Prozesse der Fall ist.
Aus diesem Grunde bezeichnet man die verschiedenen Sole nach ihrer Herstellungsart, da sie sich auf andere Weise nicht ausreichend charakterisieren lassen. Man kann daher in der Kolloidsynthese von vorneherein sagen, daß nach einer neuen Methode hergestellte Sole auch stets neuartige Eigenschaften haben werden. Dies bestätigt sich in vorliegendem Fall insofern, als die Einheitlichkeit des Dispersitätsgrades bei den gemäß Erfindung erhaltenen Solen wie zu erwarten ein größerer, mithin die Haltbarkeit eine bessere ist.
Bemerkenswert ist, daß bei den Verfahren gemäß Erfindung nicht nur die Metallsole, sondern auch Oxydsole mit negativem Ladungssinn erhalten werden können.

Claims

PATENT-ANSPRÜCHE: I. Verfahren zur Herstellung von Metallsolen durch thermische Zerstäubung, gekennzeichnet durch die Verwendung eines elektrisch geheizten Drahtes, ganz oder teilweise bestehend aus derjenigen Substanz, welche dispergiert werden soll.
2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Glühdraht mittels einer in die Flüssigkeit eintauchenden Anode und einer Anodenbatterie kathodisch aufgeladen wird.
3. Einrichtung gemäß Anspruch 1 und 2, bestehend aus Glühdraht mit Heizbatterie und Regelwiderstand, Anode, Anodenbatterie, Unterbrecher und Regelwiderstand, wobei Glühdraht und Anode dauernd in das Dispersionsmittel eintauchen, jedoch voneinander durch ein für Kristalloide durchlässiges, für Kolloide undurchlässiges Filter getrennt sind.
4. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle der Anodenbatterie zwischen Glühdraht und Anode eine Wechselstromspannung angelegt wird.
5. Einrichtung gemäß Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch Ausbildung mehrerer Elektroden als ; Glühdrähte.
6. Einrichtung nach Anspruch I bis 5, gekennzeichnet durch Ausbildung der beheizten oder unbeheizten Elektroden als Rührelektroden.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erleichterung der Dispergation den Teilchen selbst bzw. deren elektrischer Doppelschicht ein der Eigenfrequenz entsprechender Schwingungszustandl ausgedrückt wird.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Dispergationsgefäß mit einem nieder- bis hochfrequenten elektrischen Schwingungsfeld induktiv gekoppelt wird.
9. Verfahren nach Anspruch I bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das -elektrostatische oder das Schwingungsfeld erzeugt wird, ohne daß der Glühdraht außerhalb des Dispersionsmittels in leitender Verbindung mit dem das Feld erzeugenden Stromkreis steht -
10. Einrichtung nach Anspruch I bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Glühdraht und Anode Teile eines hochfrequenten Schwingungskreises darstellen.

I I. Einrichtung nachAnspruchI bis I0, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zwecke der gleichmäßigeren Abnutzung des Glühdrahtes dieser selbst erheblich länger ist als der zum Erglühen gebrachte Teil, so daß also nur ein Teil des Drahtes im Heizstromkreis liegt, wobei dieser Teil sich dauernd oder periodisch erneuert, indem er beispielsweise nach Art der Kinematographenschleife von einer Spule aufgewickelt und von einer anderen Spule abgewickelt wird, wobei er zwei Schleifelektroden passiert, welche dem jeweils zwischen ihnen liegenden Stück des Drahtes den Heizstrom zuführen.