EA003474B1

EA003474B1 - Покрытый пленкой порошок и способ его получения

Info

Publication number: EA003474B1
Application number: EA200000380A
Authority: EA
Inventors: Катсуто Накатсука; Такафуми Атараси; Акира Кисимото
Original assignee: Ниттецу Майнинг Ко., Лтд.; Катсуто Накатсука
Priority date: 1997-10-30
Filing date: 1998-10-28
Publication date: 2003-06-26
Also published as: JP3737617B2; KR20010024578A; CA2307636A1; JPH11131102A; EP1040885A1; DE69836828D1; DE69836828T2; EP1040885A4; US6387532B1; EP1040885B1; NO20002225L; CN1283143A; CN1919502A; NO20002225D0; ATE350186T1; WO1999022894A1; EA200000380A1; AU748497B2; AU9649798A; EP1040885A8

Abstract

Описан высокофункциональный порошок с покрытием, который может быть получен не с помощью процесса, включающего гидролиз алкоксида металла, а с помощью процесса, который может быть проведен без использования дорогого алкоксида металла и легковоспламеняющегося органического растворителя, а отказ от взрывоустойчивого оборудования облегчает контроль температуры и влажности и поэтому позволяет уменьшить стоимость производства в целом. Также описан способ получения этого порошка. Покрытый порошок состоит из основы частиц, каждая из которых покрыта одной или несколькими пленками, из которых, по меньшей мере, одна получена из соли металла посредством реакции в водном растворе в условиях постоянного значения рН. Способ не приводит к осаждению твердого продукта в свободном состоянии (не прикрепленного к частице) в жидкой фазе и может давать прочную пленку одинаковой толщины на поверхности каждой основы частицы при ингибировании объединения частиц.

Description

Настоящее изобретение относится к технологии получения порошка, обладающего сочетанием функций, путем нанесения на поверхность частицы порошка нескольких слоев другого вещества. Более конкретно, настоящее изобретение относится к покрытому пленкой порошку, состоящему из основы частицы, на которой имеется пленка, полученная реакцией в водном растворителе, а также к способу его получения.

Уровень техники

Технология, включающая нанесение на поверхность порошка покрытия из другого вещества с целью улучшения свойств порошка или придания ему различных свойств, известна. Для этого обычно предлагают различные средства.

Известно много методик нанесения покрытия для формирования пленки на поверхности объекта с целью защиты или украшения, например, такие как метод распределения, метод осаждения, напыление, осаждение паров, электроосаждение, анодирование и др. Однако при методе распределения и методе осаждения трудно получить пленку одинаковой толщины. При напылении и осаждении паров трудно получить толстую покрывающую пленку. К тому же, в случае электроосаждения и анодирования проблема состоит в том, что такие методики неприемлемы для обработки порошка, так как обрабатываемый материал должен использоваться в качестве электрода.

С прогрессом в различных технических областях появилась потребность в порошке, обладающем уникальными свойствами, особенно в порошке металла или соединения металла. А именно: в порошке, который объединяет свойства, присущие только порошку, особенно порошку металла или соединения металла, с другими свойствами с тем, чтобы иметь желаемое сочетание функций. Такие порошки, как полагали, производятся путем формирования нескольких слоев пленки оксида металла и др., имеющей одинаковую толщину, на основе частицы.

В качестве полезного способа образования оксида металла для получения порошка, особенно порошка металла или соединения металла, который имеет сочетание свойств, удовлетворяющих новым требованиям, и который может обладать сочетанием функций, таких как описаны выше, заявители настоящего изобретения создали порошок, содержащий основу из металла или соединения металла с пленкой из оксида металла, имеющей толщину от 0,01 до 20 мкм и содержащей металлический компонент, который отличается от металла, составляющего основу, путем диспергирования металлических порошков или порошков оксида металла в растворе алкоксида металла и гидролиза алкоксида металла с образованием покрывающей пленки из оксида металла (1Р-А-6-228604).

Когда на порошке формируется несколько слоев металлоксидной пленки, этому порошку может быть придана определенная функция за счет регулирования толщины каждого слоя пленки. Например, когда покрывающие пленки, которые отличаются показателем преломления, формируются на поверхности основы с толщиной, соответствующей одной четвертой длины волны света, отражается весь свет. Когда этот способ применяется к порошку, содержащему магнитный материал в качестве основы, такой как порошок металла, например, железа, кобальта, никеля и т. д., порошок сплава металлов, или порошок нитрида железа, то может быть получен магнитный порошок для магнитных красящих веществ, которые полностью отражают свет и имеют блестящий белый цвет. В указанной ссылке также раскрывается то, что когда на порошке формируется окрашенный слой и на его поверхности формируется слой смолы, то получают цветное магнитное красящее вещество.

Заявители настоящего изобретения дополнительно улучшили порошок, описанный выше, и предложили порошок, имеющий не одну или более отдельных металлоксидных пленок, а две или более металлоксидные пленки, расположенные поочередно с двумя или более металлическими пленками (1Р-А-7-90310).

Этот порошок обладает прекрасными свойствами при использовании в качестве цветного магнитного красящего вещества или др.

В качестве способа формирования металлоксидной покрывающей пленки на порошке в воде описан способ получения магнитного металлического порошка, который включает добавление водного раствора соединения никеля к щелочной суспензии порошка, состоящего, главным образом, из оксигидроксида железа или оксида железа, затем добавление водного раствора соединения кремния, осаждение соединения никеля в виде гидроксида никеля на поверхности частиц порошка, и затем нейтрализацию жидкости для дополнительного осаждения соединения никеля на поверхности частиц порошка, посредством чего соединение никеля и соединение кремния последовательно осаждаются на поверхности частиц порошка (1Р-А-5931003).

Заявители настоящего изобретения обратили внимание на тот факт, что металлоксидная пленка, полученная путем гидролиза алкоксида металла, является исключительно плотной и инертной и также предпочтительна с точки зрения износоустойчивости. А именно: даже когда для нанесения пленки на частицу порошка используется метод осаждения путем осаждения из водного раствора соли металла, частица порошка защищена в условиях реакции при методе осаждения, поскольку эта частица покрыта пленкой из оксида металла. Таким образом, заявители настоящего изобретения раскрывают порошок, покрытый многослойной пленкой, отличающийся тем, что многослойная пленка включает, по меньшей мере, один слой, содержащий пленку гидроксида металла или оксида металла, полученную путем гидролиза алкоксида металла, и, в качестве слоя, расположенного на этом слое, покрывающую пленку, содержащую пленку гидроксида металла или оксида металла, полученную реакцией соли металла в воде (Японская патентная заявка Нек 8-147422).

Кроме того, заявители настоящего изобретения установили, что интерференция волновой формы отраженного света для многослойной пленки может быть настроена путем регулирования комбинации материалов многослойной пленки и путем регулирования толщины пленки. Заявители, таким образом, раскрывают пигмент для красящих чернил (краски) , дающих один цвет, такой как голубой, зеленый, желтый и т. д., а наполнитель для пластмасс или бумаги может быть создан путем окрашивания порошка, содержащего основу частицы с удельным весом от 0,3 до 2,8 г/см³, такую как частица акриловой смолы, неорганическая полая частица и др., на которой имеется тонкая покрывающая пленка с другим показателем преломления (пленка диоксида титана, пленка оксида титана, полистирольная пленка, пленка из металлического серебра и т.д.), с последующим диспергированием в жидкости, даже без использования красителя или пигмента. При этом получается порошок пигмента, имеющий стабильный оттенок даже при хранении длительное время (АО 96/28269).

Однако способ, при котором алкоксид металла подвергается гидролизу для формирования покрывающей пленки из оксида металла на поверхности металлического порошка или порошка соединения металла, неизбежно влечет за собой использование легковоспламеняющегося органического соединения в качестве растворителя, а также использование в качестве исходного материала алкоксида металла, который является дорогим соединением. При применении высокоогнеопасного растворителя необходимо использование взрывоустойчивого производственного оборудования и требуется строгий контроль температуры и влажности. Суммарная стоимость продукта, получаемого с помощью такого оборудования, конечно, высока.

С другой стороны, способ, в котором покрывающую пленку формируют путем осаждения из водного раствора соли металла, происходящего в результате реакции соли металла, имеет следующие недостатки. Когда основа частицы, изготовленная из металла и другого подобного материала, непосредственно используется в реакции, эта основа подвергается воздействию кислоты или щелочи и, следовательно, растворяется вследствие того, что растворитель нахо дится в сильных кислых или щелочных условиях. В результате предпочтительный покрытый пленкой порошок не образуется.

Следовательно, основа частицы, изготовленная из металла или другого подобного материала, не может быть использована в том виде, как она есть. Вначале на поверхности основы частицы должна быть сформирована покрывающая пленка, инертная к кислотам или щелочам, например, путем гидролиза алкоксида металла по методике, описанной выше, или основа, которую необходимо диспергировать в растворителе, должна быть ограничена оксидами и другими подобными материалами, обладающими устойчивостью к кислотам, щелочам и т. д.

Таким образом, существует проблема в том, что неизбежно необходимо использовать способ, основанный на гидролизе алкоксида металла, который является дорогим и высокоопасным способом, или ограничивать выбор материала основы частиц в процессе производства.

Кроме того, при формировании покрывающей пленки с помощью реакции соли металла твердофазный ингредиент может осаждаться в избыточном количестве в зависимости от условий кислотной или щелочной нейтрализации или при нагревании. В результате, пленка, осажденная на поверхности основы, имеет неодинаковую толщину, и имеют место случаи, когда независимая твердая фаза осаждается в жидкой фазе или покрытые пленкой частицы объединяются. То есть, предпочтительные условия с целью регулирования толщины пленки не могут быть созданы.

Таким образом, цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы преодолеть недостатки обычных методик, описанных выше, и получить высокофункциональный покрытый пленкой порошок, который производится без использования способа, основанного на гидролизе алкоксида металла, и без использования алкоксида металла, который является дорогим соединением, или легковоспламеняющегося органического растворителя, и, следовательно, который может быть получен при низкой суммарной стоимости продукта без необходимости использования взрывоустойчивых приспособлений в производственном оборудовании и одновременно при легком регулировании температуры и влажности; а также в способе производства покрытого пленкой порошка.

Описание изобретения

Конкретно, суть настоящего изобретения состоит в следующем.

(1) Покрытый пленкой порошок, содержащий основу частицы с имеющейся на ней пленками, где, по меньшей мере, одна из пленок получена с помощью реакции соли металла в водном растворителе, имеющем постоянное значение рН.

(2) Покрытый пленкой порошок в соответствии с пунктом (1) , где водный растворитель представляет собой буферный раствор.

(3) Покрытый пленкой порошок в соответствии с пунктом (1), где формирование пленки с помощью реакции соли металла осуществляют путем добавления раствора соли металла в качестве исходного материала пленки к водному растворителю, в котором диспергирована основа частицы.

(4) Покрытый пленкой порошок в соответствии с пунктом (1), который подвергают тепловой обработке в водном растворителе в процессе формирования пленки реакцией соли металла.

(5) Покрытый пленкой порошок в соответствии с пунктом (1), который подвергают тепловой обработке после формирования пленки реакцией соли металла.

(6) Покрытый пленкой порошок в соответствии с пунктом (1), где пленка, полученная реакцией соли металла, имеет толщину от 10 нм до 10 мкм.

(7) Покрытый пленкой порошок в соответствии с пунктом (1), где реакцией соли металла формируют несколько пленок.

(8) Способ получения покрытого пленкой порошка, в котором порошок содержит основу частиц с пленками на ней, включающий формирование, по меньшей мере, одной из пленок реакцией соли металла в водном растворителе, имеющем постоянное значение рН.

(9) Способ получения покрытого пленкой порошка в соответствии с пунктом (8), где водный растворитель представляет собой буферный раствор.

(10) Способ получения покрытого пленкой порошка в соответствии с пунктом (8), где формирование пленки реакцией соли металла проводят путем добавления раствора соли металла в качестве исходного материала пленки к водному растворителю, в котором диспергирована основа частицы.

(11) Способ получения покрытого пленкой порошка в соответствии с пунктом (8), в котором тепловую обработку проводят в водном растворителе в процессе формирования пленки реакцией соли металла.

(12) Способ получения покрытого пленкой порошка в соответствии с пунктом (8), в котором тепловую обработку проводят после формирования пленки реакцией соли металла.

(13) Способ получения покрытого пленкой порошка в соответствии с пунктом (8), в котором пленка, полученная реакцией соли металла, имеет толщину от 10 нм до 10 мкм.

(14) Способ получения покрытого пленкой порошка в соответствии с пунктом (8), в котором реакцией соли металла формируют несколько пленок.

В соответствии с настоящим изобретением твердофазная пленка может быть нанесена на поверхность основы частицы при использовании в качестве реакционного растворителя водного растворителя, имеющего постоянное значение рН, с формированием пленки без осаждения одной независимой твердой фазы в жидкой фазе и при ингибировании объединения частиц.

Более конкретно, для осаждения пленки с подходящей скоростью при постоянном значении рН при реакции формирования пленки в качестве реакционного растворителя используется буферный раствор. В результате, осаждение твердой фазы, не пригодной в качестве покрывающей пленки, ингибируется, и может быть получена покрывающая пленка, имеющая одинаковую и желаемую толщину.

Кроме того, за счет сохранения постоянного значения рН заряды на поверхности покрытого пленками порошка одновременно поддерживаются постоянными. В результате, благодаря действию двойного электрического слоя покрытый пленками порошок не объединяется, и образуются диспергированные частицы.

Для того, чтобы получить преимущество от действия двойного электрического слоя, значение рН регулируется в зависимости от сочетания материала основы и соединения металла, которое образуется в жидкости в процессе реакции пленкообразования. Также предпочтительно исключить для обоих материалов изоэлектрические точки.

Благодаря описанному выше механизму, настоящее изобретение успешно достигает цели простого получения порошка, покрытого пленкой, имеющей одинаковую и желаемую толщину, несмотря на использование растворимого в воде исходного материала.

Использование воды в качестве растворителя дает тот эффект, что формирование пленки возможно при более низких производственных затратах, чем в случае алкоксидного способа.

В настоящем изобретении порошок, содержащий неорганическое вещество, может быть использован в качестве основы для покрытого пленкой порошка настоящего изобретения. Примерами неорганического вещества, входящего в состав порошка в соответствии с настоящим изобретением, содержащего неорганическое вещество, являются металлы, такие как железо, никель, хром, титан, алюминий и т.д.; сплавы металлов, такие как железоникелевые сплавы, железокобальтовые сплавы и т.д.; нитриды железоникелевых сплавов; нитриды сплавов железо-никель-кобальт; оксиды металлов, такие как оксиды железа, никеля, хрома, титана, алюминия, кремния (в этом случае кремний классифицируется как металл) и др.; оксиды щелочно-земельных металлов, таких как кальций, магний, барий и др.; их смешанные оксиды; глины и стекло.

Так как одна из целей настоящего изобретения состоит в производстве порошка, имеющего магнитные свойства, такого как цветное

Ί магнитное красящее вещество или цветные магнитные чернила, то в этом случае в качестве основы порошка настоящего изобретения, покрытого несколькими слоями, предпочтительно использовать ферромагнитный материал. Ферромагнитный материал может представлять собой металл, обладающий высокой магнитной проницаемостью, такой как железо, никель, хром, титан, алюминий и др. Однако ферромагнитный оксид или ферромагнитный сплав, такой как феррит или γ-оксид железа, также может быть использован.

Хотя такие основы особенно не ограничены по диаметру частицы, предпочтительными являются основы с диаметром частицы от 0,01 мкм до нескольких миллиметров.

Удельный вес используемой основы частицы составляет от 0,1 до 10,5. Однако с точки зрения текучести и суспендируемости удельный вес частиц предпочтительно составляет от 0,1 до 5,5, более предпочтительно от 0,1 до 2,8 и наиболее предпочтительно от 0,5 до 1,8. Когда удельный вес основы составляет менее чем 0,1, то это неэкономично, так как плавучесть основы в жидкости является настолько высокой, что должна быть сформирована пленка из большого числа слоев или имеющая исключительно большую толщину. С другой стороны, когда удельный вес основы составляет более чем 10,5, это также неэкономично, так как пленка для суспендирования основы должна быть образована обильно.

В настоящем изобретении основа частицы порошка покрыта несколькими покрывающими слоями, которые отличаются друг от друга показателем преломления и каждый из которых имеет соответствующим образом выбранный показатель преломления и соответствующим образом выбранную толщину с тем, чтобы получить порошок, который имеет интерференционный цвет и специфичный интерференционный пик отражения за пределами видимой области света помимо видимой области.

Как описано выше, при осаждении пленки из гидроксида металла или пленки из оксида металла на поверхности основы частицы посредством реакции соли металла используется буферный раствор в качестве растворителя для реакции осаждения твердой фазы с целью осаждения пленки с постоянной скоростью при постоянном значении рН.

Примерами металлов, используемых в настоящем изобретении в качестве соли металла, являются железо, никель, хром, титан, цинк, алюминий, кадмий, цирконий, кремний, олово, свинец, литий, индий, неодим, висмут, церий, сурьма и т. д., а также кальций, магний, барий и др. Примерами солей этих металлов являются соли серной кислоты, азотной кислоты, соляной кислоты, щавелевой кислоты, угольной кислоты и карбоновой кислоты. Кроме того, к ним относятся хелатные комплексы перечисленных выше металлов. Подходящий для использования в настоящем изобретении тип соли металла выбирают в соответствии со свойствами, которые должны быть приданы поверхности основы и средству, которое должно быть получено.

Пленка оксида металла, полученная из любой из этих солей металла и др., может быть нанесена в виде нескольких слоев. В соответствии с необходимостью пленки из оксида металла, полученные гидролизом алкоксида металла и др., и пленки, полученные с помощью другого способа формирования пленки, могут быть нанесены на эти пленки из оксида металла и др.

Многослойная пленка может быть сформирована на основе частицы способом, описанным выше. Кроме того, путем использования таких условий осаждения, при которых в процессе формирования многослойной пленки каждый слой осаждается с данной толщиной, можно получать желаемые свойства. Кроме того, можно получать пленку из оксида металла и др., в виде нескольких слоев с помощью простой операции с использованием соли металла в качестве недорогого исходного материала. В частности, важное преимущество состоит в том, что покрытый несколькими слоями порошок получают без использования дорогого алкоксида металла в качестве исходного материала.

В способе получения покрытого пленкой порошка настоящего изобретения многослойная покрывающая пленка может быть получена с помощью непрерывных стадий. С другой стороны, покрывающие слои могут быть получены по отдельности или может быть использована методика, в которой операция по формированию одного слоя проводится в комбинации с операцией непрерывного получения нескольких слоев. Следовательно, различные способы, в том числе эти, могут быть использованы при производстве покрытого пленкой порошка.

Диаметр частиц покрытого пленкой порошка в соответствии с настоящим изобретением не имеет особенных ограничений и может быть соответствующим образом отрегулирован в зависимости от целей. В общем случае, однако, он составляет от 0,01 мкм до нескольких миллиметров.

В настоящем изобретении толщина пленки из оксида металла, полученная за один раз, может быть установлена в интервале от 5 нм до 10 мкм. То есть, пленка может быть осаждена более плотно, чем при обычных методах нанесения покрытия.

Общая толщина металлоксидных пленок, сформированных посредством нескольких операций, проводимых раздельно, составляет предпочтительно от 10 нм до 20 мкм в случае цветного магнитного порошка, описанного выше, с точки зрения формирования металлоксидных пленок, имеющих удовлетворительную отражательную способность по отношению к отражению путем интерференции в ней. Более пред почтительный интервал толщины составляет от 20 нм до 5 мкм. В частности, с точки зрения формирования пленок, которые имеют небольшую толщину, но отражают видимый свет на основе интерференции благодаря ограничению диаметра частиц, общая толщина пленки составляет предпочтительно от 0,02 до 2,0 мкм.

Получаемый описанным выше способом порошок, который состоит из основы частицы, имеющей металлоксидную пленку или другую подобную пленку на своей поверхности, может приобретать различные свойства в соответствии с выбранным материалом основы частицы и материалом металлоксидной пленки, осажденной на поверхности основы частицы. Следовательно, покрытый пленкой порошок может быть использован для соответствующих целей. Например, когда в качестве основы частицы используют магнитный материал, такой как металлическое железо, нитрид никеля, тетраоксид железа и др., а частица покрыта пленкой из оксида кремния (называемого также двуокисью кремния), имеющего более низкий показатель преломления, чем магнитный материал, и дополнительно слоем оксида титана (называемого также двуокисью титана), имеющего более высокий показатель преломления, в качестве внешней пленки, то получают магнитный порошок, имеющий высокую степень белизны. Когда проводник, такой как серебро, медь, алюминий и др., используется в качестве основы частицы и этот металлический слой покрыт пленкой из электроизолирующего оксида металла, такого как оксид алюминия, то получают термопроводящий порошок, имеющий электронепроводящий поверхностный слой.

Кроме того, например, когда покрытия, имеющие различные показатели преломления, формируют на поверхности основы каждое с такой толщиной, что произведение показателя преломления вещества, составляющего пленку, и толщины пленки соответствует одной четвертой длины волны электромагнитной волны, то большая часть света отражается благодаря интерференции (отражение Фреснела, Рте8ие1). Эта функция может быть использована для получения магнитного порошка для магнитного окрашивающего вещества, которое отражает свет и имеет блестящий белый цвет за счет использования в качестве основы магнитного материала, такого как порошок металла, например, железа, кобальта, никеля и др., порошок сплава, или порошок нитрита железа, формирования слоя металла с высокой отражательной способностью, такого как серебро, кобальт и др., на поверхности основы, дополнительного формирования на его внешней стороне слоя оксида, имеющего более низкий показатель преломления, чем металл, такого как оксид кремния, с такой толщиной, что произведение показателя преломления оксида и толщины этой пленки составляет одну четвертую длины волны види мого света, а затем нанесение на эту пленку слоя оксида с высоким показателем преломления, такого как оксид титана, с толщиной, которая составляет одну четвертую от длины волны видимого света.

Полученный порошок подвергают тепловой обработке в атмосфере инертного газа при температуре от 200 до 800°С. Таким образом, получают прочный порошок, имеющий высокую степень белизны. При проведении тепловой обработки порошка, последняя должна быть осуществлена таким образом, чтобы получаемый с помощью тепловой обработки порошок удовлетворял требованию, в соответствии с которым в каждом слое произведение показателя преломления материала и толщины пленки составляло одну четвертую длины волны видимого света.

Цветное магнитное красящее вещество получают путем дополнительного формирования окрашенного слоя на этом порошке и еще одного дополнительного формирования на нем слоя смолы. Так как видимый свет имеет длины волн, распределенные по некоторой ширине, частицы, образующие цветное магнитное вещество, могут иметь оксидные слои, образованные поочередно со слоями металла так, чтобы эти слои незначительно отличались по толщине в пределах интервала, в котором произведение показателя преломления и толщины пленки близко соответствует одной четвертой длины волны видимого света.

При производстве порошка с многослойным покрытием в качестве порошка, окрашенного за счет отражения при интерференции, пленка с высоким показателем преломления и пленка с низким показателем преломления поочередно формируются при соответствующей толщине, необходимой для интерференции Фреснела, так, чтобы отражался свет заданных спектральных длин волн.

Способ формирования многослойной пленки, состоящей из слоев оксида металла, имеющего высокий показатель преломления, и поочередно с ними расположенных слоев из оксида металла, имеющего низкий показатель преломления, рассматривается ниже более подробно в примерах. В случае первого формирования покрывающей пленки из оксида титана, оксида циркония и др. подобных материалов, основу частицы погружают и диспергируют в буферном растворе, таком как система уксусная кислота/ацетат натрия или др. Сульфат титана, сульфат циркония и т.д., которые представляют собой соль металла, такого как титан, цирконий и др., используют в качестве исходного материала. Водный раствор соли металла постепенно по каплям добавляют к реакционной системе с получением гидроксида металла или оксида металла и осаждением его на основе частицы. В процессе такой реакции с добавлением по кап11 лям рН сохраняется на уровне значения рН буферного раствора (3,6).

По окончании реакции порошок извлекают путем разделения системы твердый продукт/жидкость и подвергают его промывке и сушке, после чего следует тепловая обработка. Сушку можно осуществить или путем вакуумной сушки или путем естественной сушки. Также можно использовать устройство типа распылительной сушилки или другое подобное устройство, при инертной атмосфере.

Образование оксида титана в качестве покрывающей пленки в этом случае можно показать с помощью следующего уравнения реакции:

Τί(δθ4)2 + 2ЩО ΤίΟ₂ + 2Н₂8О4

Когда затем формируется покрывающая пленка из оксида кремния, оксида алюминия и т.д., покрытую диоксидом титана частицу погружают и диспергируют в буферном растворе системы КС1/Н₃ВО₃ или др. подобной системы, к которой добавлен ΝαΟΗ. Силикат натрия, хлорид алюминия и др., которые представляют собой соль металла, такого как кремний, алюминий и др., используют в качестве исходного материала. Водный раствор соли металла постепенно по каплям добавляют к реакционной системе с получением гидроксида металла или оксида металла и осаждением его на основе частицы. В процессе такой реакции с добавлением реагента по каплям рН сохраняется на уровне значения рН буферного раствора (9,0).

По окончании реакции порошок извлекают путем разделения системы твердый продукт/жидкость и подвергают его промывке и сушке, после чего следует тепловая обработка. С помощью этой операции на поверхности основы частицы получают две металлоксидные пленки, которые отличаются показателем преломления. Путем повторения этой операции получают порошок, имеющий на поверхности многослойную металлоксидную пленку.

Также образование оксида кремния в качестве покрывающей пленки можно показать с помощью следующего уравнения реакции:

Ν;·ι₂8ί,.Ο₂,ι + Н₂О χ8ίΟ₂ + 2Ν;·ι' + 2ОН^-

Для буферного раствора нет особенных ограничений, и могут быть использованы различные системы. Однако важно, чтобы основа частиц могла быть в достаточной степени диспергирована в нем. В то же время необходимо выбирать буферный раствор, который удовлетворяет требованиям, в соответствии с которыми покрытый пленкой порошок, состоящий из основы частиц и гидроксида металла или оксида металла, осажденного на ее поверхности, также мог быть диспергирован в буферном растворе благодаря действию электрического двойного слоя, а плотная покрывающая пленка могла быть сформирована с помощью реакции при постепенным добавлении по каплям.

Следовательно, способ получения покрытого пленкой порошка настоящего изобретения отличается от обычного способа, при котором покрывающую пленку осаждают путем нейтрализации с помощью реакции раствора соли металла или осаждают путем изоэлектрического точечного осаждения или термическим разложением.

Буферный раствор, используемый в настоящем изобретении, меняется в зависимости от ингредиентов твердой фазы, которые должны быть осаждены, и не имеет особенных ограничений. Примерами являются система Тик, борнокислая система, аминоуксуснокислая система, система янтарной кислоты, система молочной кислоты, система уксусной кислоты, система винной кислоты, солянокислая система, и др. подобные системы.

Далее рассматриваются исходные материалы для использования в настоящем изобретении, в особенности соли металлов.

Предпочтительными исходными материалами для использования при формировании пленки с высоким показателем преломления являются галогениды, сульфат и др., титана для получения пленки оксида титана; галогениды, сульфат, карбоксилаты, оксалат, хелатные комплексы и др. циркония для получения пленки из оксида циркония; галогениды, сульфат, карбоксилаты, оксалат и др. церия для пленки оксида церия; галогениды, нитрат, карбоксилаты и др., висмута для получения пленки оксида висмута; и галогениды, сульфат и др., индия для получения пленок оксида индия.

Предпочтительными исходными материалами для получения пленки с низким показателем преломления являются силикат натрия, растворимое стекло, галогениды кремния, кремнийорганические соединения, такие как алкилсиликаты и другие подобные материалы, его полимеры и др., для пленки из оксида кремния; галогениды, сульфат, хелатные комплексы алюминия и др. для получения пленки из оксида алюминия; и сульфат, галогениды и др. магния для получения пленки из оксида магния.

В случае формирования пленки оксида титана, например, эффективно использование при более низкой температуре смеси хлорида титана и сульфата титана для формирования пленки рутила (оксида титана), имеющего высокий показатель преломления.

Кроме того, реакцию для каждого покрытия проводят при регулировании реакционной температуры с тем, чтобы она была приемлема для каждого вида соли металла и, следовательно, чтобы могла быть получена пленка более предпочтительного оксида.

Когда реакция формирования покрывающей пленки на поверхности основы в водном растворе (реакция твердофазного осаждения) слишком медленная, реакционная система может быть нагрета для ускорения реакции твер13 дофазного осаждения. Однако избыточное нагревание приводит к слишком высокой скорости реакции. В результате, перенасыщенная твердая фаза осаждается в водном растворе без формирования пленки и образуется гель или мельчайшие частицы. Как следствие, становится трудным регулировать толщину пленки.

После формирования покрывающей пленки покрытый пленкой порошок несколько раз промывают с декантированием при добавлении дистиллированной воды для удаления с покрывающей пленки электролитов. Затем покрытый пленкой порошок предпочтительно подвергают тепловой обработке, такой как сушка/обжиг или др., для удаления воды, содержащейся в твердой фазе, и для полного превращения покрывающей пленки в оксидную пленку. При тепловой обработке порошка, полученного путем формирования пленки, с использованием вращающейся трубчатой печи может быть предотвращено объединение (агрегация) частиц, и могут быть получены диспергированные частицы.

При формировании гидроксидной пленки или оксидной пленки и при тепловой обработке этих пленок тепловую обработку можно проводить для каждого покрывающего слоя. С другой стороны, тепловая обработка может быть проведена в качестве конечной стадии после завершения получения желаемой многослойной пленки.

Условия тепловой обработки меняются в зависимости от реакционной системы. Однако температура тепловой обработки обычно составляет от 200 до 1300°С, предпочтительно от 400 до 1100°С. Температура 200°С или менее является неприемлемой вследствие того, что соли и вода могут оставаться. Температура выше, чем 1300°С, является неприемлемой, вследствие того, что пленка может реагировать с основой с образованием другого вещества.

Тепловую обработку проводят в течение от 0,1 до 100 ч, предпочтительно в течение от 0,5 до 50 ч.

Наилучший способ осуществления изобретения

Далее настоящее изобретение объясняется более подробно с помощью примеров, но эти примеры не следует рассматривать в качестве ограничивающих объем настоящего изобретения.

Пример 1. Формирование пленки из диоксида титана.

В 250 мл дистиллированной воды растворяют уксусную кислоту и ацетат натрия так, чтобы получить концентрацию уксусной кислоты 0,56 моль/л и ацетата натрия 0,05 моль/л.

К этому буферному раствору добавляют 1,7 г шариков из кварцевого стекла (средний диаметр частиц 3 мкм). Шарики диспергируют в достаточной степени с помощью ультразвука.

К этому смесевому раствору при перемешивании со скоростью 800 об/мин по каплям со скоростью 1,6 мл/мин добавляют 20 мл водного раствора Τί(§0₄)₂ с концентрацией 85 ммоль/л. В течение этой реакции при добавлении по каплям рН сохраняется при значении 3,6. По окончании прибавления по каплям реакционную смесь перемешивают в течение 3 ч.

Содержащий шарики раствор многократно промывают с декантированием дистиллированной водой, чтобы удалить электролиты. Твердые вещества выделяют путем разделения системы твердое вещество/жидкость, затем сушат, получают покрытые диоксидом титана кварцевые шарики.

Каждый покрытый оксидом титана кварцевый шарик представляет собой отдельную частицу, а толщина пленки равна 53 нм.

Пример 2. Формирование пленки из диоксида кремния.

В 250 мл дистиллированной воды растворяют КС1 и Н₃В0₃ так, чтобы получить концентрацию КС1 0,4 моль/л и Н₃В0₃ 0,4 моль/л. С 250 мл этого раствора смешивают 118,23 мл водного раствора ΝαΟΗ с концентрацией 0,4 моль/л.

К этому смесевому раствору добавляют 25 г порошка магнетита (средний диаметр частиц 5 мкм). Порошок диспергируют в достаточной степени с помощью ультразвука.

К раствору смеси при перемешивании со скоростью 500 об/мин по каплям со скоростью 30 мл/ч добавляют 60,68 мл водного раствора силиката натрия с концентрацией 10 вес.%. В течение этой реакции при добавлении по каплям (реакция пленкообразования) рН сохраняется при значении 9,0.

Содержащий магнетит раствор многократно промывают с декантированием дистиллированной водой, чтобы удалить электролиты. Твердые вещества выделяют путем разделения системы твердое вещество/жидкость, затем сушат, получают покрытый диоксидом кремния магнетит.

Покрытый диоксидом кремния магнетит состоит из отдельных частиц, а толщина пленки равна 83 нм.

Пример 3. Порошок, покрытый пленками из диоксида кремния и диоксида титана.

Первый слой: формирование пленки из диоксида кремния

В 250 мл дистиллированной воды растворяют КС1 и Н₃ВО₃ так, чтобы получить концентрацию КС1 0,4 моль/л и Н3В03 0,4 моль/л. С 250 мл этого раствора смешивают 118,23 мл водного раствора ΝαΟΗ с концентрацией 0,4 моль/л.

К полученному раствору смеси при перемешивании со скоростью 500 об/мин по каплям со скоростью 30 мл/ч добавляют 60,68 мл вод15 ного раствора силиката натрия с концентрацией 10 вес.%. В течение этой реакции при добавлении по каплям (реакция пленкообразования) рН сохраняется при значении 9,0.

Содержащий магнетит раствор многократно промывают с декантированием дистиллированной водой, чтобы удалить электролиты. Твердые вещества выделяют разделением системы твердое вещество/жидкость, затем сушат. После этого порошок подвергают тепловой обработке во вращающейся трубчатой печи, получают покрытый диоксидом кремния магнетит.

Покрытый диоксидом кремния магнетит состоит из отдельных частиц, а толщина пленки равна 66 нм.

Второй слой: формирование пленки из диоксида титана

К этому буферному раствору добавляют 1,7 г покрытого диоксидом кремния магнетита. Магнетит диспергируют в достаточной степени с помощью ультразвука.

К этому смесевому раствору при перемешивании со скоростью 800 об/мин по каплям со скоростью 1/6 мл/мин добавляют 20 мл водного раствора Τί(8Θ4)₂ с концентрацией 85 ммоль/л. В течение этой реакции при добавлении по каплям рН сохраняется при значении 3,6. По окончании прибавления по каплям реакционную смесь перемешивают в течение 3 ч.

Содержащий шарики раствор многократно промывают с декантированием дистиллированной водой, чтобы удалить электролиты. Твердые вещества выделяют разделением системы твердое вещество/жидкость, затем сушат. После этого порошок подвергают тепловой обработке во вращающейся трубчатой печи, получают покрытый диоксидом титана и диоксидом кремния магнетит.

Покрытый диоксидом титана и диоксидом кремния магнетит состоит из отдельных частиц, а толщина пленки диоксида титана равна 47 нм. Этот покрытый диоксидом титана и диоксидом кремния магнетит представляет собой голубой порошок с максимумом при 402 нм. Покрытый диоксидом титана и диоксидом кремния магнетит имеет намагниченность 68 эме (электромагнитных единиц)/г в магнитном поле 10 кЭ.

Промышленное применение

Как было описано выше, поскольку в качестве растворителя для формирования пленки используется водный растворитель, имеющий постоянное значение рН, то поверхность основы частицы может быть равномерно покрыта твердофазной пленкой при ингибировании агрегации частиц и без выпадения свободной твердой фазы в жидкой фазе.

Характерно, что при реакции пленкообразования для осаждения пленки с подходящей скоростью при постоянном значении рН используют буферный раствор. В результате ингибируется выпадение твердой фазы, не способствующее образованию пленки, и можно получить покрывающую пленку одинаковой и желаемой толщины.

Более того, за счет сохранения постоянного значения рН заряды на поверхности покрытого пленкой порошка одновременно сохраняются постоянными. В результате, из-за действия двойного электрического слоя образуется покрытый пленкой порошок, не подверженный агрегации, и получаются диспергированные частицы.

Благодаря описанным выше механизмам настоящее изобретение достигает своей цели, то есть, достигается легкое получение порошка, покрытого пленкой с одинаковой и желаемой толщиной, несмотря на использование растворимого в воде исходного вещества.

Настоящее изобретение предлагает высокофункциональный покрытый пленкой порошок и способ его получения. Покрытый пленкой порошок получают с использованием в качестве растворителя воды без применения алкоксидов металлов, которые являются дорогостоящими веществами, или легковоспламеняющихся органических растворителей. Таким образом, покрытый пленкой порошок может быть получен с низкой общей стоимостью продукта без необходимости во взрывоустойчивой аппаратуре в производственном оборудовании и при легком обеспечении регулирования температуры и влажности.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Покрытый пленкой порошок, включающий частицы основы с имеющимися на них пленками, образованными реакцией соли металла в водном буферном растворе, имеющем постоянный рН, при этом указанные пленки являются пленками из гидроксидов металлов или из оксидов металлов или из их комбинаций, причем при указанной реакции частицы диспергированы в указанном водном буферном растворе благодаря действию двойного электрического слоя.
2. Покрытый пленкой порошок по п.1, где пленка, полученная реакцией соли металла, имеет толщину от 10 нм до 10 мкм.
3. Покрытый пленкой порошок по п.1, где реакцией соли металла формируют несколько пленок.
4. Способ получения покрытого пленкой порошка, в котором порошок содержит основу частицы с пленками на ней, включающий формирование, по меньшей мере, одной из пленок реакцией соли металла в водном растворителе, имеющем постоянное значение рН.
5. Способ по п.4, где водный растворитель представляет собой буферный раствор.
6. Способ по п.4, в котором формирование пленки реакцией соли металла проводят путем добавления раствора соли металла в качестве исходного материала пленки к водному растворителю, в котором диспергирована основа частицы.
7. Способ по п.4, в котором тепловую обработку проводят в водном растворителе в процессе формирования пленки реакцией соли металла.
8. Способ по п.4, в котором тепловую обработку проводят после формирования пленки реакцией соли металла.
9. Способ по п.4, в котором пленка, полученная реакцией соли металла, имеет толщину от 10 нм до 10 мкм.
10. Способ по п.4, в котором реакцией соли металла получают несколько пленок.