DE69207298T2 - Stabiles, wässriges Aluminiumoxydsol und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Stabiles, wässriges Aluminiumoxydsol und Verfahren zu seiner Herstellung

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Description

    FACHGEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung von wäßrigem Aluminiumoxid-Sol, insbesondere auf stabile wäßrige Sole aus amorphem Aluminiumoxid, in denen die kolloidalen Partikel aus amorphem Aluminiumoxid eine einheitliche Länge von 200 bis 500 nm (Nanometer) und eine kontrollierte Dicke von 20 bis 100 nm (Nanometer) haben, sowie auf ein Verfahren zur Herstellung der Sole.
    • BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
  • Die japanische Patentschrift Nr. Sho 32-3367 (1957) offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines wäßrigen Aluminiumoxid-Sols durch ein Verfahren, das die direkte Umsetzung von metallischem Aluminium mit Wasser in Gegenwart einer Säure, wie z.B. einer anorganischen oder organischen Säure, umfaßt.
  • Die japanische Offenlegungsschrift Nr. Sho 60-166220 (1985) offenbart Verfahren zur Herstellung wäßriger Sole aus amorphem Aluminiumoxid in faseriger Form nach einem Verfahren, das ein Zusetzen von metallischem Aluminium in eine wäßrige Lösung einer organischen Säure und Erwärmen der Lösung auf eine hohe Temperatur unter Erhalt eines Reaktionsgemisches und anschließend ein weiteres Zusetzen von organischer Säure und metallischem Aluminium zu dem Reaktionsgemisch umfaßt. Allerdings können die nach dem Verfahren erhaltenen Sole keine ausreichenden Eigenschaften für Produkte, die unter Verwendung der Sole erhalten werden, z.B. Träge rstoffe für Katalysatoren usw., erreichen.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines verbesserten Sols aus amorphem Aluminiumoxid.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens, nach dem ein derartiges stabiles wäßriges Sol aus amorphem Aluminiumoxid, das verbesserte Eigenschaften aufweist, effizient hergestellt werden kann.
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein stabiles, wäßriges Sol aus amorphem Aluminiumoxid, in dem die kolloidalen Partikel aus amorphem Aluminiumoxid eine einheitliche Dicke im Bereich von 40 bis 100 nm (Nanometer) und eine einheitliche Länge im Bereich von 200 bis 500 nm (Nanometer) haben, wobei die Länge das 5- bis 10-fache der Dicke ist, und wobei das Sol Al&sub2;O&sub3; in einer Menge von bis zu 15 Gew.-% und ein Säureanion in einer Menge von 0,1 bis 0,5 Grammäquivalent pro 1 mol Aluminium in dem Sol enthält.
  • Das Verfahren zur Herstellung des obigen Sols aus amorphem Aluminiumoxid, in dem die kolloidalen Partikel aus amorphem Aluminiumoxid eine einheitliche Dicke von 40 bis 100 nm (Nanometer) haben, umfaßt die folgenden Schritte:
  • - in eine wäßrige Aufschlämmung, die metallisches Aluminium in einer Menge von 1 bis 7 Gew.-% enthält, wird eine Säure in einer Menge von 0,1 bis 0,5 Grammäquivalent pro 1 mol metallisches Aluminium mit einer Geschwindigkeit von 0,001 bis 0,03 Grammäquivalent pro Minute pro 1000 g Wasser unter Normaldruck eingeleitet, wobei die Temperatur zwischen 80ºC und dem Siedepunkt der Aufschlämmung liegt;
  • - der Aufschlämmung wird ein wasserlösliches Silicat oder Kieselsäure in einer Menge von 10 bis 200 Gew.-Teile SiO&sub2; pro million Gew.-Teile Wasser zugesetzt, bevor Partikel aus amorphem Aluminiumoxid, die eine Größe von weniger als 3 nm (Nanometer) haben und die in der Aufschlämmung gebildet werden, zu wachsen beginnen; und
  • - nach Beendigung des Einleitens der Säure unter Normaldruck bei einer Temperatur zwischen 80ºC und dem Siedepunkt der Aufschlämmung wird das Erwärmen fortgesetzt, bis ein Sol, in dem die kolloidalen Partikel aus amorphem Aluminiumoxid eine einheitliche Länge von 200 bis 500 nm (Nanometer) haben, gebildet ist.
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf ein stabiles, wäßriges Sol aus amorphem Aluminiumoxid, in dem die kolloidalen Partikel aus amorphem Aluminiumoxid eine Dicke, die im Bereich von 20 bis 100 nm (Nanometer) gestreut ist, und eine einheitliche Länge im Bereich von 200 bis 500 nm (Nanometer) aufweisen, und wobei das Sol Al&sub2;O&sub3; in einer Menge von bis zu 15 Gew.-% und ein Säureanion in einer Menge von 0,1 bis 0,5 Grammäquivalent pro 1 mol Aluminium in dem Sol enthält.
  • Das Verfahren zur Herstellung des obigen Sols aus amorphem Aluminiumoxid, in dem die kolloidalen Partikel aus amorphem Aluminiumoxid eine Dicke haben, die im Bereich von 20 bis 100 nm verteilt ist, umfaßt die folgenden Schritte:
  • - in eine wäßrige Aufschlämmung, die metallisches Aluminium in einer Menge von 1 bis 7 Gew.-% enthält, wird eine Säure in einer Menge von 0,1 bis 0,5 Grammäquivalent pro 1 mol metallisches Aluminium mit einer Geschwindigkeit von 0,001 bis 0,03 Grammäquivalent pro Minute pro 1000 g Wasser unter Normaldruck eingeleitet, wobei die Temperatur zwischen 80ºC und dem Siedepunkt der Aufschlämmung liegt;
  • - der Aufschlämmung wird ein wasserlösliches Silicat oder Kieselsäure in einer Menge von 10 bis 200 Gew.-Teilen SiO&sub2; pro 1 million Gew.-Teile Wasser sowie ein wasserlösliches Sulfat in einer Menge von 5 bis 20 Gew.- Teile SO&sub4; pro 1 million Gew.-Teile Wasser zugesetzt, bevor Partikel aus amorphem Aluminiumoxid, die eine Größe von weniger als 3 nm (Nanometer) haben und die in der Aufschlämmung gebildet werden, zu wachsen beginnen; und
  • - nach Beendigung des Einleitens der Säure unter Normaldruck bei einer Temperatur zwischen 80ºC und dem Siedepunkt der Aufschlämmung wird das Erwärmen fortgesetzt, bis ein Sol, in dem die kolloidalen Partikel aus amorphem Aluminiumoxid eine einheitliche Länge von 200 bis 500 nm (Nanometer) haben, gebildet ist.
    • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Die wäßrige Aufschlämmung von metallischem Aluminium kann hergestellt werden, indem metallisches Aluminium in einer Menge in Wasser dispergiert wird, daß die resultierende Konzentration 1 bis 7 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 6 Gew.-%, Aluminium in der Aufschlämmung beträgt. Vorzugsweise wird ein metallisches Aluminium in Pulverform, das eine Reinheit von 99,6% oder höher und eine durchschnittliche Partikelgröße (gewogenes Mittel) von 10 bis 100 µm (Mikrometer) hat, verwendet. Das Wasser, das in der Aufschlämmung verwendet wird, ist wünschenswerterweise eins mit einer hohen Reinheit, wie z.B. ein entionisiertes Wasser oder destilliertes Wasser.
  • Als Säure, die der Aufschlämmung zugesetzt wird, kann eine anorganische oder organische Säure verwendet werden, beispielsweise Salzsäure, Ameisensäure oder Essigsäure, obgleich Salzsäure besonders bevorzugt wird. Die Säure wird vorzugsweise in Form einer wäßrigen Lösung, die eine Konzentration von üblicherweise 10 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 12 bis 17 Gew.-%, der Säure hat, in die Aufschlämmung eingeleitet. Es ist vorteilhaft, die Säure in einer Menge von 0,1 bis 0,5 Grammäquivalent pro 1 mol des metallischen Aluminiums in der Aufschlämmung zuzusetzen. Die wäßrige Lösung der Säure wird kontinuierlich oder diskontinuierlich in die Aufschlämmung, die bei einer Temperatur zwischen 80ºC und dem Siedepunkt gehalten wird, unter Normaldruck mit einer Geschwindigkeit von 0,001 bis 0,03 Grammäquivalent pro 1000 g Wasser in der Aufschlämmung pro Minute eingeleitet.
  • Silicationen werden in einer Menge von über 10, vorzugsweise 10 bis 200, Gew.-Teilen SiO&sub2; pro 1 million Gew.-Teile Wasser in die Aufschlämmung gegeben, und zwar in irgendeiner Stufe vor oder nach Zusatz der Säure, solange das Vorliegen der Silicationen in der Aufschlämmung erreicht wird, bevor Partikel aus amorphem Aluminiumoxid, die eine Partikelgröße von weniger als 3 nm (Nanometer) haben und die in der Aufschlämmung gebildet werden, dort zu wachsen beginnen. Es ist allerdings vorteilhaft, die Silicationen vor Zugabe der Säure nach einem derartigen Verfahren der Aufschlämmung zuzuführen, daß z.B. ein wasserlösliches Silicat oder Kieselsäure der Aufschlämmung des metallischen Aluminiums oder dem Wasser zur Herstellung der Aufschlämmung zugesetzt wird.
  • Die Silicationen in der Aufschlämmung können monomer oder polymer sein, obgleich monomere Ionen bevorzugt werden. Die monomeren Silicationen können als wäßrige Lösung eines wasserlöslichen Silicats, wie z.B. Orthosilicat, Sesquisilicat, Metasilicat, usw., von Natrium, Kalium, Lithium, Ammonium, quaternärem Ammonium oder Amin in die Aufschlämmung eingeführt werden. Die Silicationen können in Form einer wäßrigen Lösung von Kieselsäure oder Polykieselsäure, die eine Partikelgröße von weniger als 3 nm (Nanometer) hat, eingeführt werden, wobei diese durch Inkontaktbringen einer wäßrigen Lösung eines wasserlöslichen Alkalimetallsilicats, z.B. Natriumwasserglas, mit einem Kationenaustauschermaterial, wie z.B. Kationenaustauscherharz in der Wasserstofform, hergestellt wird.
  • Sulfationen können zusammen mit den Silicationen in der Aufschlämmung vorliegen, um so die Verteilung der Dicke der kolloidalen Partikel aus amorphem Aluminiumoxid, die in der Aufschlämmung gebildet werden, zu steuern. Die geeignete Menge an Sulfationen liegt über 5 ppm, vorzugsweise zwischen 5 und 20 Gew.-Teile SO&sub4; pro 1 million Gew.-Teile Wasser in der Aufschlämmung. Die Sulfationen werden ebenfalls vor oder nach der Zugabe der Säure in irgendeiner Stufe zugesetzt, solange das Vorliegen der Sulfationen in der Aufschlämmung erreicht ist, bevor Partikel aus amorphem Aluminiumoxid mit einer Größe von weniger als 3 nm (Nanometer), die in der Aufschlämmung gebildet werden, zu wachsen beginnen. Es ist allerdings bevorzugt, die Sulfationen vor Zugabe der Säure der Aufschlämmung nach einem derartigen Verfahren zuzusetzen, daß beispielsweise ein wasserlösliches Sulfat der Aufschlämmung des metallischen Aluminiums oder dem Wasser zur Herstellung der Aufschlämmung zugesetzt wird. Sulfationen werden in Form einer wäßrigen Lösung eines wasserlöslichen Sulfats, wie z.B. Natrium-, Kalium-, Lithium- oder Ammoniumsulfat, in die Aufschlämmung eingebracht.
  • Das Erhitzen der Aufschlämmung auf eine Temperatur zwischen 80ºC und dem Siedepunkt der Aufschlämmung wird bei Normaldruck und unter Rühren nach Beendigung des Zusatzes der Säure noch fortgesetzt, bis ein Sol aus amorphem Aluminiumoxid, das ein einheitliche Länge von 200 bis 500 nm (Nanometer) hat, gebildet ist. Normalerweise ist das Erwärmen nach etwa 10 bis 20 Stunden beendet.
  • Das nach Beendigung des Erhitzens zurückbleibende metallische Aluminium sowie andere in dem Sol unlöslichen Materialien können nach einem herkömmlichen Verfahren, wie z.B. durch Filtration, Fliegkraftabscheider, usw., aus dem Sol entfernt werden, wodurch ein gereinigtes Sol aus amorphem Aluminiumoxid erhalten wird. Das auf diese Weise erhaltene Sol kann nach einem herkömmlichen Verfahren, wie z.B. Verdampfung, Umkehrosmose, usw., bis zu einem Gehalt von weniger als etwa 15 Gew.-% als Al&sub2;O&sub3; konzentriert werden. Im Hinblick auf stabile Produkte ist es bevorzugt, dem Sol eine Konzentration von etwa 1 bis 12 Gew.-% zu geben.
  • Die kolloidale Partikel aus amorphem Aluminiumoxid in dem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Sol können in einer Aufnahme, die durch das Elektronenmikroskop aufgenommen wurde, betrachtet werden. Wenn die Partikel in Gegenwart von Silicationen und in Abwesenheit von Sulfationen in der Aufschlämmung gebildet werden, haben die Partikel eine einheitliche Größe im Bereich von 40 bis 100 nm (Nanometer) und eine einheitliche Länge im Bereich von 200 bis 500 nm (Nanometer). Die Länge ist etwa das 5- bis 10-fache der Dicke. In der Aufnahme scheint ein einziges Partikel als Resultat einer paralleln Aggregation faseriger Partikel, die weniger dick sind als die kolloidalen Partikel, gebildet zu sein. Wenn die kolloidalen Partikel in Gegenwart sowohl der Silicationen wie auch der Sulfationen in der Aufschlämmung gebildet werden, haben die Partikel ebenfalls eine einheitliche Länge im Bereich von 200 bis 500 nm (Nanometer), wohingegen die Dicke der Partikel nicht einheitlich ist, und im Bereich von 20 bis 100 nm (Nanometer) verschieden verteilt liegt. Die weniger dicken Partikel scheinen das Resultat der Aggregation aus einer geringeren Zahl faseriger Partikel zu sein.
  • Kolloidale Partikel aus amorphem Aluminiumoxid, die in Abwesenheit von Silicationen gebildet werden oder die in Gegenwart von Silicationen in einer Menge von weniger als 10 Gew.-Teilen SiO&sub2; pro 1 million Gew.-Teile Wasser in der Aufschlämmung gebildet werden, haben eine Länge von weniger als 200 nm (Nanometer). Die Länge der kolloidalen Partikel aus amorphem Aluminiumoxid, die in der Aufschlämmung gebildet werden, nimmt mit Ansteigen der Menge der Silicationen über 10 Gew.-Teile SiO&sub2; pro 1 million Gew.- Teile Wasser in der Aufschlämmung zu, wohingegen sich die Dicke der in der Aufschlämmung gebildeten Partikel nicht mit der Zunahme der Menge der Silicationen ändert. Silicationen in einer Menge von über 100 ppm SiO&sub2; (als Gewicht) in der Aufschlämmung dienen nicht dazu, die Länge der kolloidalen Partikel weiter zu erhöhen.
  • Es wird angenommen, daß Partikel aus amorphem Aluminiumoxid, die eine Partikelgröße von weniger als 3 nm (Nanometer) haben und die in der Aufschlämmung gebildet werden, in Länge und Dicke der Partikel zunehmen, und daß die Silicationen, die in der Aufschlämmung vorliegen, das Wachstum in der Länge mehr fördern als das in der Dicke, so daß feine faserige Partikel in der Aufschlämmung gebildet werden und dazu dienen, daß sich die feinen faserigen Partikel unter Bildung der erfindungsgemäßen kolloidalen Partikel parallel aneinander gruppieren, wohingegen die Sulfationen, die mit den Silicationen zusammen in der Aufschlämmung vorliegen, dazu dienen, die feinen faserigen Partikel von einer Aggregation abzuhalten, so daß kolloidale Partikel verschiedener Dicke gebildet werden.
  • Es ist nicht vorteilhaft, in der Aufschlämmung ein metallisches Aluminium mit schlechter Reinheit zu verwenden, da dies oft Verunreinigungsionen und unlösliche Materialien in die Aufschlämmung und in das hergestellte Sol bringt. Metallisches Aluminium mit einer Reinheit von über 99,6% ist zufriedenstellend. Es ist bevorzugt, ein metallisches Aluminium mit einer Partikelgröße von durchschnittlich 10 bis 100 µm (Mikrometer) (gewogenes Mittel) zunächst zur Herstellung der Aufschlämmung zu verwenden, um so das Verfahren wirksam zu steuern, obgleich die Größe des metallischen Aluminiums in der Aufschlämmung mit Ablauf der Reaktion des Aluminiums mit der Saure in der Aufschlämmung stufenweise reduziert wird.
  • Ein zu hoher Gehalt an metallischem Aluminium in der Aufschlämmung, der 7 Gew.-% übersteigt, ist nicht vorteilhaft, da dann am Ende des Verfahrens eine große Menge an metallischem Aluminium in dem Sol zurückbleibt, oder andererseits eine große Menge an Säure, die zuzusetzen ist, erforderlich ist, um die Menge an metallischem Aluminium, das in dem Sol zurückbleibt, zu reduzieren, welches dann eine hohe Konzentration an Al&sub2;O&sub3; hat, welche bewirkt, daß das Sol instabil wird. Wenn der Gehalt des metallischen Aluminiums in der Aufschlämmung weniger als 1 Gew.-% ist, hat das hergestellte Sol eine niedrige Konzentration an Al&sub2;O&sub3;; und es ist notwendig, eine große Menge Wasser aus dem Sol zu entfernen, um es zu konzentrieren. Eine weitere Zufuhr des metallischen Aluminiums in die Aufschlämmung kann durchgeführt werden, während Aluminium durch Ablauf der Reaktion von Aluminium verbraucht wird, sobald die Aufschlämmung einen geringen Aluminiumgehalt aufweist, obgleich dies das Verfahren irgendwie kompliziert und ineffizient macht.
  • Es ist nicht vorteilhaft, eine zu große Menge der Säure, die 0,5 Grammäquivalent pro 1 mol Aluminium in der Aufschlämmung übersteigt, in die Aufschlämmung zu geben, da dann die Länge der kolloidalen Partikel aus amorphem Aluminiumoxid in dem hergestellten Sol leicht kürzer als 200 nm (Nanometer) wird. Wenn andererseits die Menge der Säure, die in die Aufschlämmung gegeben wird, weniger als 0,1 Grammäquivalent pro 1 mol Aluminium in der Aufschlämmung ist, neigt die Reaktion des Aluminiums mit der Saure in der Aufschlämmung dazu, langsam zu werden. Es ist also nicht vorteilhaft, die Säure in einer derart geringen Geschwindigkeit, wie 0,001 Grammäquivalent oder weniger pro 1000 g Wasser in der Aufschlämmung pro Minute zuzusetzen, da das Verfahren dann nicht effizient ist. Eine zu hohe Geschwindigkeit der Säurezufuhr, die 0,03 Grammäquivalent pro 1000 g Wasser in der Aufschlämmung pro Minute übersteigt, sollte vermieden werden, da die Länge der kolloidalen Partikel aus amorphem Aluminiumoxid in dem hergestellten Sol dann dazu neigt, kürzer als 200 nm zu werden.
  • Es ist vorteilhaft, die Aufschlämmung während des Verfahrens bei einer Temperatur zwischen 80ºC und dem Siedepunkt der Aufschlämmung und bei Normaldruck zu halten, um die Reaktion des Aluminiums mit der Säure und das Wachstum der Partikel in der Aufschlämmung zu fördern.
  • Das erfindungsgemäße wäßrige Sol aus amorphem Aluminiumoxid hat eine ausgezeichnete Stabilität und eine relativ geringe Viskosität. Das Sol kann auf verschiedenen Gebieten verwendet werden, z.B. bei der Papierherstellung, als oberflächenbehandlungsagens für Fasern oder Stoffe, als Bindemittel für feuerfeste Materialien und als Trägerstoffe für Katalysatoren, usw. Flüssige Zusammensetzungen, die das Sol enthalten, zeigen eine Verbesserung der thixotropen Eigenschaften, der Bindungswirkung und der Filmbildungsfähigkeit. Getrocknete Produkte aus Zusammensetzungen, die das Sol enthalten, zeigen eine Verbesserung bei den Wasserbindungseigenschaften, beim Schutz der Produkte vor elektrischer Aufladung, bei der Flexibilität, usw.
    • BEISPIEL 1
  • 700 g entionisiertes Wasser, 30 Gew.-Teile Natriummetasilicat (als SiO&sub2;) pro 1 million Gew.-Teile Wasser und 15,4 g metallisches Aluminium mit einer Teilchengröße von 60 µm (Mikrometer) (als Gewichtsmittel) und einer Reinheit von 99,8 Gew.-% wurden in einen Glasreaktor gefüllt, um so eine Aufschlämmung des metallischen Aluminiums zu erhalten. Die Aufschlämmung wurde bis zu einer Temperatur von 98ºC erwärmt. In die Aufschlämmung, die bei dieser Temperatur gehalten wurde, wurden 21 g einer wäßrigen Lösung (A), die eine Konzentration von 13 Gew.-% Salzsäure hatte, über 5 Minuten unter Rühren gegeben. Nach Beendigung des Zusatzes der Säure wurde das Erwärmen der Aufschlämmung auf 98ºC unter Rühren für 20 Minuten fortgesetzt.
  • Danach wurden 40 g wäßrige Salzsäurelösung (A) über einen Zeitraum von 90 Minuten unter Rühren in die Aufschlämmung, die bei 98ºC gehalten wurde, gegeben. Nach Beendigung der Zugabe der Säure wurde das Erwärmen der Aufschlämmung auf 98ºC unter Rühren für 12 Stunden fortgesetzt. Danach wurde das Produkt filtriert. Es wurden 600 g wäßriges Sol mit einer Konzentration von 3,8 Gew.-% Al&sub2;O&sub3; erhalten. Das Sol wurde durch Einengen unter reduziertem Druck auf eine Konzentration von 10,5 Gew.-% Al&sub2;O&sub3; konzentriert. Es wurden 217 g wäßriges Sol erhalten.
  • Das konzentrierte Sol hatte einen pH von 3,92 und bei 20ºC eine Viskosität von 700 cp. Die kolloidalen Partikel in dem Sol hatten gemäß Betrachtung durch ein Elektronenmikroskop eine einheitliche Dicke von 50 nm (Nanometer) und eine einheitliche Länge von etwa 300 nm (Nanometer). In der Aufnahme des Elektronenmikroskops schienen die kolloidalen Partikel das Resultat einer Aggregation feiner Partikel in faseriger Form zu sein. Eine Röntgendiffraktionsaufnahme der Partikel zeigte eine amorphe Form.
    • BEISPIEL 2
  • In diesem Beispiel wurden die Experimente Nr. 1 bis 6 in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 beschrieben, durchgeführt, außer daß die Menge an Silicationen verändert wurden, wie dies in Tabelle 1 angegeben ist. Die kolloidalen Partikel in diesen erhaltenen Solen wurden in ähnlicher Weise wie in Beispiel 1 betrachtet. Die Dicke der kolloidalen Partikel in den Experimenten Nr. 1 bis 6 waren beinahe dieselben wie jene in Beispiel 1, wohingegen die Länge der kolloidalen Partikel mit einem Anstieg der Menge der Silicationen in der Aufschlämmung zunahm, wie dies in Tabelle 1 gezeigt ist. TABELLE 1 Experiment Nr. Silicationen als SiO&sub2; (ppm) Partikellänge (mµ) bis
    • BEISPIEL 3
  • 700 g entionisiertes Wasser, 30 Gew.-Teile Natriummetasilicat (als SiO&sub2;) pro 1 million Gew.-Teile Wasser und 38,4 g desselben metallischen Aluminiums, wie es in Beispiel 1 verwendet worden war, wurden in einen Glasreaktor gefüllt, um so eine Aufschlämmung des metallischen Aluminiums zu erhalten. Die Aufschlämmung wurde bis zu einer Temperatur 98ºC erwärmt. In die Aufschlämmung, die bei dieser Temperatur gehalten wurde, wurden 21 g einer wäßrigen Lösung (A), die eine Konzentration von 13 Gew.-% Salzsäure hatte, unter Rühren über einen Zeitraum von 5 Minuten gegeben. Nach Beendigung der Zugabe der Säure wurde das Erwärmen auf 98ºC unter Rühren für 20 Minuten fortgesetzt.
  • Danach wurden 160 g wäßrige. Salzsäurelösung (A) über einen Zeitraum von 90 Minuten unter Rühren in die Aufschlämmung, die bei 98ºC gehalten wurde, gegeben. Nach Beendigung des Säurezusatzes wurde das Erwärmen auf 98ºC unter Rühren der Aufschlämmung für 17 Stunden weiter fortgesetzt. Danach wurden die Produkte filtriert. Es wurden 680 g wäßriges Sol mit einer Konzentration von 10,2 Gew.-% Al&sub2;O&sub3; erhalten.
  • Das Sol hatte einen pH von 3,92 und bei 20ºC eine Viskosität von 800 cp. Die kolloidalen Partikel in dem Sol hatten aufgrund der Beobachtung durch ein Elektronenmikroskop eine einheitliche Dicke von 50 nm (Nanometer) und eine einheitliche Länge von etwa 300 nm (Nanometer). In der elektronenmikroskopischen Aufnahme schienen die kolloidalen Partikel Partikel zu sein, die aus einer Aggregation feiner Partikel in faseriger Form resultieren. Eine Röntgendiffraktionsaufnahme der Partikel zeigte eine amorphe Form.
    • VERGLEICHSBEISPIEL 1
  • In diesem Beispiel wurden 61 g wäßrige Salzsäurelösung (A) innerhalb von 5 Minuten zugeführt, während alles übrige in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 durchgeführt wurde. Die kolloidalen Partikel des hergestellten Sols hatten eine Dicke von 40 bis 100 nm (Nanometer) und eine Länge von 100 bis 150 nm (Nanometer), was das 2- bis 3-fache der Dicke war.
    • VERGLEICHSBEISPIEL 2
  • In diesem Beispiel wurde Natriumsulfat in einer Menge von 30 ppm (Gew.) als SO&sub4; anstelle von Natriumetasilicat in Beispiel 1 zugesetzt, während alles andere in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 durchgeführt wurde. Die kolloidalen Partikel des hergestellten Sols hatten dieselbe Dicke und dieselbe Länge wie die des Sols von Vergleichsbeispiel 1, und die Länge war das 2- bis 3-fache der Dicke.
    • BEISPIEL 4
  • Dieses Beispiel wurde in der gleichen Weise wie Beispiel 1 durchgeführt, außer daß eine Aufschlämmung hergestellt wurde, indem dem Wasser außerdem Natriumsulfat in einer Menge von 20 Gew.-Teilen (als SO&sub4;) pro 1 million Gew.-Teile Wasser zugesetzt wurde. Das hergestellte Sol enthielt vor einer Konzentrierung 3,5 Gew.-% Al&sub2;O&sub3;. Das konzentrierte Sol enthielt 10,3 Gew.-% Al&sub2;O&sub3; und hatte einen pH von 4,02 und bei 20ºC eine Viskosität von 1480 cp. In einer Aufnahme durch ein Elektronenmikroskop hatten die kolloidalen Partikel eine einheitliche Länge von etwa 300 nm (Nanometer), wohingegen die Dicke dieser Partikel sich in einem Bereich mit einem Minimum von 20 nm (Nanometer) bis zu einem Maximum von 100 nm (Nanometer) verteilte. Die Röntgendiffraktionsaufnahme der Partikel zeigte ein amorphes Muster.
    • BEISPIEL 5
  • In diesem Beispiel wurden die Experimente Nr. 7 bis 11 in der gleichen Weise wie das Beispiel 4 durchgeführt, außer daß die Mengen des Silicats, als SiO&sub2;, wie in Tabelle 2 angegeben, verändert waren.
  • Alle kolloidalen Partikel der hergestellten Sole hatten fast dieselbe Dicke wie jene des Sols des Beispiels 4, während die Länge mit einem Anstieg der Menge an SiO&sub2; zunahm, wie dies in Tabelle 2 dargestellt ist. TABELLE 2 Experiment Nr. Silicationen als SiO&sub2; (ppm) Partikellänge (mµ) bis
    • BEISPIEL 6
  • In diesem Beispiel wurden die Experimente Nr. 12 bis 15 in der gleichen Weise wie Beispiel 4 durchgeführt, außer daß die Mengen des Sulfats, als SO&sub4;, in 5 ppm für Nr. 12, 10 ppm für Nr. 13, 20 ppm für Nr. 14 und 50 ppm für Nr. 15 geändert wurden.
  • Alle kolloidalen Partikel der hergestellten Sole hatten eine Länge von 300 nm (Nanometer), während die Dicke in ähnlicher Weise wie in Beispiel 4 gestreut war; das Verhältnis der Zahl der Partikel, die eine Dicke am Minimum von 20 nm (Nanometer) hatten, zu der Gesamtzahl stieg mit Erhöhung der SO&sub4;-Menge von 5 auf 20 ppm an, obgleich das Verhältnis bei 50 ppm SO&sub4; fast dasselbe war wie das bei 200 ppm SO&sub4;.
    • BEISPIEL 7
  • Dieses Beispiel wurde in der gleichen Weise wie das Beispiel 3 durchgeführt, außer daß eine Aufschlämmung hergestellt wurde, indem außerdem Natriumsulfat in einer Menge von 20 Gew.-Teilen SO&sub4; pro 1 million Gew.-Teile Wasser in der Aufschlämmung zugegeben wurde.
  • Das hergestellte Sol enthielt 10,1 Gew.-% Al&sub2;O&sub3;, hatte einen pH von 3,96 und bei 20ºC eine Viskosität von 1950.
  • Die kolloidalen Partikel des Sols hatten eine einheitliche Länge von etwa 300 µm, die Dicke dieser Partikel war von einem Minimum bei 20 nm (Nanometer) bis zu einem Maximum bei 100 nm (Nanometer) gestreut. Die Röntgendiffraktionsaufnahme der Partikel zeigte ein amorphes Muster.
    • VERGLEICHSBEISPIEL 3
  • In der gleichen Weise wie in Beispiel 4, außer daß 61 g wäßrige Salzsäurelösung (A) über einen Zeitraum von 5 Minuten in die Aufschlämmung gegeben wurden, wurde ein Sol erhalten. Die kolloidalen Partikel in dem Sol hatten eine Länge von 100 bis 150 nm (Nanometer) und eine Dicke von 40 bis 100 nm (Nanometer); die Länge betrug das 2- bis 3-fache der Dicke.

Claims (12)

1. Stabiles, wäßriges Sol aus amorphem Aluminiumoxid, in dem die kolloidalen Partikel aus amorphem Aluminiumoxid eine einheitliche Dicke im Bereich von 40 bis 100 nm (Nanometer) und eine einheitliche Länge im Bereich von 200 bis 500 nm (Nanometer) haben, wobei die Länge das 5- bis 10-fache der Dicke ist, und wobei das Sol Al&sub2;O&sub3; in einer Menge von bis zu 15 Gew.-% und ein Säureanion in einer Menge von 0,1 bis 0,5 Grammäquivalent pro 1 mol Aluminium in dem Sol enthält.
2. Stabiles, wäßriges Sol aus amorphem Aluminiumoxid, in dem die kolloidalen Partikel aus amorphem Aluminiumoxid eine Dicke, die im Bereich von 20 bis 100 nm (Nanometer) gestreut ist und eine einheitliche Länge im Bereich von 200 bis 500 nm (Nanometer) aufweisen, und in dem das Sol Al&sub2;O&sub3; in einer Menge von bis zu 15 Gew.-% und ein Säureanion in einer Menge von 0,1 bis 0,5 Grammäquivalent pro 1 mol Aluminium in dem Sol enthält.
3. Stabiles, wäßriges Sol aus amorphem Aluminiumoxid nach Anspruch 1 oder 2, in dem das Säureanion mindestens eines, ausgewählt unter Chlorid, Formiat und Acetat, ist.
4. Verfahren zur Herstellung eines stabilen, wäßrigen Sols aus amorphem Aluminiumoxid nach Anspruch 1, das die folgenden Schritte umfaßt:
- in eine wäßrige Aufschlämmung, die metallisches Aluminium in einer Menge von 1 bis 7 Gew.-% enthält, wird eine Säure in einer Menge von 0,1 bis 0,5 Grammäquivalent pro 1 mol metallisches Aluminium mit einer Geschwindigkeit von 0,001 bis 0,03 Grammäquivalent pro Minute pro 1000 g Wasser bei Normaldruck eingeleitet, wobei die Temperatur zwischen 80ºC und dem Siedepunkt der Aufschlämmung liegt;
- der Aufschlämmung wird ein wasserlösliches Silicat oder Kieselsäure in einer Menge von 10 bis 200 Gew.- Teilen SiO&sub2; pro million Gew.-Teile Wasser zugesetzt, bevor Partikel aus amorphem Aluminiumoxid, die eine Größe von weniger als 3 nm (Nanometer) haben, und die in der Aufschlämmung gebildet werden, zu wachsen beginnen; und
- nach Beendigung des Einleitens der Säure unter Normaldruck bei einer Temperatur zwischen 80ºC und dem Siedepunkt der Aufschlämmung wird das Erwärmen fortgesetzt, bis ein Sol, in dem die kolloidalen Partikel aus amorphem Aluminiumoxid eine einheitliche Länge von 200 bis 500 nm (Nanometer) haben, gebildet ist.
5. Verfahren zur Herstellung eines stabilen, wäßrigen Sols aus amorphem Aluminiumoxid nach Anspruch 2, das die folgenden Schritte umfaßt:
- in eine wäßrige Aufschlämmung, die metallisches Aluminium in einer Menge von 1 bis 7 Gew.-% enthält, wird eine Säure in einer Menge von 0,1 bis 0,5 Grammäquivalent pro 1 mol metallisches Aluminium mit einer Geschwindigkeit von 0,001 bis 0,03 Grammäquivalent pro Minute pro 1000 g Wasser bei Normaldruck eingeleitet, wobei die Temperatur zwischen 80ºC und dem Siedepunkt der Aufschlämmung liegt;
- der Aufschlämmung wird ein wasserlösliches Silicat oder Kieselsaure in einer Menge von 10 bis 200 Gew.- Teile SiO&sub2; pro 1 million Gew.-Teile Wasser sowie ein wasserlösliches Sulfat in einer Menge von 5 bis 20 Gew.-Teile SO&sub4; pro 1 million Gew.-Teile Wasser zugesetzt, bevor Partikel aus amorphem Aluminiumoxid, die eine Größe von weniger als 3 nm (Nanometer) haben und die in der Aufschlämmung gebildet werden, zu wachsen beginnen; und
- nach Beendigung des Einleitens der Säure unter Normaldruck bei einer Temperatur zwischen 80ºC und dem Siedepunkt der Aufschlämmung wird das Erwärmen fortgesetzt, bis ein Sol, in dem die kolloidalen Partikel aus amorphem Aluminiumoxid eine einheitliche Länge von 200 bis 500 nm (Nanometer) haben, gebildet ist.
6. Verfahren zur Herstellung eines stabilen, wäßrigen Sols aus amorphem Aluminiumoxid nach Anspruch 5, in dem das wasserlösliche Sulfat eine wäßrige Lösung aus Natrium-, Kalium-, Lithium- oder Ammoniumsulfat ist.
7. Verfahren zur Herstellung eines stabilen, wäßrigen Sols aus amorphem Aluminiumoxid nach einem der Ansprüche 4 bis 6, in dem die Säure, die in die Aufschlämmung geleitet wird, eine wäßrige Lösung ist, die eine Konzentration von 10 bis 20 Gew.-% Salzsäure, Ameisensäure oder Essigsäure hat.
8. Verfahren zur Herstellung eines stabilen, wäßrigen Sols aus amorphem Aluminiumoxid nach einem der Ansprüche 4 bis 7, in dem das metallische Aluminium eine Partikelgröße von durchschnittlich 10 bis 100 µm (Mikrometer) (als Gewichtsmittel) hat.
9. Verfahren zur Herstellung eines stabilen, wäßrigen Sols nach einem der Ansprüche 4 bis 8, in dem das metallische Aluminium eine Reinheit von 99,6 Gew.-% oder mehr hat.
10. Verfahren zur Herstellung eines stabilen, wäßrigen Sols aus amorphem Aluminiumoxid nach einem der Ansprüche 4 bis 9, in dem die Kieselsäure eine wäßrige Lösung aus Kieselsäure ist, die kein Siliciumdioxid enthält, und die eine Größe von mehr als 3 nm (Nanometer) hat.
11. Verfahren zur Herstellung eines stabilen, wäßrigen Sols aus amorphem Aluminiumoxid nach einem der Ansprüche 4 bis 10, in dem das wasserlösliche Silicat Natrium-, Kalium-, Lithium-, Ammonium-, ein quaternäres Ammonium- oder ein Amin-Silicat ist.
12. Verfahren zur Herstellung eines stabilen, wäßrigen Sols aus amorphem Aluminiumoxid nach einem der Ansprüche 4 bis 11, das zusätzlich einen Schritt, in dem unlösliche, in dem Sol zurückgebliebene Materialien aus dem Sol entfernt werden, und danach einen Schritt einer Konzentrierung des Sols bis auf einen Bereich von weniger als 15 Gew.-% Al&sub2;O&sub3; umfaßt.
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