JP2015516929A - 多孔性無機体 - Google Patents

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Abstract

本発明は、0.005マイクロメートルから20マイクロメートルまでの範囲にある細孔径SAおよび全細孔容積VAを有する細孔Aを含み、かつ20マイクロメートルより大きく1000マイクロメートルまでの範囲にある細孔径SBおよび全細孔容積VBを有する細孔Bを含む多孔性無機体であって、0.005マイクロメートルから1000マイクロメートルまでの範囲にある細孔径を有する細孔の全細孔容積がVCであり、水銀圧入ポロシメトリーで決定した場合に、比RA=VA/VCが0.3から0.7までの範囲にある、多孔性無機体に関する。

Description

本発明は、0.005マイクロメートルから20マイクロメートルまでの範囲にある細孔径Sを有する第1細孔Aと、20マイクロメートルより大きく1000マイクロメートルまでの範囲にある細孔径Sを有する第2細孔Bとを、少なくとも有する多孔性無機体に関する。第1細孔Aは全細孔容積Vを有し、第2細孔Bは全細孔容積Vを有する。本発明では、全ての細孔AおよびB、すなわち0.005マイクロメートルから1000マイクロメートルまでの範囲にある細孔径を有する細孔の全細孔容積をVとする。本発明の無機体は、比V/V(これをRという)が0.3から0.7までの範囲にあることを特徴とする。さらに本発明は、多孔性無機体、好ましくは上述の多孔性無機体を製造するための方法であって、温度制御可能な押出機で行われ、出発材料が押出機の特定ゾーンで加えられることを特徴とする方法に関する。さらにまた本発明は、無機多孔質体の使用、特に触媒または触媒担持体としての使用に関する。さらにまた本発明は温度制御可能な押出機そのものに関する。
多孔性無機体顆粒は、反応部位の接近容易性が従来の非多孔性押出体と比較して高いので、魅力的な触媒担体である。高多孔性の無機体を用意することが望ましいことは多く、無機体が触媒または触媒担体として使用される場合は、とりわけそうである。これらの場合、無機体は大きな輸送細孔を有することが望ましい。そのような大きな細孔は試薬類の輸送を容易にし(拡散律速触媒反応の過程においてはとりわけそうである)、圧力低下を減少させる。さらにまた、上述の大きな輸送細孔だけでなくそれより小さな細孔も持つ高多孔性の無機触媒担体を用意することが望ましいことも多い。これらの例では、無機体が広い細孔径範囲にわたって少なくとも二峰性の細孔径分布を有するであろう。
国際公開第2006/133187号には、少なくとも1m/gの表面積と、全細孔容積の少なくとも80パーセントが0.1マイクロメートルから10マイクロメートルまでの範囲にある直径を有する細孔に含まれ、かつ0.1マイクロメートルから10マイクロメートルまでの範囲にある直径を有する細孔に含まれる細孔容積の少なくとも80パーセントが0.3マイクロメートルから10マイクロメートルまでの範囲にある直径を有する細孔に含まれるような全細孔容積および細孔径分布とを有する、非板状アルミナおよび/または結合材料を含む触媒担体が記載されている。この担体は、a)5〜100マイクロメートルのメディアン粒径(d50)を有する、50〜95重量パーセントの第1粒状α−アルミナ;b)第1粒状α−アルミナのd50より小さく1マイクロメートルから10マイクロメートルまでの範囲にあるd50を有する、5〜50重量パーセントの第2粒状α−アルミナ;およびc)アルカリ土類金属シリケート結合材料を含む混合物を形成させること(重量パーセント値は混合物中のα−アルミナの総重量に基づく);およびその混合物を焼成して担体を形成させることを含む方法によって得られる。この担体に基づいて調製されたエチレンオキシド触媒は良好な選択性を示した。この担体調製方法の欠点は、押出しに先立つ多成分反応混合物の予混合が避けられないことである。そのうえ、得られた担体は、0.1マイクロメートルから10マイクロメートルまでの範囲にある直径を有する細孔に含まれる細孔容積が>80%であり、これは、それよりかなり大きな細孔、例えば>50マイクロメートル、さらには>100マイクロメートルが必要とされうる材料輸送の点で、問題になりうる。
国際公開第03/072244号(A1)には、銀系オレフィンエポキシ化触媒の選択性および活性が、それを沈着させるアルミナ担体中の細孔径分布の関数であるとわかることが、開示されている。具体的には、非常に大きな細孔(10マイクロメートルを上回るもの)はごく僅かであって、35〜55パーセントの吸水量および少なくとも1.0m/gの表面積を有する担体を用意することが有利であることがわかる。具体的には、表面積が1.0〜2.6m/gかつ吸水量が35〜55パーセントであって、細孔容積の少なくとも70パーセントが0.2〜10マイクロメートルの細孔径を有する細孔の形態にあり、かつ0.2〜10マイクロメートルの直径を有する細孔が少なくとも0.27mL/g担体の容積を与えるような形で、細孔が分布している、少なくとも95パーセントのα−アルミナを、担体が含むことを特徴とする、オレフィンエポキシ化用触媒のための担体が記載されている。上述の担体を製造するための請求項記載の方法は、a)10〜90マイクロメートルの平均粒径(d50)を有する、50〜90重量パーセントの第1粒状α−アルミナ;b)2〜6マイクロメートルの平均粒径(d50)を有する、全αアルミナ重量に基づいて10〜50重量パーセントの第2粒状αアルミナ;c)2〜5重量パーセントのアルミナ水和物;d)シリカとして測定した場合に0.2〜0.8パーセントの非晶質シリカ化合物;およびe)アルカリ金属酸化物として測定した場合に0.05〜0.3パーセントのアルカリ金属化合物を含む混合物を形成させ(パーセンテージはいずれも混合物の全α−アルミナ含量に基づく)、次にその混合物を粒子に成形し、その粒子を1250〜1470℃の温度で焼成して担体を形成させることを特徴とする。この発明の担体から調製された活性触媒は低温で作用して81.9〜82.5%の選択性を与えたが、サイズが100マイクロメートルを上回る追加の細孔を持つ触媒担体から調製された触媒に関する反応データは提供されていない。加えて、出発材料の多段混合を行った後に別個の工程で粒子を一定の形態に造形するには、費用と時間がかかる。
欧州特許出願公開第1927398号には、水銀ポロシメトリーによって測定される細孔分布において0.01〜100マイクロメートルの細孔径範囲に少なくとも2つのピークを有し、前記ピークのうちの少なくとも1つのピークが0.01〜1.0マイクロメートルの細孔径範囲に存在するα−アルミナを主成分として含有する担体を含み、その担体上に触媒成分が担持されている、エチレンオキシド生産用の触媒が記載されている。この出願の触媒担体から調製された触媒作用を用いて、10%の転化率および232℃で、82.6%までのエチレンオキシド選択性を得ることができる。しかし、少なからぬ細孔容積が100マイクロメートルを上回るサイズの細孔に割り当てられている担体は、ここでは報告されていない。
そこで、そのような少なくとも二峰性の細孔径分布を有し、少なからぬ細孔容積が100マイクロメートルを上回るサイズの細孔に割り当てられている新規無機体を提供することが、本発明の目的である。
欧州特許出願第0799810号には、連続気泡無機焼結フォーム品を生産するための連続法であって、
a)焼結性無機粉末を含むスリップ材料、このスリップ材料を流動可能にする蒸発可能な液状材料、および必要であれば、発泡ガスを形成する材料を、発泡ガスの遊離を伴う発泡工程において発泡品に転化すること;
b)この発泡品を、本質的にスリップ材料を流動不可能にすると共に連続細孔中間体を形成する処理に付すこと(工程aと工程bは本質的に同時に進行しうる);
c)液状材料および他の任意の材料に由来する残存材料を中間体から除去することで、グリーンフォーム体を形成させること;および
d)グリーンフォーム体を焼結することで、連続気泡無機焼結フォーム品を形成させること
を含む方法が記載されている。
欧州特許出願第0799810号によれば、セラミックスマスを調製するために、図2に示されている押出機に、まず液相が投入される。次に、無機粉末がロスインウェイト式供給システムによって加えられ、液相と混合される。このような給送手法は、この方法をスケールアップすると、問題につながりうる。というのも、停滞による突然の圧力上昇が起こると、スラリーの逆流がより容易に起こりうるからである。欧州特許出願第0799810号の方法は発泡押出物を連続的に得るための方法になるが、円滑に進行するようにさらに最適化しなければならない。そのうえ、欧州特許出願第0799810号には、プロセス安定性およびプロセス再現性の向上にとって有益であるだろう数種類の固形成分の同時添加が記載されていない。
そこで、多孔性無機体を製造するための簡単で効果的な連続法を提供することが、本発明のもう一つの目的である。
この方法の実施および/またはこの無機体の調製にとりわけ適している押出機を提供することが、本発明のさらにもう一つの目的である。
国際公開第2006/133187号 国際公開第03/072244号 欧州特許出願公開第1927398号明細書 欧州特許出願第0799810号明細書
したがって本発明は、0.005マイクロメートルから20マイクロメートルまでの範囲にある細孔径Sおよび全細孔容積Vを有する細孔Aを含み、かつ20マイクロメートルより大きく1000マイクロメートルまでの範囲にある細孔径Sおよび全細孔容積Vを有する細孔Bを含む多孔性無機体であって、0.005マイクロメートルから1000マイクロメートルまでの範囲にある細孔径を有する細孔の全細孔容積がVであり、DIN66133に従って水銀圧入ポロシメトリーで決定した場合に、比R=V/Vが0.3から0.7までの範囲にある、多孔性無機体に関する。
また本発明は、多孔性無機体を製造するための方法、好ましくは、0.005マイクロメートルから20マイクロメートルまでの範囲にある細孔径Sおよび全細孔容積Vを有する細孔Aを含み、かつ20マイクロメートルより大きく1000マイクロメートルまでの範囲にある細孔径Sおよび全細孔容積Vを有する細孔Bを含む多孔性無機体であって、0.005マイクロメートルから1000マイクロメートルまでの範囲にある細孔径を有する細孔の全細孔容積がVであり、DIN66133に従って水銀圧入ポロシメトリーで決定した場合に、比R=V/Vが0.3から0.7までの範囲にある、多孔性無機体を製造するための方法であって、
a)ダイヘッドと少なくとも3つのゾーンとを含む温度制御可能な区分された押出機の第1ゾーンで、焼結性無機粉末、好ましくはアルミナ粉末、より好ましくはαアルミナ粉末を供給すること;
b)第1ゾーンの下流にある区分された押出機の第2ゾーンで、バインダーを含む水溶液またはバインダーを含む水性懸濁液を供給すること;
c)押出機中で焼結性無機粉末と水溶液または懸濁液とを混合することで、混合物を得ること;
d)区分された押出機において、混合物を、本質的に定容積で、最大200℃の温度まで加熱することにより、圧力を増加させると共に、混合物に含まれる水を少なくとも部分的に蒸発させることで、加圧混合物を得ること;
e)加圧混合物より圧が低い容積に加圧混合物を膨張させることで、ダイヘッドを通した押出し後に、非流動性中間体を得ること;
f)場合によっては、中間体を100℃〜120℃の温度に付すことにより、残存している水を中間体から除去することで、グリーン体を得ること;
g)グリーン体または中間体を300℃〜1100℃の温度でか焼すること;
h)場合によっては、か焼されたグリーン体を、最大2000℃までの、か焼温度より高い温度で焼結することで、多孔性無機体を得ること
を含み、好ましくは連続法である方法に関する。
また本発明は、この方法によって得ることができる、または得られた、無機体に関する。
また本発明は、触媒担体としての、好ましくはエチレンオキシド調製用触媒の担体としての、より好ましくはエチレンオキシド調製用銀系触媒の担体としての、上述の無機体の使用に関する。
焼結試料、すなわち実施例1の無機体の差分圧入量を表す図である。 焼結試料、すなわち実施例2の無機体の差分圧入量を表す図である。 焼結試料、すなわち実施例3の無機体の差分圧入量を表す図である。 焼結試料、すなわち実施例4の無機体の差分圧入量を表す図である。 焼結試料、すなわち実施例5の無機体の差分圧入量を表す図である。 本発明の押出機の一実施形態と補助構成要素を表す模式図である。 本発明の押出機の一実施形態のダイヘッドを表す図である。 本発明押出機のノズルの第1実施形態を示す図である。 本発明押出機のノズルの第2実施形態を示す図である。
無機体
上述のように、本発明は、0.005マイクロメートルから20マイクロメートルまでの範囲にある細孔径Sおよび全細孔容積Vを有する細孔Aを含み、かつ20マイクロメートルより大きく1000マイクロメートルまでの範囲にある細孔径Sおよび全細孔容積Vを有する細孔Bを含む多孔性無機体であって、0.005マイクロメートルから1000マイクロメートルまでの範囲にある細孔径を有する細孔の全細孔容積がVであり、DIN66133に従って水銀圧入ポロシメトリーで決定した場合に、比R=V/Vが0.3から0.7までの範囲にある、多孔性無機体に関する。
本発明の好ましい実施形態では、Rが0.31から0.69までの範囲にあり、より好ましくは0.32から0.68までの範囲にあり、より好ましくは0.33から0.67までの範囲にあり、より好ましくは0.34から0.66までの範囲にあり、より好ましくは0.35から0.65までの範囲にある。
一般に、0.005マイクロメートルから20マイクロメートルまでの範囲にあるSを有する全ての細孔に関して、Rのこれらの値が満たされる。好ましくは、Rのこれらの値を満たすにあたって、Sは、好ましくは0.01マイクロメートルから20マイクロメートルまでの範囲にあり、より好ましくは0.02マイクロメートルから20マイクロメートルまでの範囲にあり、より好ましくは0.05マイクロメートルから20マイクロメートルまでの範囲にあり、より好ましくは0.1マイクロメートルから20マイクロメートルまでの範囲にある。
さらに好ましくは、Rのこれらの値を満たすにあたって、Sは、0.2マイクロメートルから20マイクロメートルまでの範囲にあり、より好ましくは0.3マイクロメートルから20マイクロメートルまでの範囲にあり、より好ましくは0.4マイクロメートルから20マイクロメートルまでの範囲にある。
したがって好ましい実施形態では、本発明は、Sが0.4マイクロメートルから20マイクロメートルまでの範囲にあり、Rが0.35から0.65までの範囲にある、上に定義した無機体に関する。
が0.4マイクロメートルから20マイクロメートルまでの範囲にあり、Rが0.35から0.65までの範囲にある、これらの好ましい実施形態では、Vに対する、0.005マイクロメートルから0.4マイクロメートル未満までの細孔径を有する無機体の細孔の容積V’の比が、好ましくは、0から0.05までの範囲にあり、好ましくは0から0.04までの範囲にある。この比を、ここではR’という。それゆえに、好ましい実施形態では、本発明は、Sが0.4マイクロメートルから20マイクロメートルまでの範囲にあり、かつRが0.35から0.65までの範囲にあり、R’が0から0.05までの範囲にある、上に定義した無機体に関する。
さらに、一般に細孔Bは、20マイクロメートルより大きく1000マイクロメートルまでの範囲にある任意の細孔径Sを有する。好ましくは、Sは25マイクロメートルから1000マイクロメートルまでの範囲にあり、より好ましくは40マイクロメートルから1000マイクロメートルまでの範囲にあり、より好ましくは60マイクロメートルから1000マイクロメートルまでの範囲にあり、より好ましくは80マイクロメートルから1000マイクロメートルまでの範囲にあり、より好ましくは100マイクロメートルから1000マイクロメートルまでの範囲にある。
したがって好ましい実施形態では、本発明は、Rが0.3から0.7までの範囲、好ましくは0.35から0.65までの範囲にあり、かつSが0.005マイクロメートルから20マイクロメートルまでの範囲、より好ましくは0.1マイクロメートルから20マイクロメートルまでの範囲、より好ましくは0.4マイクロメートルから20マイクロメートルまでの範囲にあり、Sが100マイクロメートルから1000マイクロメートルまでの範囲にある、上に定義した無機体に関する。
さらに本発明では、無機体が少なくとも二峰性の細孔径分布を有する。本発明に関して使用する「少なくとも二峰性の細孔径分布」という用語は、DIN66133に従って水銀圧入ポロシメトリーで決定される、細孔径の関数としての差分圧入量(differential intrusion)の測定に関する。この決定方法で、差分圧入量が、0.005マイクロメートルから20マイクロメートルまでの細孔径範囲に少なくとも1つのピークを含み、さらに、20〜1000マイクロメートルの細孔径範囲にも少なくとも1つのピークを含む場合は、少なくとも二峰性の細孔径分布が存在する。
したがって本発明は、細孔径の関数としてDIN66133に従って水銀圧入ポロシメトリーで決定される差分圧入量が、0.005〜20マイクロメートルの細孔径範囲にある少なくとも1つのピークと、20〜1000マイクロメートルの細孔径範囲にある少なくとも1つのピークとを含む、上に定義した無機体にも関係する。
本発明の好ましい実施形態では、前記差分圧入量が、0.01〜20マイクロメートルの細孔径範囲に、好ましくは0.05〜20マイクロメートルの細孔径範囲に、より好ましくは0.1〜20マイクロメートルの細孔径範囲に、より好ましくは0.2〜20マイクロメートルの細孔径範囲に、少なくとも1つのピーク、好ましくは1つのピークまたは2つのピークを含む。より一層好ましくは、少なくとも1つのピークが、1〜20マイクロメートルの細孔径範囲にある。
一般に本発明の無機体の比表面積(BET)に関して特別な制約はない。好ましくは、DIN ISO 9277に従って決定される比表面積(BET)が、少なくとも0.1m/g、好ましくは少なくとも0.2m/g、より好ましくは少なくとも0.5m/gである。より好ましくは、DIN ISO 9277に従って決定される比表面積(BET)が、0.1m/gから2.5m/gまでの範囲にあり、より好ましくは0.3m/gから2.0m/gまでの範囲にあり、より好ましくは0.5m/gから1.5m/gまでの範囲にあり、より好ましくは0.7m/gから1.3m/gまでの範囲にあり、より好ましくは0.8m/gから1.2m/gまでの範囲にある。
さらに本発明の無機体は、0.1ml/gから2ml/gまでの範囲にある吸水量を呈する。好ましい吸水量は0.2ml/gから1.5ml/gまでの範囲にあり、0.4ml/gから1.0ml/gまでの範囲はとりわけ好ましい。吸水量の決定は参考例1に詳述する。
本発明の無機体の組成に関して、上に定義した特徴が満たされる限り、特別な制約は存在しない。好ましくは、本発明の無機体は、アルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア、およびそれらの混合酸化物のうちの少なくとも1つを含む。より好ましくは、無機体の少なくとも75重量%、より好ましくは少なくとも80重量%、より好ましくは少なくとも85重量%、より好ましくは少なくとも90重量%、より好ましくは少なくとも95重量%、より好ましくは少なくとも99重量%が、アルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア、およびそれらの混合酸化物のうちの少なくとも1つ、好ましくはアルミナおよびシリカのうちの少なくとも1つ、より好ましくはアルミナからなる。アルミナの考えうる変態は、例えばαアルミナ、γアルミナ、δアルミナ、ηアルミナ、θアルミナ、κアルミナ、およびそれらのうちの2つ以上の混合物である。とりわけ好ましいのはαアルミナである。
したがって好ましい実施形態では、本発明は、上に定義した無機体であって、その少なくとも95重量%、好ましくはその少なくとも99重量%が、アルミナ、好ましくはαアルミナで構成されているものに関する。
加えて、好ましくはアルミナの他にも、より好ましくはαアルミナの他にも、本発明の無機体は、少なくとも1つのさらなる元素、例えば少なくとも1つアルカリ金属(例えばLiおよび/またはNaおよび/またはKおよび/またはRbおよび/またはCs)および/または少なくとも1つのアルカリ土類金属(例えばMgおよび/またはCaおよび/またはSrおよび/またはBa)および/または少なくとも1つの遷移金属(例えばTiおよび/またはMnおよび/またはFeおよび/またはCoおよび/またはZnおよび/またはMo)、および/または周期表の第13族および/または第14族および/または第15族および/または第16族の少なくとも1つの元素(例えばBおよび/またはGaおよび/またはSiおよび/またはGeおよび/またはSnおよび/またはS)を含みうる。より好ましくは、本発明の無機体は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、ケイ素、および鉄からなる群より選択される少なくとも1つの元素を含む。アルカリ金属の中では、Naがとりわけ好ましい。したがって、より一層好ましい実施形態では、本発明は、ナトリウム、ケイ素、および鉄からなる群より選択される少なくとも1つの元素を含む、上に定義した無機体に関する。
本発明の無機体に追加的に含有されるこれらの元素の量に関する限り、無機体に含有される好ましくはアルミナ、より好ましくはαアルミナの量が上に定義した範囲であるなら、特別な制約は存在しない。好ましくは本発明の無機体は、元素として計算し、元素分析によって決定した場合に、無機体の総重量に基づいて、200〜750重量ppmのナトリウム、600重量ppmまで、好ましくは350〜550重量ppmのケイ素、および100重量ppmまでの鉄を含む。
本発明のとりわけ好ましい実施形態では、本発明の無機体が、触媒としてまたは触媒担体として使用される。したがって、本発明の無機体のジオメトリは特別な制約を受けず、所望する応用に適した任意の形態を呈することができる。本発明の好ましい実施形態では、無機体が、ストランド、例えば中空ストランド、星形体、球体、環状体、または円柱体のジオメトリを有する。より好ましくは、本発明の無機体は円柱体のジオメトリを有する。より一層好ましくは、好ましい円柱体が、3mmから20mmまで、好ましくは4mmから15mmまで、より好ましくは5mmから10mmまでの範囲にある長さ、2mmから20mmまで、好ましくは3mmから15mmまで、より好ましくは5mmから10mmまでの範囲にある外径、および1から15まで、好ましくは2から10まで、より好ましくは2.5から4.5までの範囲にある壁厚(単位mm)に対する外径(単位mm)の比を有する。
とりわけ好ましい実施形態では、円柱体が次に挙げるジオメトリを有する(外径×長さ×内径、いずれも単位はミリメートル):5×5×2、6×6×3、7×7×3、8×8×3、8×8.5×3、8×8.5×3.5、8.5×8×3.5、8.5×8×3、9×9×3、9.5×9×3、9.5×9×3.5。これらの仕様はいずれも±0.5mmの範囲の許容差を含むと理解すべきである。
上述のように、本発明の無機体は、好ましくは、触媒または触媒担体として使用される。とりわけ好ましいのは触媒担体としての使用である。本無機体が触媒としてまたは触媒担体として使用される反応に関して特別な制約はないが、エチレンオキシド調製用触媒の触媒担体としての使用はとりわけ好ましい。より一層好ましくは、無機体が、エチレンオキシド調製用銀系触媒の触媒担体として使用される。
したがって本発明は、触媒担体としてまたは触媒として使用するための、好ましくはエチレンオキシド調製用銀系触媒の触媒担体として使用するための、上に定義した無機体にも関係する。さらに本発明は、触媒担体としての、好ましくはエチレンオキシド調製用触媒の担体としての、より好ましくはエチレンオキシド調製用銀系触媒の担体としての、上に定義した無機体の使用に関する。
触媒担体としての好ましい使用
本発明の無機体を、エチレンのエポキシ化によるエチレンオキシドの生産に好ましく使用される銀系触媒、銀および場合によってはさらなる助触媒(これにはRe、W、Li、CsまたはSなどを含めることができる)のための触媒担体として使用する場合、銀および少なくとも1つの助触媒は、含浸法および噴霧法など、考えうる全ての方法によって、本発明の無機体に適用することができ、含浸法は好ましい。好ましくは、最終的な触媒に基づき、元素状の銀として計算して、1〜50重量%、好ましくは5〜35重量%、より好ましくは10〜25重量%の量の銀を含有する触媒が調製される。
好ましくは、銀と少なくとも1つの助触媒を含有する水溶液、より好ましくは銀と、Re、W、Li、CsおよびSからなる群より選択される少なくとも1つの助触媒とを含有する水溶液、より好ましくは銀と助触媒Re、W、Li、CsおよびSとを含有する水溶液の含浸によって、触媒が調製される。
本発明の無機体に基づいて調製される好ましい触媒は、総触媒重量に基づき、元素として計算して、50〜1200重量ppm、好ましくは100〜1000重量ppm、より好ましくは150〜600重量ppm、より好ましくは200〜500重量ppmの量のReを含有する。
本発明の無機体に基づいて調製される好ましい触媒は、総触媒重量に基づき、元素として計算して、10〜800重量ppm、好ましくは20〜500重量ppm、より好ましくは50〜300重量ppm、より好ましくは80〜250重量ppmの量のWを含有する。
本発明の無機体に基づいて調製される好ましい触媒は、総触媒重量に基づき、元素として計算して、50〜700重量ppm、好ましくは75〜400重量ppm、より好ましくは100〜250重量ppmの量のLiを含有する。
本発明の無機体に基づいて調製される好ましい触媒は、総触媒重量に基づき、元素として計算して、50〜1500重量ppm、好ましくは100〜800重量ppm、より好ましくは200〜700重量ppm、より好ましくは250〜600重量ppmの量のCsを含有する。
本発明の無機体に基づいて調製される好ましい触媒は、総触媒重量に基づき、元素として計算して、1〜100重量ppm、好ましくは1〜50重量ppm、より好ましくは2〜30重量ppm、より好ましくは5〜20重量ppmの量のSを含有する。
したがって本発明は、銀系触媒(好ましくはエチレンオキシド生産用銀系触媒)の触媒担体として使用するための、上に定義した無機体であって、触媒が1〜50重量%の銀、50〜1200重量ppmのRe、10〜800重量ppmのW、50〜700重量ppmのLi、50〜1500重量ppmのCs、および1〜100重量ppmのS(いずれも触媒の総重量に基づき、元素として計算したもの)を含む無機体にも関係する。
さらに本発明は、銀系触媒(好ましくはエチレンオキシド生産用の銀系触媒)に触媒担体として含まれている、上に定義した無機体であって、触媒が1〜50重量%の銀、50〜1200重量ppmのRe、10〜800重量ppmのW、50〜700重量ppmのLi、50〜1500重量ppmのCs、および1〜100重量ppmのS(いずれも触媒の総重量に基づき、元素として計算したもの)を含む無機体に関する。
本発明に関して使用する「触媒の総重量」という用語は、エチレンオキシド生産反応に使用される、か焼した触媒の総重量を指す。
さらにまた本発明は、上に定義した無機体を触媒担体として含むと共に1〜50重量%の銀を含む銀系触媒が、エポキシ化触媒として使用される、エチレンオキシドを生産するための方法であって、該触媒が好ましくはさらに50〜1200重量ppmのRe、10〜800重量ppmのW、50〜700重量ppmのLi、50〜1500重量ppmのCs、および1〜100重量ppmのS(いずれも触媒の総重量に基づき、元素として計算したもの)を含む方法に関する。
方法
本発明は、多孔性無機体を製造するための方法にも関係し、ここで、多孔性無機体は、好ましくは、上に定義した多孔性無機体である。
この方法では焼結性無機粉末が押出機の第1ゾーンで供給される。この焼結性無機粉末は、最終的に得られる多孔性無機体の主成分を形成する。押出機の第2ゾーンでは、バインダーが供給される。これは、押出物から水を少なくとも部分的に蒸発させた時に、最終的に得られる(好ましくは発泡)押出物の崩壊を防止するために使用することが好ましい。本発明によれば、バインダーが加えられる押出機の第2ゾーンが、焼結性無機粉末が供給される第1ゾーンの下流に位置する場合、本方法は、無機粉末の蓄積を避けることを、そして例えば入口における前記蓄積によるクラスト(crust)の集積を避けることを可能にし、そうすることで、好ましくは連続法である押出しプロセスを均一に、そして中断および/または脈動を起こさずに実行することを可能にすることが見出された。本発明に関して使用する「下流」という用語は、前記第2ゾーンが第1ゾーンよりも押出機プレート(本明細書ではダイプレートともいう)の近くになるような押出機レイアウトを指す。一般に第2ゾーンは、前記第2ゾーン内の温度に関して、前記第1ゾーンとは独立して制御することが可能になっており、第1ゾーンもまた温度制御可能である。押出機の前記第2ゾーンは、前記第1ゾーンの直後に配置することができる。前記第2ゾーンと前記第1ゾーンとが少なくとも1つの追加押出機ゾーンで互いに隔てられていることも考えることができ、その場合、この/これらの追加ゾーンの少なくとも1つは、温度制御可能なゾーンであることができ、かつ/または押出可能マスの少なくとも1つの成分を供給することができるゾーンとして設計することができる。
したがって本発明は、多孔性無機体(好ましくは上に定義した多孔性無機体)を製造するための方法であって、
a)ダイヘッドと少なくとも3つのゾーンとを含む温度制御可能な区分された押出機の第1ゾーンで、焼結性無機粉末、好ましくはアルミナ粉末、より好ましくはαアルミナ粉末を供給すること;
b)第1ゾーンの下流にある区分された押出機の第2ゾーンで、バインダーを含む水溶液またはバインダーを含む水性懸濁液を供給すること;
c)押出機中で焼結性無機粉末と水溶液または懸濁液とを混合することで、混合物を得ること;
d)区分された押出機において、混合物を、本質的に定容積で、最大200℃の温度まで加熱することにより、圧力を増加させると共に、混合物に含まれる水を少なくとも部分的に蒸発させることで、加圧混合物を得ること;
e)加圧混合物より圧が低い容積に加圧混合物を膨張させることで、ダイヘッドを通した押出し後に、非流動性中間体を得ること;
f)場合によっては、中間体を100℃〜120℃の温度に付すことにより、残存している水を中間体から除去することで、グリーン体を得ること;
g)グリーン体または中間体を300℃〜1100℃の温度でか焼すること;
h)場合によっては、か焼されたグリーン体を、最大2000℃までの、か焼温度より高い温度で焼結することで、多孔性無機体を得ること
を含み、好ましくは連続法である方法に関する。
工程a)
本発明の方法の工程a)では、焼結性無機粉末が押出機の第1ゾーンで供給される。本発明に関して使用する「第1ゾーン」という用語は、少なくとも1つの追加ゾーンが前記第1ゾーンの上流にある押出機レイアウトを排除するものではなく、その場合、前記第1ゾーンの上流にあるこの/これらの追加ゾーンの少なくとも1つは、温度制御可能なゾーンであることができ、かつ/または押出可能マスの少なくとも1つの成分を供給することができるゾーンとして設計することができる。したがって本発明では、バインダーとして供給される1つまたは複数の成分が前記第1ゾーンの下流にある第2ゾーンで供給されるという条件の下に、少なくとも1つの成分が前記第1ゾーンの上流にあるゾーンで供給されることは排除されない。本発明の好ましい実施形態では、押出機において調製される押出可能マスの成分は前記第1ゾーンの上流にあるゾーンで供給されない。さらに、本発明に関して使用する「第1ゾーン」という用語は、前記第1ゾーンが温度制御可能な押出機の2つ以上の別個のゾーン(各ゾーンは温度制御可能でありうる)からなる押出機レイアウトを排除するものでもない。好ましくは、前記第1ゾーンは、押出機の1つの温度制御可能なゾーンである。
したがって本発明は、温度制御可能な区分された押出機において調製される押出可能マスの成分が、第1ゾーンの上流にあるゾーンで供給されない、上に定義した方法にも関係する。
本発明では、無機粉末が焼結性であり、多孔性無機体の調製を可能にするものである限り、無機粉末の化学的性質に関して、特別な限定は存在しない。なかんずく、金属粉末、鉱物粉末、セラミック粉末、金属炭化物粉末、金属窒化物粉末、およびこれらの粉末のうちの2つ以上の混合物を、供給することができる。本発明に関して使用する「粉末」という用語は、典型的には、d50値が0.01マイクロメートルから500マイクロメートルまで(好ましくは0.5マイクロメートルから100マイクロメートルまで)の範囲にある粒子を有する化合物をいう。
適切な金属粉末には、例えば鉄、コバルト、ニッケル、銅、銀、チタン、鋼粉末、または鉄系、ニッケル系もしくはコバルト系合金の合金粉末などがある。好ましくはセラミックス粉末が供給される。適切なセラミック粉末には、例えばアルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア、場合によっては酸化マグネシウムまたは酸化イットリウムで部分的にまたは完全に安定化されたもの、Alおよび/またはSiおよび/またはTiおよび/またはZrの混合酸化物、場合によっては酸化マグネシウムまたは酸化イットリウムで部分的にまたは完全に安定化されたもの、炭化ケイ素、窒化ケイ素(アルミナおよび酸化イットリウムなどの通常の焼結助剤を含むもの)、キンセイ石、ムライト、カオリン、か焼カオリン、酸活性化漂白土、粘土およびモンモリロナイト含有粘土、2八面体スメクタイト(酸活性化によって得られるものを含む)、炭化タングステン、炭化チタン、炭化タンタル、炭化バナジウム、窒化チタン、および窒化タンタルなどがある。より好ましくは、アルミナおよび/またはシリカが、焼結性無機粉末として供給される。より好ましくは、アルミナが焼結性無機粉末として供給される。アルミナに関して、どの相が供給されるかについての制約は、一般に存在しない。アルミナの考えうる変態は、例えばαアルミナ、γアルミナ、δアルミナ、ηアルミナ、θアルミナ、κアルミナおよびそれらのうちの2つ以上の混合物である。とりわけ好ましいのはαアルミナである。
したがって本発明は、工程a)において、アルミナおよび/またはシリカ、好ましくはアルミナ、より好ましくはαアルミナが、焼結性無機粉末として供給される、上に定義した方法に関する。より一層好ましくは、第1ゾーンで供給されるαアルミナが、0.01マイクロメートルから500マイクロメートルまでの範囲、より好ましくは0.5マイクロメートルから100マイクロメートルまでの範囲にあるd50値、および/または(好ましくは、および)0.1m/gから500m/gまでの範囲にある、DIN ISO 9277に従って決定される比表面積(BET)を有する。
本発明では、バインダーが第1ゾーンの下流にある第2ゾーンで供給されるという条件の下に、焼結性無機粉末の一部分だけを押出機の前記第1ゾーンで供給することも可能である。この場合は、焼結性無機粉末の総量の少なくとも50重量%、好ましくは50重量%を上回る量、より好ましくは少なくとも75重量%が、第1ゾーンで供給されることが好ましい。無機焼結性粉末のうち第1ゾーンで供給されない部分を第2ゾーンで供給することも考えられるが、この残りの部分は、工程d)が実行されるゾーンの上流にある少なくとも1つのゾーンでその残りの部分が加えられるという条件の下に、前記第2ゾーンの下流にある少なくとも1つのゾーンで供給されることが好ましい。
焼結性無機粉末を第1ゾーンで供給する際の温度は、好ましくは20℃から50℃までの範囲にあり、より好ましくは25℃から45℃までの範囲にあり、より好ましくは30℃から40℃までの範囲にある。
供給される焼結性無機粉末の量に特に制約はない。好ましくは、工程d)において加熱される混合物が混合物の総重量に対して50〜90重量%の無機粉末を含むような量で、焼結性無機粉末が供給される。
工程b
本発明の方法の工程b)では、バインダーを含む水溶液またはバインダーを含む水性懸濁液が、第1ゾーンの下流にある区分された押出機の第2ゾーンで供給される。本発明に関して使用する「第2ゾーン」という用語は、前記第2ゾーンが温度制御可能な押出機の2つ以上の別個のゾーン(各ゾーンは温度制御可能でありうる)からなる押出機レイアウトを排除するものではない。ただしこれらのゾーンは第1ゾーンの下流にあるものとする。好ましくは、前記第2ゾーンは、好ましくは押出機の1つの温度制御可能なゾーンである第1ゾーンの下流にある、押出機の1つの温度制御可能なゾーンである。
適切なバインダーには、例えば水溶性ポリマー、例えばポリビニルアルコール、デンプン、メチル化デンプン、アルギネート、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリエチレンイミン、ポリビニルアミン、ポリビニルホルムアミドまたはポリビニルピロリドンなどがある。もう一種類のバインダーは、スチレン/ブタジエンコポリマーまたはアクリレートに基づく水性ポリマー分散液を含む。無機バインダーとして水酸化アルミニウムを使用することも考えられるだろう。さらに、工程b)により、押出機の第2ゾーンで、2つ以上のバインダーの混合物を供給することも可能である。好ましくは水溶性ポリマーがバインダーとして供給され、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリエチレンイミン、ポリビニルアミン、ポリビニルホルムアミドおよびポリビニルピロリドンはより好ましい。より好ましくは、供給されるバインダーがポリビニルピロリドンを含むまたはポリビニルピロリドンからなる。
したがって本発明は、工程b)において、バインダーが、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリエチレンイミン、ポリビニルアミン、ポリビニルホルムアミド、ポリビニルピロリドン、およびそれらのうちの2つ以上の混合物からなる群より選択される、上に定義した方法に関する。
バインダーを含む水溶液またはバインダーを含む水性懸濁液を第2ゾーンで供給する際の温度は、一般的には、第1ゾーンの温度と本質的に同じであり、好ましくは第1ゾーンの温度より高い。好ましくは、バインダーを含む水溶液またはバインダーを含む水性懸濁液を第2ゾーンで供給する際の温度が、40℃から90℃までの範囲にあり、より好ましくは50℃から80℃までの範囲にあり、より好ましくは55℃から65℃までの範囲にある。
第2ゾーンで供給されるバインダーの量に関して特別な制約はないが、バインダーを含む水溶液またはバインダーを含む水性懸濁液は、工程d)で加熱される押出機中の混合物が前記混合物に含まれる焼結性無機粉末の量に対して2〜20重量%、好ましくは5〜15重量%のバインダーを含むような量で、供給されることが好ましい。
工程c)
本発明の方法の工程c)では、焼結性無機粉末と水溶液または水性懸濁液とを押出機中で混合することで、混合物を得る。工程c)による混合は、一般的には、押出機(特に押出機スクリュー)に装着された適切な混合手段によって達成される。好ましくは、前記混合は、バインダーが供給される押出機の少なくとも1つのゾーンにおいて、かつ/または前記ゾーンの下流にある少なくとも1つの押出機ゾーンにおいて行われる。
混合を行う際の温度は一般的には、第2ゾーンの温度と本質的に同じであるか、第2ゾーンの温度より高い。好ましくは、混合を行う際の温度が、40℃から90℃までの範囲にあり、より好ましくは60℃から90℃までの範囲にある。
可塑剤
本発明の方法では、押出機の少なくとも1つのゾーンで、少なくとも1つの可塑剤を供給することができる。最も好ましくは、少なくとも1つの可塑剤は、混合物が工程d)に従って最大200℃の温度に加熱されるゾーンの上流にある押出機ゾーンで供給される。より好ましくは、少なくとも1つの可塑剤は、混合物が工程c)に従って調製されるゾーンの上流にある押出機ゾーンで供給される。
したがって本発明は、工程d)に先立って、好ましくは工程c)に先立って、少なくとも1つの可塑剤が加えられる、上に定義した方法に関する。
適切な可塑剤には、例えばグラファイトもしくはグラファイトを含有する組成物、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレン−ブロックコポリマー、セルロースエーテルまたはセルロースエステル、特に水溶性であり、好ましくは500〜100000mPa・sの粘度範囲および/または10000〜220000g/molの数平均分子量を有するもの、ならびにそれらのうちの2つ以上の組み合わせなどがある。とりわけ好ましい可塑剤はグラファイトおよびセルロースエーテルである。一般に可塑剤は細孔形成剤として作用することが可能でありうる。これは、例えばグラファイトおよびセルロースエーテル、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレン−ブロックコポリマーに当てはまると考えられる。
したがって本発明は、工程d)に先立って、好ましくは工程c)に先立って、グラファイト、セルロースエーテル、およびそれらの混合物からなる群より選択される少なくとも1つの可塑剤が加えられる、上に定義した方法に関し、前記可塑剤は、より好ましくは、セルロースエーテルである。
供給される可塑剤の量に関して特別な制約はないが、工程d)において加熱される押出機中の混合物が、焼結性無機粉末に対して、0.5〜40重量%、好ましくは2〜40重量%、より好ましくは10〜40重量%、より好ましくは20〜40重量%の少なくとも1つの可塑剤を含むような量で、可塑剤を供給することが好ましい。グラファイトを可塑剤として供給する場合は、焼結性無機粉末に対して、20〜40重量%、より好ましくは25〜35重量%の量の可塑剤を供給することが好ましい。
少なくとも1つの可塑剤が供給される1つまたは複数のゾーンに関して特別な制約はないが、可塑剤は、バインダーを含む水溶液またはバインダーを含む水性懸濁液が供給されるゾーンとは異なるゾーンで供給されることが好ましい。特に、グラファイトを可塑剤として供給する場合は、それを、バインダーを含む水溶液またはバインダーを含む水性懸濁液が供給されるゾーンの下流にある少なくとも1つのゾーンで供給することが好ましい。
したがって本発明は、工程d)に先立って、好ましくは工程c)に先立って、少なくとも1つの可塑剤が加えられ、前記可塑剤が前記第2ゾーンの下流にあるゾーンで供給される、上に定義した方法に関し、この可塑剤は、好ましくは、グラファイト、セルロースエーテル、およびそれらの混合物からなる群より選択され、前記可塑剤は、より好ましくは、セルロースエーテルである。
可塑剤を供給する際の温度は、一般に、それを供給する1つまたは複数のゾーンに依存する。前記第2ゾーンの下流にあるゾーンで可塑剤を加える場合、温度は、好ましくは、前記第2ゾーンの温度より高い。好ましくは、前記第2ゾーンの下流にあるゾーンで可塑剤を供給する際の温度は、70℃から95℃までの範囲にあり、より好ましくは80℃から95℃までの範囲にあり、より好ましくは85℃から95℃までの範囲にある。
細孔形成剤
本発明の方法では、少なくとも1つの細孔形成剤を、押出機の少なくとも1つのゾーンで供給することができる。最も好ましくは、少なくとも1つの細孔形成剤は、混合物が工程d)に従って最大200℃の温度に加熱されるゾーンの上流にある押出機ゾーンで供給される。
したがって本発明は、工程d)に先立って、少なくとも1つの細孔形成剤および/または少なくとも1つの細孔形成剤前駆体が加えられる、上に定義した方法に関する。本発明に関して使用する「細孔形成剤前駆体」という用語は、押出機中の混合物に含有させた場合に、例えば化学反応によって、そこから細孔形成剤が得られる化合物を指す。
適切な細孔形成剤には、例えば、か焼によって除去することができる有機粒子または顆粒などがある。好ましい細孔形成剤は、グラファイト、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレン−ブロックコポリマー、セルロースエーテル、セルロースエステル、スチレンのポリマーおよびコポリマー、アクリル酸および/またはメタクリル酸ならびにそのエステルのポリマーまたはコポリマー、ならびにそれらのうちの2つ以上の組み合わせである。とりわけ好ましい細孔形成剤は、グラファイトおよびセルロースエーテルである。一般に、細孔形成剤は可塑剤として作用することが可能でありうる。これは、例えばグラファイトおよびセルロースエーテルに当てはまるだけでなく、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレン−ブロックコポリマーにも当てはまると考えられる。
したがって本発明は、工程d)に先立って、グラファイト、セルロースエーテル、およびそれらの混合物からなる群より選択される少なくとも1つの細孔形成剤が加えられる、上に定義した方法に関し、前記細孔形成剤は、より好ましくは、グラファイトである。
供給される細孔形成剤の量に関して特別な制約はないが、工程d)において加熱される押出機中の混合物が、焼結性無機粉末に対して、1〜50重量%、好ましくは2〜40重量%、より好ましくは3〜40重量%の少なくとも1つの細孔形成剤を含むような量で、細孔形成剤を供給することが好ましい。細孔形成剤としてグラファイトを供給する場合、焼結性無機粉末に対して、1〜40重量%、より好ましくは2〜35重量%の量の細孔形成剤を供給することが好ましい。
少なくとも1つの細孔形成剤を供給する1つまたは複数のゾーンに関して特別な制約はないが、バインダーを含む水溶液またはバインダーを含む水性懸濁液を供給するゾーンとは異なるゾーンで、細孔形成剤を供給することが好ましい。特に、細孔形成剤としてセルロースエーテルを供給する場合は、それを、バインダーを含む水溶液またはバインダーを含む水性懸濁液を供給するゾーンの上流にある少なくとも1つのゾーンで、より好ましくは焼結性無機粉末を供給する前記第1ゾーンで、供給することが好ましい。
したがって本発明は、工程d)に先立って少なくとも1つの細孔形成剤が加えられ、前記細孔形成剤が前記第2ゾーンの上流にあるゾーンで供給される、上に定義した方法に関し、前記細孔形成剤は、好ましくは、グラファイト、セルロースエーテル、およびそれらの混合物からなる群より選択され、より好ましくはグラファイトである。
細孔形成可塑剤を供給する際の温度は、一般に、それが供給される1つまたは複数のゾーンに依存する。細孔形成剤を前記第2ゾーンの上流にあるゾーンで加える場合、温度は好ましくは前記第2ゾーンの温度より低い。好ましくは、前記第2ゾーンの上流にあるゾーンで細孔形成剤を供給する際の温度は、無機粉末と細孔形成剤とがどちらも前記第1ゾーンで供給されるので、焼結性無機粉末を供給する際の温度と同一である。
界面活性化合物/発泡剤前駆体
本発明の方法では、少なくとも1つの界面活性化合物および/または少なくとも1つの発泡剤前駆体を、押出機の少なくとも1つのゾーンで供給することができる。好ましくは、少なくとも1つの界面活性化合物および/または少なくとも1つの発泡剤前駆体は、混合物が工程d)に従って最大200℃の温度に加熱されるゾーンの上流にある少なくとも1つのゾーンで供給される。より好ましくは、少なくとも1つの界面活性化合物および/または少なくとも1つの発泡剤前駆体は、工程c)に従って混合が行われるゾーンの上流にある少なくとも1つのゾーンで供給される。より一層好ましくは、少なくとも1つの界面活性化合物および/または少なくとも1つの発泡剤前駆体が、バインダーを含む水溶液またはバインダーを含む水性懸濁液が供給されるゾーンで供給される。一般に、少なくとも1つの界面活性化合物および/または少なくとも1つの発泡剤前駆体は、別個の流れで供給するか、1つの複合流として供給することが可能である。好ましくは、少なくとも1つの界面活性化合物および/または少なくとも1つの発泡剤前駆体を、バインダーを含む水溶液またはバインダーを含む水性懸濁液に含ませて供給する。
したがって本発明は、工程d)に先立って、好ましくは工程c)に先立って、より好ましくは工程b)において、少なくとも1つの界面活性化合物および/または少なくとも1つの発泡剤前駆体が、好ましくは工程b)で供給される水溶液を介して加えられる、上に定義した方法に関する。
適切な界面活性化合物には、例えばアニオン性、カチオン性またはノニオン性界面活性剤などがある。好ましくは、界面活性化合物はノニオン性である。より好ましくは、界面活性化合物は、7から19までの範囲にあるHLB(親水親油バランス)値を有する。本発明に関して使用する「HLB値」という用語は、HLB=20×(1−M/M)[式中、Mは所与の界面活性分子の親油性部分の分子質量であり、Mは分子全体の分子質量である]と定義されると理解されるものとする。より好ましくは、界面活性化合物は、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレン−ブロックコポリマー、アルコキシル化糖類、アルコール、アルコキシル化アルコール、例えばエトキシル化アルコール、およびそれらのうちの2つ以上の混合物からなる群より選択される。より好ましくは、界面活性化合物が、エトキシル化脂肪アルコール、オキソアルコール、ゲルベアルコール、すなわち式HC(CHCHRCHOH[式中、Rはn−1個の炭素原子を有する直鎖アルキル基であり、nは5〜11の数である]の高分岐脂肪族アルコール、およびそれらのうちの2つ以上の混合物からなる群より選択される。エトキシル化度は、好ましくは、1から80までの範囲にある。したがって本発明は、工程d)に先立って、好ましくは工程c)に先立って、より好ましくは工程b)において、少なくとも1つの界面活性化合物および/または少なくとも1つの発泡剤前駆体が、好ましくは工程b)で供給される水溶液を介して加えられ、少なくとも1つの界面活性化合物が、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレン−ブロックコポリマー、アルコキシル化糖類、アルコール、アルコキシル化アルコール、およびそれらのうちの2つ以上の混合物からなる群より選択され、好ましくはアルコキシル化アルコールからなる群より選択される、より好ましくはエトキシル化アルコールからなる群より選択される、上に定義した方法に関する。
適切な発泡剤前駆体には、例えば水、炭酸アンモニウム、カルバミン酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム、またはそれらのうちの2つ以上の混合物、例えば水と炭酸アンモニウムの混合物、水とカルバミン酸アンモニウムの混合物、または水と炭酸水素アンモニウムの混合物などがある。最も好ましくは、水または水と炭酸アンモニウムの混合物が、発泡剤前駆体として供給され、水はとりわけ好ましい。
本発明では、発泡剤前駆体を無機粉末と前もって混合し、その結果生じる混合物を第1ゾーンに加えることもできる。また、発泡剤前駆体を、前もって混合することなく、無機粉末と一緒に加えることも可能である。
したがって本発明は、工程d)に先立って、好ましくは工程c)に先立って、より好ましくは工程b)において、少なくとも1つの界面活性化合物および/または少なくとも1つの発泡剤前駆体が、好ましくは工程b)で供給される水溶液を介して加えられ、少なくとも1つの発泡剤前駆体が水または水と炭酸アンモニウムの混合物、好ましくは水である、上に定義した方法に関する。
したがって本発明は、工程d)に先立って、好ましくは工程c)に先立って、より好ましくは工程b)において、少なくとも1つの界面活性化合物および/または少なくとも1つの発泡剤前駆体が、好ましくは工程b)で供給される水溶液を介して加えられ、少なくとも1つの発泡剤前駆体が水または水と炭酸アンモニウムの混合物、好ましくは水であり、少なくとも1つの界面活性化合物がポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレン−ブロックコポリマー、アルコキシル化糖類、アルコール、アルコキシル化アルコール、およびそれらのうちの2つ以上の混合物からなる群より選択され、好ましくはアルコキシル化アルコールからなる群より選択され、より好ましくはエトキシル化アルコールからなる群より選択される、上に定義した方法に関する。
供給される界面活性化合物の量に関して特別な制約はないが、工程d)において加熱される押出機中の混合物が、焼結性無機粉末に対して、0.5〜10重量%、好ましくは1〜9重量%、より好ましくは2〜8重量%の少なくとも1つの界面活性化合物を含むような量で、界面活性化合物を供給することが好ましい。
供給される発泡剤前駆体の量に関して特別な制約はないが、工程d)において加熱される押出機中の混合物が、焼結性無機粉末に対して、20〜90重量%、好ましくは30〜85重量%、より好ましくは40〜80重量%の少なくとも1つの発泡剤前駆体を含むような量で、発泡剤前駆体を供給することが好ましい。
少なくとも1つの界面活性化合物および/または少なくとも1つの発泡剤前駆体を供給する1つまたは複数のゾーンに関して特別な制約はないが、バインダーを含む水溶液またはバインダーを含む水性懸濁液が供給されるゾーンで供給することが、とりわけ好ましい。
第2ゾーンではバインダーを含む水溶液またはバインダーを含む水性懸濁液が供給されるので、前記溶液および/または前記懸濁液に含まれる水は、発泡剤前駆体とみなすべきである。供給される前記溶液または前記懸濁液の量に応じて、上に定義した発泡剤前駆体が好ましい量になるように、さらなる水を加える必要があるかもしれない。
工程d)
工程d)では、区分された押出機において、混合物を、本質的に定容積で、最大200℃の温度まで加熱することにより、圧力を増加させると共に、混合物に含まれる水を少なくとも部分的に蒸発させることで、加圧混合物を得る。
本発明の好ましい実施形態では、工程d)による混合物の前記加熱が、2〜6つ、より好ましくは3〜5つ、より好ましくは3つまたは4つ、より好ましくは3つの押出機ゾーンで行われる。この場合、工程d)の最初の押出機ゾーンの温度は、少なくとも85℃、好ましくは85℃から110℃までの範囲にあり、より好ましくは90℃から105℃までの範囲にあり、より好ましくは95℃から105℃までの範囲にある。一般に、工程d)の最初の押出機ゾーンにおける温度は、工程d)の最初のゾーンの上流にあるゾーンの温度に等しいか、またはそれより高い(好ましくは高い)。工程d)の最後の押出機ゾーン(これは、好ましくは、押出機プレート(ダイプレート)に直接接する押出機ゾーンである)の温度は、一般に、工程d)の最初の押出機ゾーンにおける温度と等しいか、またはそれより高く(好ましくは高く)、好ましくは105℃から150℃まで、より好ましくは105℃から140℃まで、より好ましくは105℃から130℃までの範囲にある。
温度プロファイル
工程d)の押出機ゾーンの上流では、好ましくは2〜5つの押出機ゾーン、より好ましくは3〜4つの押出機ゾーンを使って、工程a)〜c)が行われる。したがって本発明の方法は、好ましくは、4〜11、好ましくは4〜10、より好ましくは6〜8つ、例えば6つ、7つ、または9つの押出機ゾーンを有する温度制御可能な押出機において行われる。好ましくは、工程a)の最初のゾーンから始まり、工程d)の最後のゾーンで終わる、前記ゾーンに沿った温度プロファイルは、20℃から150℃まで、より好ましくは25℃から140℃まで、より好ましくは30℃から130℃までの範囲内にある。
工程e)
本発明の工程s)では、工程d)から得られる加圧混合物を、加圧混合物より圧が低い容積に膨張させることで、非流動性中間体を得る。さらに本発明では、ダイプレートが装着されている少なくとも1つのノズルに加圧混合物をダイヘッド越しに通すことによって、ダイヘッドの上流側にある押出機の最後のゾーンにおいて得られる加圧混合物を膨張させ、そのノズルから中間体、すなわち押出体を得る。
驚いたことに、ダイプレートのデッドボリュームを最小限に抑えると、加工結果の改良につながることがわかった。したがって本発明は、温度制御可能な区分された押出機のダイヘッドのデッドボリュームが、40ml未満、好ましくは35ml未満、より好ましくは30ml未満である、上に定義した方法に関する。より好ましくは、ダイヘッドのデッドボリュームが最大25ml、より好ましくは最大15ml、より好ましくは5mlから15mlまでの範囲にある。
吐出側面に鋭い縁を有するノズルを使うことで、さらに好ましい結果が得られた。一定の例では、前記鋭い縁および/または(好ましくは、および)外側ノズル表面を、押出プロセスに先立って研磨すれば、結果をさらに改良することができた。したがって本発明は、温度制御可能な区分された押出機のダイヘッドに吐出側面を有するノズルが装着され、そのノズルが、吐出側面において、最大1mm、好ましくは最大0.5mm、最も好ましくは最大0.25mmの壁幅を有する、上に定義したプロセスにも関係する。
以下に、好ましい本発明の押出機を説明する。
好ましい押出機
さらに本発明は温度制御可能な押出機に関する。温度制御可能な押出機は本発明の方法を行うのに適している。
温度制御可能な押出機の実施形態E1では、押出機が、ダイヘッド、少なくとも1つの押出機スクリュー、内部を少なくとも1つの押出機スクリューが延びているバレル、および第1ゾーンと第1ゾーンの下流に設けられた第2ゾーンとを含む少なくとも2つのゾーンを含む、温度制御可能な区分された押出機であり、この押出機はさらに無機粉末入口ポートと、無機粉末入口ポートの下流に位置するバインダー入口ポートとを含み、押出機スクリューの端部との間にデッドボリュームが設けられ、そのデッドボリュームとバレルの内半径の比は最大2000mmであり、ダイヘッドはさらに、デッドボリュームから延びる少なくとも1つのノズル供給流路と、ノズル供給流路に直接接続された内部ノズル流路を伴う少なくとも1つのノズルとを含み、少なくとも1つのノズルの内部ノズル流路は角度付きの末端(angled ending)を伴う内部流路を有する。
E1に記載の本発明押出機の実施形態E2では、ダイヘッドが、少なくとも1つの凹みを有する押出機プレートを含み、その凹みの中に押出機スクリューの端部が少なくとも部分的に延びている。
E1またはE2に記載の本発明押出機の実施形態E3では、ノズルの吐出側面において、ノズルが最大1mm±10%、好ましくは最大0.5mm±10%、最も好ましくは最大0.25mm±10%の壁幅を備えている。ある特定実施形態では、壁幅が0.2mm±10%である。
E1、E2またはE3に記載の本発明押出機の実施形態E4では、押出機スクリューとノズルの間の距離が20mm±10%未満、好ましくは15mm±10%未満、より好ましくは12mm±10%未満、より好ましくは10mm±10%未満である。ある特定実施形態では、この距離が6mm±10%である。この距離は、スクリューとノズルのネジとの間の距離を指す。
E1、E2、E3またはE4に記載の本発明押出機の実施形態E5では、ノズル供給流路に直接接続された内部ノズル流路が全体として最大60mm、好ましくは最大50mm、より好ましくは最大40mmの全流路長を有する。とりわけ好ましい流路長は、20mmから40mmまで、より好ましくは30mm〜40mmまでの範囲にある。
実施形態E1〜E5のいずれかに記載の本発明押出機の実施形態E6では、少なくとも1つのノズルが、吐出側面に平滑化された前面を有し、かつ/または吐出側面に平滑化された外周面を有する。
実施形態E1〜E6のいずれかに記載の本発明押出機の実施形態E7では、ダイヘッドがさらに冷却流路(特にダイヘッド内の内室と接続しているもの)を含む。
実施形態E1〜E7のいずれかに記載の本発明押出機の実施形態E8では、押出機が二軸スクリュー押出機であり、どちらもバレル内に位置する2本のスクリューを並列に含む。
実施形態E1〜E8のそれぞれは、図面を参照して描写し説明する実施形態の基礎を形成することができる。
本明細書に記載の実施形態に関して、特に実施形態E1に関して、本発明押出機は、次に挙げる特徴の少なくとも1つを備えることができる。押出機のゾーン、特に第1ゾーンおよび第2ゾーンは、それぞれ押出機の長手方向に沿って、ダイヘッドに向かう方向に延びる。押出機のゾーン、特に第1ゾーンおよび第2ゾーンは、個別に温度制御可能である。ゾーンはそれぞれが温度制御され、予め定められた温度に維持されるようになっている。ゾーンは異なる温度を維持するために個別に制御されるようになっている。好ましくは各ゾーンの温度は一定である。温度制御は加熱および/または冷却によってもたらすことができる。特に、熱伝達媒体をゾーン内の流路および/または空洞内に供給することができる。各ゾーン用に個別に温度伝達媒体および/または電熱器のための流路および/または空洞を設けて温度制御可能なゾーンを実現する。温度伝達媒体および/または電熱器のための流路はバレルと直接接触しているか、またはバレル内に設けられる。少なくとも1つのゾーンまたは全てのゾーンに、温度制御のための電熱器要素を装着することができる。温度制御ゾーンに関して上述した温度制御装置をダイヘッドに設けると有利である。特にダイヘッドには、熱伝達媒体、特に水のような流体または液体のための流路および/または空洞を設けることができる。押出機の各ゾーンでは、バレルがそのゾーンに関する設定値温度に制御されるようなっていて、温度はバレルのゾーンごとに実質的に一定であることが有利である。
無機粉末入口ポートは、好ましくは、第1ゾーンに設けられる。バインダー入口ポートは、好ましくは、第2ゾーンに設けられる。随意の可塑剤入口ポートは、ダイヘッドに向かう押出機の長手方向に、無機粉末入口ポートの上流もしくは下流、または無機粉末入口ポートと同じ位置に設けることができる。可塑剤入口ポートは、無機粉末入口ポートと同じゾーンに設けるか、またはバインダー入口ポートの上流に位置するもしくは無機粉末入口ポートを含む第1ゾーンとバインダー入口ポートを含む第2ゾーンとの間に位置するもう一つの押出機ゾーンに設けることができる。
各ノズルの内部ノズル流路はノズルの内面によって規定される。ノズルはさらに、内部ノズル流路が延びた先に吐出側面を含む。内部ノズル流路の角度付きの末端では、吐出側面が内面に接して鋭い周縁を形成している。鋭い縁は実質的にゼロの曲率半径に相当し、半径は内部流路の長手方向軸を含む平面に設けられる。内部ノズル流路および内面は好ましくは円柱状である。鋭い縁は閉じた線、好ましくは円をたどる。
好ましくは、無機粉末入口ポートおよび特に随意の可塑剤入口ポートは、流動性固形粉末物質を受けるのに適合している。第1ゾーンの粉末入口ポートは、無機粉末、特に本発明の方法に使用されるかつ/または本明細書に記載する無機粉末を受けるのに適合している。無機粉末入口ポートは無機粉末を押出機のバレル中に輸送するために使用することができる。無機粉末入口ポートは、第2ゾーンのバインダー入口ポートからは、押出機の長手方向軸に沿って離れている。随意の可塑剤入口ポートは、本明細書に記載の可塑剤、例えばセルロースエーテルを受けるのに適合している。特に、随意の可塑剤入口ポートは、液体中に溶解または調剤されたものを、特に水溶液の形態で、受けるのに適合している。あるいは、随意の可塑剤入口ポートは、流動性固体の形態、特に粉末の形態にある、流動剤、特にレオロジー改質剤、例えばセルロースエーテルを受けるのに適合している。
バインダー入口ポートは、バインダー、特に本発明の方法に使用されるかつ/または本明細書に記載するバインダーを受けるのに適合している。特に、バインダーは液体の形態、例えば水溶液の形態にある。したがってバインダー入口ポートは、液体、特にバインダーの水溶液を受けるのに適合している。バインダー入口ポートは、バインダーを含む液体を押出機のバレル中に輸送するために使用することができる。バインダー入口ポートは、無機粉末入口ポートから、特に随意の可塑剤入口ポートから離れている。特に、バインダー入口ポートは、無機粉末入口ポートおよび場合によっては随意の可塑剤入口ポートが位置するゾーンから、押出機の長手方向軸に沿って、ある距離だけ離れている。バインダー入口ポートは、押出機のバレルへのバインダー剤の輸送に使用することができる。
本明細書に記載する実施形態に関して、特に実施形態E2に関して、本発明押出機は、次に挙げる特徴の少なくとも1つを備えることができる。
本発明押出機のデッドボリュームは凹み内に位置する。さらに、ノズル供給流路は、凹みから、特に凹みの頂端から、ノズルに向かって延びる。供給流路および/または内部ノズル流路は、押出機スクリューの長手方向軸に沿って延びる。ノズル供給流路は、凹みを通って延びるノズルスロットにより、特に凹みの頂端に設けられる。ノズルはノズルスロット内に、好ましくはネジ接続部によって取り付けられる。凹みは、好ましくは、凸状であり、好ましくは円錐体の形状、特に先端を丸めた円錐体の形状である。凹みの中に延びる押出機スクリューの端部は、凹みの広がりに実質的に一致する包絡面を有する。デッドボリュームは、押出機スクリューの頂端領域と、凹みの対応する頂端領域との間に設けると有利である。
デッドボリュームとバレルの内半径との比は、最大2000mm、好ましくは最大1600mm、より好ましくは最大1200mm、より好ましくは最大1000mmである。特定の実施形態では、バレルの内半径に対するデッドボリュームの比が、400mmから1200mmまで、より好ましくは400mmから1200mmまでの範囲にある。例示的一実施形態では、この比が、10〜25mmのバレルの内半径、特に12.5mm±10%のバレルの内半径に関係する。さらに例えば、デッドボリュームは、好ましくは最大25000mm(25mlに相当)、より好ましくは最大15000mm(15mlに相当)、より好ましくは5000〜15000mm(5〜15mlに相当)である。もう一つの例ではデッドボリュームが、好ましくは、最大12500mm(12.5mlに相当)である。一例としてデッドボリュームは、12ml±10%に相当する12000mm±10%である。
代替例では、デッドボリュームが110cmから150cmまでの範囲にあり、すなわち最大150cmかつ少なくとも110cmであり、バレルの内半径が20mm±10%である押出機が使用される。特に比は、少なくとも10000mmまたは少なくとも7000mmまたは少なくとも6000mmであることができる。一具体例では比が最大約5500mmである。
このようにデッドボリュームが、特にノズルの断面積と比較して、小さいかごく僅かであると、混合物は均一性が高くなる。特に、押出機スクリューの混合効果が低下しているかごく僅かである場合、押出機スクリューとノズルとの間のデッドボリュームが小さいか、またはごく僅かなことにより、ノズルへの進入に先立つ混合物の偏折効果が避けられる。
本明細書に記載の実施形態に関して、特に実施形態E3に関して、本発明押出機は次に挙げる特徴の少なくとも1つを備えることができる。
ノズルの吐出側面における壁幅は、混合物が減圧されるノズルの正面におけるノズルの壁幅に対応する。壁幅を低減するとノズル閉塞の危険は著しく低減することが見出された。ノズルの吐出側面には、出口開口が、特にノズルの正面に設けられる。
本明細書に記載の実施形態に関して、特に実施形態E4に関して、本発明押出機は次に挙げる特徴の少なくとも1つを備えることができる。
押出機スクリューとノズルの間の距離は、押出機スクリューの正面の頂端と、押出機スクリューのこの頂端に最も近いノズルの点との間の距離である。この距離は小さく、好ましくは20mm未満である。押出機スクリューとノズルの間の距離が小さいと、デッドボリュームが著しく小さくなり、ノズルへの進入に先立つ混合物の偏折効果が低減する。
本明細書に記載の実施形態に関して、特に実施形態E5に関して、本発明押出機は次に挙げる特徴の少なくとも1つを備えることができる。
ノズル供給流路に直接接続された内部ノズル流路は、全体として、デッドボリュームから、特に凹みから、ノズルの吐出側面まで延びる。ノズルの吐出側面は、ノズル供給流路とは反対側のノズルの端部に位置する。ノズル供給流路とは反対側にあるノズルの端部は標準圧力である環境へと延びている。さらに、ノズルの吐出側面は、この環境に直接隣接している。押出機によって提供される混合物は、ノズル供給流路の反対側にあるノズルの端部を出た時に、ノズルの吐出側面で延びる。
本明細書に記載の実施形態に関して、特に実施形態E6に関して、本発明押出機は次に挙げる特徴の少なくとも1つを備えることができる。
平滑化された前面および/または平滑化された外面は、研磨された表面であるか、または粘着防止コーティングが施された表面である。ノズルの外周面はノズルの長手方向軸に沿ってダイヘッドから離れる方向にテーパーが付けられている。特にノズルは中空切頭円錐体の形状にあって、その切頭平面が前面を形成している。ノズル、そして特に内部ノズル流路は、押出機スクリューの長手方向軸(すなわち回転軸)と同一の長手方向軸を有する。
本明細書に記載の実施形態に関して、特に実施形態E7に関して、本発明押出機は次に挙げる特徴の少なくとも1つを備えることができる。
内室は、ダイヘッドのうち、ノズルが延びていく区画を取り囲んでいる。特に内室はノズル供給流路および/または冷却ヘッド内の内部ノズル流路の区画を囲んでいる。内室は冷却流路に流体接続している。特に冷却流路は供給流路および放出流路を含み、内質はその間に位置する。冷却流路は熱伝達媒体、特に冷却材で満たされているか、または熱伝達媒体、特に冷却材で満たされるようになっている。温度制御媒体を能動的に循環させるために、ポンプを設けることができる。さらに、押出機から熱伝達媒体によって伝達された熱を取り除くためにヒートシンクを設けることができる。
本明細書に記載の実施形態に関して、特に実施形態E8に関して、本発明押出機は次に挙げる特徴の少なくとも1つを備えることができる。
本発明押出機の2本の押出機スクリューは同じサイズであり、押出機の長手方向軸に関して同じ位置にある。スクリューごとに、本明細書に記載するとおりに、デッドボリュームが設けられる。好ましくは、スクリューごとに、本明細書に記載する凹みがダイヘッド内に設けられ、その凹みの中に押出機スクリューの端部が少なくとも部分的に延びている。デッドボリュームごとに、本明細書に記載のノズルがダイヘッドに設けられる。凹みの容積はそれぞれ本明細書に記載するとおりに設けられる。さらに、押出機スクリューごとに、本明細書に記載するノズル供給流路が、ダイヘッド内に設けられる。
ある代替実施形態では、押出機中の全ての押出機スクリューに対して、1つのデッドボリュームがダイヘッドに設けられる。この実施形態では、デッドボリュームがダイヘッドの中心に位置する。デッドボリュームに接続された1つ以上のノズル供給流路がダイヘッドに設けられる。ノズル供給流路ごとに、本明細書に記載のノズルが設けられる。
さらにダイヘッドが、押出機内の押出機スクリュー(1つ、2つまたはそれ以上)ごとに2つ以上のノズルを含むこともできる。ノズルごとに、ノズル供給流路がダイヘッド内に設けられる。関係する押出機スクリューの端部に相対して、2つ以上のノズルを配置することができる。
特にダイヘッドは複数のノズルを含むことができる。少なくとも2つのノズル、ノズルのサブグループまたはノズルの全てが、同じデッドボリュームと流体接続していてよい。1つ以上のデッドボリュームを設けて、それらのデッドボリュームのうちの少なくとも1つまたは全てのデッドボリュームを、上述のように、2つ以上のノズルまたはノズルのサブクループと流体接続させることができる。ノズルのサブグループおよび複数のノズルとは、少なくとも2つのノズルをいう。流体接続は、上述の供給流路によってもたらすことができる。
図面の詳細な説明
図1は、DIN66133に従って水銀圧入ポロシメトリーで決定された、細孔径の関数としての、焼結試料、すなわち実施例1の無機体の差分圧入量を示す。x軸には、細孔径がマイクロメートルの単位で示されている。y軸には差分圧入量が示されている(対数目盛)。
図2は、DIN66133に従って水銀圧入ポロシメトリーで決定された、細孔径の関数としての、焼結試料、すなわち実施例2の無機体の差分圧入量を示す。x軸には、細孔径がマイクロメートルの単位で示されている。y軸には差分圧入量が示されている(対数目盛)。
図3は、DIN66133に従って水銀圧入ポロシメトリーで決定された、細孔径の関数としての、焼結試料、すなわち実施例3の無機体の差分圧入量を示す。x軸には、細孔径がマイクロメートルの単位で示されている。y軸には差分圧入量が示されている(対数目盛)。
図4は、DIN66133に従って水銀圧入ポロシメトリーで決定された、細孔径の関数としての、焼結試料、すなわち実施例4の無機体の差分圧入量を示す。x軸には、細孔径がマイクロメートルの単位で示されている。y軸には差分圧入量が示されている(対数目盛)。
図5は、DIN66133に従って水銀圧入ポロシメトリーで決定された、細孔径の関数としての、焼結試料、すなわち実施例5の無機体の差分圧入量を示す。x軸には、細孔径がマイクロメートルの単位で示されている。y軸には差分圧入量が示されている(対数目盛)。
図6は、本発明押出機10の一実施形態を連続線で、また補助構成要素を破線で、模式的に図解している。押出機10は個別の温度制御ゾーン20〜28に分かれている。各ゾーンは、押出機10のバレル30を円周的に囲む個別の電熱器(図示されていない)を含む。ゾーン20〜28は、押出機10の長手方向軸に沿って、押出機10のダイヘッド40に向かう方向に配列されている。好ましくは、これらのゾーンは、ダイヘッド40に向かって温度を増加させるのに適合していて、そのように制御される。押出機10はさらに、押出機中に無機粉末60を投入するために、バレル30の内側へのアクセスを可能にする無機粉末入口ポート50を含む。押出機10はさらに、押出機の長手方向軸に沿って見た時に無機粉末入口ポート50とほぼ同じ場所に位置する随意の可塑剤入口ポート52を含む。随意の可塑剤入口ポート52は、押出機の内側に発泡剤62を投入するのに適合している。随意の可塑剤入口ポート52と無機粉末入口ポート50は同じゾーン20に位置する。押出機はさらにバインダー入口ポート54を含む。バインダー入口ポート54は、バレル30の内側にバインダーを含む溶液64を送出するのに適合している。バインダー入口ポート54は、押出機10の長手方向軸に沿ってダイヘッド40に向かう方向に見て、随意の可塑剤入口ポート52および無機粉末入口ポート50の下流に位置する。この方向は押出機の搬送方向と一致する。随意の添加剤66、68を押出機中に投入するのに適合したさらなるポート56および58が与えられる。ポート50〜58はバレル30の壁を貫通している。図示されていない一変更実施形態は随意の可塑剤入口ポートを含まない。特に、押出機に投入される液体の沸点より高い温度に適合したゾーンでは、図6に示す実施形態のポートが、バレル30の内側から押出機10の周囲への圧力補償を阻止するようになっている。好ましくは、この沸点(例えば溶媒または分散媒としての水の場合は100℃)を上回るバレル30の区画は、バレル30の壁内に貫通孔またはポートを持たない連続円柱体である。バレル30の内側には押出機スクリュー70が設けられる。押出機スクリューは、別々の長手方向区画に細分することができる。別々の区画は異なるリードを有しうる(図示されていない)。押出機スクリュー70は押出機10内にある混合物の搬送と混合物の均一化に適合している。押出機スクリュー70は電気駆動装置80によって駆動される。電動機および関連制御装置を含む電気駆動装置80は、押出機10を稼働させるための補助構成要素であり、押出機スクリュー70に機械的に接続される。電動機80が接続されている押出機スクリュー70の端部の反対側には、ダイヘッド40がある。ダイヘッド40は、ダイヘッド40の押出機プレート44に取り付けられたノズル42を含む。押出機プレートは、押出機プレート44内のノズル供給流路48と、ノズル内の内部ノズル流路46とを含み、ノズル供給流路48および内部ノズル流路46は接続されている。ノズル42は、押出機プレート44とは反対側にある内部ノズル流路46の端部と共に鋭い円周縁を形成する吐出側面49を含む。図7ではダイヘッドがより詳細に図示されている。補助構成要素としての電気駆動装置80の他に、無機粉末60を含有するようになっている容器82(図示していない)を、無機粉末60を送達するために設けることができる。さらに、押出機10によって与えられる多孔性無機体を受けるために、搬送ベルト84がダイヘッド40の下流に設けられる。搬送ベルト84には少なくとも1つの温度制御室86が装備される。搬送ベルト84は、押出機10によって与えられた多孔性無機体を、搬送ベルト84による輸送の方向88に沿って、搬送する。
図7は、本発明押出機のダイヘッド、特に図6に図示するダイヘッドを示している。類似する構成要素には、図6の参照符号の頭に「1」を加えた点を除いて、同じ参照符号が与えられている。ダイヘッド140に隣接してバレル130の端部区画が設けられている。ダイヘッド140は、凹み140aと、ダイヘッド140の押出機プレート144にネジ接続部146aで取り付けられたノズル142とを含んでいる。ノズル142は内部ノズル流路146を含む。内部ノズル流路146は押出機プレート内のノズル供給流路148に直接接続されている。凹み140aは頂端を含み、そこをダイヘッド140の長手方向軸Lが通ると共に、頂端にはノズル供給流路148が隣接している。ノズル供給流路148は内部ノズル流路146に直接接続されている。ノズル供給流路148は内部ノズル流路146に続いている。ノズル142は、押出機プレート144内のノズル供給流路148を介して、凹み140aと直接流体接続している。ノズル供給流路148は、内部ノズル流路146と凹み140aの間の中間接続部になる。図示されていない代替実施形態では、内部ノズル流路が押出機プレートを貫通して凹みに至る。この場合は、ノズルと凹みの間の中間接続部を伴わずに、内部ノズル流路および特にノズルそのものが凹みと直接接続することになる。図7に示すノズルは、そのノズル142がそこから突き出している押出機プレート144とは反対側にあるノズル142の吐出側面に、外周面142aおよび前面142bを含む。前面142bは幅が約0.2mmの環の形態にある。環の幅は前面142bにおけるノズルの壁幅と一致する。ノズル142の内径、すなわち内部ノズル流路146の直径は、好ましくは、2mm〜8mm、特に約2mm、約4mm、約6mmまたは約8mm、許容差は±10%である。図7に示す実施形態と類似する一実施形態では、中央スパイク(ノズルの長手方向軸に沿って延びるもの)をノズルの内側に設けて、中空円柱体の形状を有する内部ノズル流路を得る。ある特定実施形態では、内部ノズル流路、ノズル供給流路および凹みが、押出機の長手方向軸Lと一致する中心軸を有するか、それと平行である。内部ノズル流路、ノズル供給流路および凹みは、長手方向軸Lに対して放射対称性である。さらに内部ノズル流路およびノズル供給流路は同じ長手方向軸上に配置することができる。もう一つの実施形態では、内部ノズル流路の軸および/またはノズル供給流路の軸が凹みの軸に平行であり、半径方向偏位が>0である。加えて、内部ノズル流路の軸とノズル供給流路の軸は、>0の偏位で、半径方向に偏位している。ノズル供給流路および/または内部ノズル流路は、押出機の押出機スクリューの長手方向軸に平行な直線に沿って、または前記長手方向軸に沿って、または前記長手方向軸に対して傾斜した直線に沿って延びることができる。さらに、ノズル供給流路および/または内部ノズル流路は屈曲した線に沿って延びることもできる。ノズル供給流路は内部ノズル流路に流体接続している。押出機はさらに、少なくとも1つの、好ましくは2つの、押出機スクリュー170(図7にはその一つを示している)をバレル130内に含み、図7には、その各々の端部が示されている。押出機スクリュー170は、平坦な頂端または丸い頂端172を有する。テーパーが付いた押出機スクリュー170の端部は、ダイヘッド140の押出機プレート144内の凹み140a内に延びている。デッドスペース149が、押出機スクリュー170、特にその頂端172と、凹みを形成している押出機プレート144の区画との間に設けられる。図6に示す押出機スクリュー170の頂端172と、凹みの頂端とは、どちらも、押出機スクリュー170の長手方向軸上にある。好ましくは、これが、図7に図示していないスクリューおよび凹みを含めて、全ての押出機スクリューおよび対応する凹みの頂端に当てはまる。凹み140aの頂端は、押出機プレート144のうち、押出機プレートの幅が最も小さくなる箇所に位置する。ノズル供給流路148は、凹み140aの頂端から、ノズル142に向かって延びる。あるいは、内部ノズル流路が凹み140aおよびデッドスペース149に直接隣接する場合は、内部ノズル流路が凹みの頂端から延びる。ある特定実施形態では、混合物をデッドスペースに搬送するために、押出機スクリュー170が、凹み140a中に延びる雄ネジ(図示していない)を有する。押出機プレート144は、ダイヘッド140の外側から押出機プレート144内の空洞140bへと延びる冷却流路140aを含む。空洞140bは、12mlに相当する約12000mmのデッドボリューム149がある押出機プレート144の中央の区画を取り囲んでいる。流路144aは、熱伝達媒体を好ましくは連続的に供給し除去することでダイヘッドの温度制御を可能にするために、空洞140bへの流体接続をもたらすようになっている。デッドボリューム149は、凹み140aと共に、空洞140bおよび流路144aへの直接的な流体接続を有さない。押出機プレート(およびダイヘッド)をバレル130の端部面に取り付ける、ビスを含むフランジ接続部144cが設けられる。フランジ接続部144cの開口はいずれも、流路144aから、特に図7の投影平面に対して直角方向の距離で、離れている。
図8は本発明押出機のノズルの第1実施形態を示す。図8には、押出機プレート244に取り付けられたノズルが示されている。本発明押出機の押出機プレート244の一部だけが模式的に示されている。押出機プレート244は本発明押出機のダイヘッドの一部である。ノズルは、中空円柱の形態をした第1区画と、中空円錐体の形態をした第2区画とを含む。第1区画と第2区画はノズルの長手方向区画であり、互いに直接隣接している。第2区画は第1区画の下流に位置する。ノズルは雄ネジを含み、それが押出機プレート244の雌ネジに接続されて、両方のネジがネジ接続部246aを形成する。ノズルの雄ネジは、ノズルの吐出端部の反対側にあるノズルの端部に円周的に設けられる。押出機プレート244はノズル供給流路248を含む。ノズルの内表面は内部ノズル流路246を形成し、それは、ノズル供給流路248と直接接続している。したがって、押出機によって与えられる押出物は、ノズル供給流路248および内部ノズル流路246を通って、矢印249に沿って導かれる。図8に示すノズルはさらに、矢印249によって与えられる方向に沿って、すなわちノズルの伸長方向に沿って、ノズルの吐出端部に向かってテーパーが付けられた外周面242aを含む。前面242bは、ネジ接続部246aおよびノズルプレート244の反対側に位置するノズルの吐出端部に設けられる。ノズルの前面242bは厚さSの環の形態をしている。内部ノズル流路246は直径Dを有する。ノズルは、前面242bと、ノズルが突き出している押出機プレート244の正面との間に、長さLを有する。長さLは、ノズルがノズルプレートから突き出す寸法を表す。ノズルの一部、特にネジ接続部246aに取り囲まれた部分は、押出機プレート中に延びている。したがってLはノズルの全長ではなく、押出機プレートから突き出ている部分のノズルの長さである。ノズルの内部流路246は、直径Dの完全な円の形態にある断面を有する。内部ノズル流路246の内断面は、ノズルの全長にわたって一定の断面を有する。ノズルの前面242bによって形成される環の厚さは、壁幅Sとも呼ぶことができ、最大1mm、好ましくは最大0.5mm、より好ましくは最大0.25mmである。ある特定例では、Sが0.2mmである。図8に示す例では、前面242bおよび/または外周面242aが研磨されているか、または他の方法で平滑化された表面である。直径Dは好ましくは5mm未満であり、好ましくは4mm、最も好ましくは2mmである。Lは、好ましくは最大30mm、最大20mm、または最大10mmである。一例において、Lは約20mm、あるいは30mmである。図8に関して、寸法は±10%の許容差で記載されている。
図9に、本発明押出機のノズルのさらなる第2実施形態を示す。ノズルは、図8のネジ接続部246aと類似するネジ接続部によって、押出機の押出機プレート344に接続される。図8のノズルと同様に、図9のノズルは、中空円柱体の形態をした第1区画と、中空円錐体の形態をした第2区画とを含む。第1区画の下流にあって第1区画に直接隣接している第2区画は、ノズルの吐出端部に向かってテーパーが付けられた外周面342aを含む。ノズルの吐出側面には、厚さS(これをノズルの吐出側面における壁厚とも呼ぶ)の環の形態をしたノズルの前面が設けられる。図8の内部流路246とは対照的に、図9のノズルの内部流路は、中空円柱体の形態にあり、(完全な円の形態にある図8のノズルの内断面とは対照的に)環の形態にある内断面を有する。スパイク380は、ノズルの長手方向軸に沿って、同じ場所に延びることで、図9のノズルの内部流路346を中空円柱体に限定している。スパイク380はノズルの中心軸に位置する。矢印349’、349は、押出物がノズルを通って導かれる方向を示す。スパイク380はベース382に取り付けられ、そのベースはノズルに(特にノズルの第1区画に)挿入される。押出物がベース382を貫流できるように、ベースは、ノズルの軸方向に沿ってベースを貫通する開口を含む。特に、ベース382は(ノズルの第1区間において)ノズルの内表面中に完全にまたは部分的に挿入された環の形態にある。特に、ベースの外縁はノズルの本体中に挿入される。環はバーを有し、そこにスパイク380が取り付けられる。バーはベース382の環を直径方向に貫く。ベース382、すなわちバーを含む環は、スパイク380に対して垂直に広がっている。ノズルを通る押出物の流れを表す矢印349と349’を比較すればわかるように、ノズルプレート344内のノズル供給流路348によって与えられる流れは完全な円の形態をした断面を有し、ベース382の下流では、スパイク380が内部ノズル流路の中心にある円形断面を埋めるので、流れは環状の断面を有する。スパイク380はノズルの吐出側面から長さXだけ突出し、スパイクは、スパイクの長さ方向に一定である直径Yの円形断面を有する。ノズルの内表面、すなわち内部ノズル流路346の外面は外径Dを有する。内部ノズル流路346の内径はスパイク380の直径と一致し、Yである。ノズルはノズルプレート344中に部分的に(ネジ接続部346aの全長分だけ)挿入され、押出機プレートから長さLだけ突出する。したがって寸法D、SおよびLは、図8に示す対応する寸法に匹敵する。Lは、好ましくは、最大30mm、より好ましくは最大20mm、最も好ましくは最大10mmである。Dは、好ましくは、10mm未満、好ましくは最大8mmである。項D−Y(内部ノズル流路の換算開口径に対応)は好ましくは最大8mm、より好ましくは最大6mm、最も好ましくは最大5mmである。内部スパイク380を備える図9のノズルは、スパイク380およびベース382の混合特性により、均一性を増加させることができる。一例において、Lは約10mm±10%、Dは8mm±10%、Xは1.5mm±10%、Yは3mm±10%であり、項D−Yは5mm±10%である。これらの寸法の1つまたはサブコンビネーションだけを、本発明の実施形態に適用することもできる。ある変更実施形態では、スパイクがノズルの吐出端部から突出しないように、Xが0である点を除けば図9に示すとおりのノズルが設けられる。さらに、ノズルの吐出側面における前面および/または周面342aは、好ましくは、平滑化された表面、例えば研磨された表面である。押出機のノズル、特に図6〜9に示すノズルは研磨された金属要素として提供することができる。特にノズルはダイプレートにネジ接続部によって取り付けることができる。ネジ接続部は、ノズルとダイプレートとを密封的に接続するシーリング、例えばシーリングリングを備えることができる。あるいは、ノズルとダイプレートとが直接接続することで流体接続をもたらすネジ接続部を、シーリングなしで設けることもできる。
図8および図9は正確な縮尺で描かれているわけではない。特に、押出機プレートおよびネジ接続部は、模式的に描かれているに過ぎない。また、図8および図9に示す本発明ノズルの寸法については、参考例2に明記する。
以下に、本発明押出機の実施形態を記載し、その後に、中間体およびか焼グリーン体に関する方法工程を記載する。加えて、実施例1〜9および参考例1〜2を記載する。本発明は次に挙げる実施形態1〜10(実施形態2〜10における個別の後方参照から生じる実施形態の組み合わせを含む)にも関係する。
1.ダイヘッド、少なくとも1つの押出機スクリュー、内部を少なくとも1つの押出機スクリューが延びているバレル、および第1ゾーンと第1ゾーンの下流に設けられた第2ゾーンとを含む少なくとも2つのゾーンを含む、区分された温度制御可能な押出機であって、押出機はさらに無機粉末入口ポートと、無機粉末入口ポートの下流に位置するバインダー入口ポートとを含み、押出機スクリューの端部との間にデッドボリュームが設けられ、デッドボリュームとバレルの内半径の比は最大2000mmであり、ダイヘッドがさらに、デッドボリュームから延びる少なくとも1つのノズル供給流路と、ノズル供給流路に直接接続された内部ノズル流路を伴う少なくとも1つのノズルとを含み、少なくとも1つのノズルの内部ノズル流路は角度付きの末端を伴う内部流路を有する、押出機。
2.ダイヘッドが、少なくとも1つの凹みを有する押出機プレートを含み、その凹みの中に押出機スクリューの端部が少なくとも部分的に延びている、実施形態1に記載の押出機。
3.ノズルの吐出側面において、ノズルが最大1mm、好ましくは最大0.5mm、より好ましくは最大0.25mmの壁幅を備えている、実施例1または2に記載の押出機。
4.押出機スクリューとノズルの間の距離が最大20mm±10%、好ましくは最大15mm±10%、より好ましくは最大12mm±10%、より好ましくは最大10mm±10%である、実施形態1〜3のいずれか一つに記載の押出機。
5.ノズル供給流路に直接接続された内部ノズル流路が全体として最大60mm、好ましくは最大50mm、より好ましくは最大40mmの全流路長を有する、実施形態1〜4のいずれか一つに記載の押出機。
6.少なくとも1つのノズルが、吐出側面に平滑化された前面を有し、かつ/または吐出側面に平滑化された外周面を有する、実施形態1〜5のいずれか一つに記載の押出機。
7.ダイヘッドがさらに冷却流路(特にダイヘッド内の内室と接続しているもの)を含む、実施形態1〜6のいずれか一つに記載の押出機。
8.押出機が平行な2本の押出機スクリューを含んでいて、どちらのスクリューもバレル内に位置する二軸スクリュー押出機を形成している、実施形態1〜7のいずれか一つに記載の押出機。
9.無機体を調製するための、好ましくは上に定義した無機体を調製するための、実施形態1〜8のいずれか一つに記載の押出機の使用。
10.実施形態1〜8のいずれか一つに記載の押出機を使用する、無機体を調製するための、好ましくは上に定義した無機体を製造るための方法。
工程f)
本方法の随意の工程f)では、工程e)で得られた中間体が100℃〜120℃の温度に付されて、残存している水が中間体から除去される。100℃〜120℃の温度に付す作業は、あらゆる適切な雰囲気中で行うことができ、空気、希薄空気(lean air)または工業用窒素が好ましく、空気はより好ましい。工程f)により、グリーン体が得られる。
工程g)
本方法の工程g)では、中間体を、または工程f)を行った場合はグリーン体を、300〜1100℃、好ましくは500〜1000℃、より好ましくは700〜900℃の温度でか焼する。か焼は、好ましくは1時間から24時間まで、より好ましくは2時間から12時間まで、より好ましくは3時間から6時間までの範囲にある時間、行われる。前記か焼は、あらゆる適切な雰囲気中で行うことができ、空気、希薄空気または工業用窒素が好ましく、空気はより好ましい。工程g)により、か焼されたグリーン体が得られる。
工程h)
本方法の随意の工程g)では、か焼されたグリーン体を、最大2000℃まで、好ましくは1000〜1900℃、より好ましくは1100〜1800℃、より好ましくは1200〜1600℃、より好ましくは1300〜1500℃の、か焼温度より高い温度で焼結する。焼結は、好ましくは、1時間から24時間まで、より好ましくは2時間から12時間まで、より好ましくは3時間から6時間までの範囲にある時間、行われる。前記焼結は、あらゆる適切な雰囲気中で行うことができ、空気、希薄空気または工業用窒素が好ましく、空気はより好ましい。工程h)により、多孔性無機体が得られる。
本発明のとりわけ好ましい実施形態では、工程h)が行われる。
したがって本発明は、上に定義した方法によって得ることができる、または得られた、無機体にも関係し、前記方法は最も好ましくは工程h)を含む。
以下に実施例、比較例および参考例を上げて、本発明をさらに説明する。
[実施例1]
無機体Aの調製
調製は参考例2の二軸スクリュー押出機を使って行った。次に挙げる方法パラメータを使用した:
・セラミック粉末として、約0.5〜1.5マイクロメートルのd50値を有するアルミナCT3000SG(Almatis)を、2.7kg/hの量で、押出機のゾーン1に投入した。
・バインダーとして、Luviskol(登録商標)K90(BASF SE;ポリビニルピロリドンに基づくポリマー)を、押出機のゾーン2に投入した。バインダーは、界面活性化合物としてのLutensol(登録商標)AT18(BASF SE;エトキシル化アルコールに基づく界面活性剤)と一緒に投入した。Luviskol(登録商標)K90(BASF SE)およびLutensol(登録商標)AT18(BASF SE)は、組成が12.8重量%Luviskol(登録商標)K90、3.2重量%Lutensol(登録商標)AT18、および84重量%HOである水溶液の形態で投入した。水溶液は2.4kg/hの量で加えた。
・細孔形成剤として、また可塑剤として、約40マイクロメートルのd50値を有するグラファイト(Kropfmuehl AG)を、0.9kg/hの量で、押出機のゾーン4に投入した。
・可塑剤として、4000mPa・sの粘度グレードであるナトリウムフリー(<0.5%Na)Methocel(登録商標)F4M(Dowwolff Cellulosics)を、0.8kg/hの量で、押出機のゾーン1に投入した。
・押出機のスクリュー回転数は300r.p.m.(回転毎分)とした。
・押出機のノズルは、鋭い縁を伴う8×3mmリングノズル(B−3:参考例2参照)とした。
・押出機の7つのゾーンおよびダイヘッドにおける温度プロファイルは次のとおりとした(「TM」はダイヘッドの直前(ダイヘッドの上流)にあるセラミックスラリーの温度を指す):
Figure 2015516929
セラミック粉末を加えるゾーンの下流にあるゾーンでバインダーが水溶液の形態で加えられる本発明の連続法は、押出マスの不均一で突然の割裂を起こさず、押出機ノズルの閉塞または狭窄を起こさずに、極めて滑らかに進行し、押出機ノズルの外側面では乾燥スラリーの蓄積がごく僅かしか起こらないことがわかった。
空気中800℃で5時間にわたる試料のか焼後に、DIN66133に従って水銀圧入ポロシメトリーで決定した場合、試料は次の細孔径分布を有していた:
Figure 2015516929
主要な極大が、700、400、6.6、および0.16マイクロメートルの細孔径に見出された。参考例1に記載の方法で決定したか焼試料の吸水量は1.15ml/gであった。
試料をさらに、150K/hの加熱速度で、空気中、1425℃において、4時間にわたって焼結した。DIN ISO 9277に従って決定される焼結試料の比表面積(BET)は0.9m/gであった。試料は、元素分析による決定で、700ppmのNaを含有していた。焼結試料、すなわち本発明の無機体は、DIN66133に従って水銀圧入ポロシメトリーで決定した場合に、次の細孔径分布を有していた:
Figure 2015516929
図1に示すように、主要な極大が、800、400、4、および0.2マイクロメートルの細孔径に見出された。参考例1に記載の方法に従って決定された焼結試料の吸水量は0.69ml/gであった。
[実施例2]
無機体Bの調製
調製は参考例2の二軸スクリュー押出機を使って行った。次に挙げる方法パラメータを使用した:
・セラミック粉末として、約1.5〜2マイクロメートルのd50値および約5m/gのBET表面積を有するアルミナ(Almatis)を、2.7kg/hの量で、押出機のゾーン1に投入した。
・バインダーとして、Luviskol(登録商標)K90(BASF SE;ポリビニルピロリドンに基づくポリマー)を、押出機のゾーン2に投入した。バインダーは、界面活性化合物としてのLutensol(登録商標)AT18(BASF SE;エトキシル化アルコールに基づく界面活性剤)と一緒に投入した。Luviskol(登録商標)K90(BASF SE)およびLutensol(登録商標)AT18(BASF SE)は、組成が12.5重量%Luviskol(登録商標)K90、7.5重量%Lutensol(登録商標)AT18、および80重量%HOである水溶液の形態で投入した。水溶液は2.6kg/hの量で加えた。
・細孔形成剤として、また可塑剤として、約40マイクロメートルのd50値を有するグラファイト(Kropfmuehl AG)を、0.9kg/hの量で、押出機のゾーン4に投入した。
・可塑剤として、4000mPa・sの粘度グレードであるナトリウムフリー(<0.5%Na)Methocel(登録商標)F4M(Dowwolff Cellulosics)を、0.9kg/hの量で、押出機のゾーン1に投入した。
・押出機のスクリュー回転数は300r.p.m.(回転毎分)とした。
・押出機のノズルは、鋭い縁およびスパイクを伴う、外表面および内表面が研磨された、8×3mmのリングノズル(B−1:参考例2参照)とした。
・押出機の7つのゾーンおよびダイヘッドにおける温度プロファイルは次のとおりとした(「TM」はダイヘッドの直前(ダイヘッドの上流)にあるセラミックスラリーの温度を指す):
Figure 2015516929
セラミック粉末を加えるゾーンの下流にあるゾーンでバインダーが水溶液の形態で加えられる本発明の連続法は極めて滑らかに進行し、押出マスの不均一で突然の割裂を起こさず、押出機ノズルの閉塞または狭窄を起こさず、押出機ノズルの外側面では乾燥スラリーの蓄積がごく僅かしか起こらないことがわかった。
空気中800℃で5時間にわたる試料のか焼後に、DIN66133に従って水銀圧入ポロシメトリーで決定した場合、試料は次の細孔径分布を有していた:
Figure 2015516929
主要な極大が、400、10、6、および0.4マイクロメートルの細孔径に見出された。参考例1に記載の方法で決定したか焼試料の吸水量は1.42ml/gであった。
試料をさらに、150K/hの加熱速度で、空気中、1425℃において、4時間にわたって焼結した。DIN ISO 9277に従って決定した焼結試料の比表面積(BET)は1.0m/gであった。試料は、元素分析による決定で、300ppmのNa、500ppmのSiおよび100ppm未満のFeを含有していた。焼結試料、すなわち本発明の無機体は、DIN66133に従って水銀圧入ポロシメトリーで決定した場合に、次の細孔径分布を有していた:
Figure 2015516929
図2に示すように、主要な極大が、800、400、4、および0.2マイクロメートルの細孔径に見出された。参考例1に記載の方法に従って決定された焼結試料の吸水量は0.77ml/gであった。
[実施例3]
無機体Cの調製
調製は参考例2の二軸スクリュー押出機を使って行った。次に挙げる方法パラメータを使用した:
・セラミック粉末として、約1.3〜2マイクロメートルd50値および約3m/gのBET表面積を有するアルミナ(Almatis)を、2.7kg/hの量で、押出機のゾーン1に投入した。
・バインダーとして、Luviskol(登録商標)K90(BASF SE;ポリビニルピロリドンに基づくポリマー)を、押出機のゾーン2に投入した。バインダーは、界面活性化合物としてのLutensol(登録商標)AT18(BASF SE;エトキシル化アルコールに基づく界面活性剤)と一緒に投入した。Luviskol(登録商標)K90(BASF SE)およびLutensol(登録商標)AT18(BASF SE)は、組成が12.8重量%Luviskol(登録商標)K90、3.2重量%Lutensol(登録商標)AT18、および84重量%HOである水溶液の形態で投入した。水溶液は2.5kg/hの量で加えた。
・細孔形成剤として、また可塑剤として、約40マイクロメートルのd50値を有するグラファイト(Kropfmuehl AG)を、0.9kg/hの量で、押出機のゾーン4に投入した。
・可塑剤として、4000mPa・sの粘度グレードであるナトリウムフリー(<0.5%Na)Methocel(登録商標)F4M(Dowwolff Cellulosics)を、0.9kg/hの量で、押出機のゾーン1に投入した。
・押出機のスクリュー回転数は300r.p.m.(回転毎分)とした。
・押出機のノズルは、鋭い縁およびスパイクを伴う、外表面および内表面が研磨された、8×3mmのリングノズル(B−1:参考例2参照)とした。
・押出機の7つのゾーンおよびダイヘッドにおける温度プロファイルは次のとおりとした(「TM」はダイヘッドの直前(ダイヘッドの上流)にあるセラミックスラリーの温度を指す):
Figure 2015516929
セラミック粉末を加えるゾーンの下流にあるゾーンでバインダーが水溶液の形態で加えられる本発明の連続方法は極めて滑らかに進行し、押出マスの不均一で突然の割裂を起こさず、押出機ノズルの閉塞または狭窄を起こさず、押出機ノズルの外側面では乾燥スラリーの蓄積がごく僅かしか起こらないことがわかった。
空気中800℃で5時間にわたる試料のか焼後に、DIN66133に従って水銀圧入ポロシメトリーで決定した場合、試料は次の細孔径分布を有していた:
Figure 2015516929
主要な極大が、約1000、32、および0.85マイクロメートルの細孔径に見出された。参考例1に記載の方法で決定したか焼試料の吸水量は1.13ml/gであった。
試料をさらに、150K/hの加熱速度で、空気中、1425℃において、4時間にわたって焼結した。DIN ISO 9277に従って決定した焼結試料の比表面積(BET)は0.8m/gであった。試料は、元素分析による決定で、300ppmのNa、400ppmのSiおよび200ppmのFeを含有していた。焼結試料、すなわち本発明の無機体は、DIN66133に従って水銀圧入ポロシメトリーで決定した場合に、次の細孔径分布を有していた:
Figure 2015516929
図3に示すように、主要な極大が、750、350、および5マイクロメートルの細孔径に見出された。参考例1に記載の方法に従って決定された焼結試料の吸水量は0.84ml/gであった。
[実施例4]
無機体Dの調製
調製は参考例2の二軸スクリュー押出機を使って行った。次に挙げるプロセスパラメータを使用した:
・セラミック粉末として、約1.3〜2マイクロメートルのd50値および約3m/gのBET表面積を有するアルミナ(Almatis)を、2.7kg/hの量で、押出機のゾーン1に投入した。
・バインダーとして、Luviskol(登録商標)K90(BASF SE;ポリビニルピロリドンに基づくポリマー)を、押出機のゾーン2に投入した。バインダーは、界面活性化合物としてのLutensol(登録商標)AT18(BASF SE;エトキシル化アルコールに基づく界面活性剤)と一緒に投入した。Luviskol(登録商標)K90(BASF SE)およびLutensol(登録商標)AT18(BASF SE)は、組成が12.5重量%Luviskol(登録商標)K90、7.5重量%Lutensol(登録商標)AT18、および80重量%HOである水溶液の形態で投入した。水溶液は2.6kg/hの量で加えた。
・細孔形成剤として、また可塑剤として、約40マイクロメートルのd50値を有するグラファイト(Kropfmuehl AG)を、0.9kg/hの量で、押出機のゾーン4に投入した。
・可塑剤として、4000mPa・sの粘度グレードであるナトリウムフリー(<0.5%Na)Methocel(登録商標)F4M(Dowwolff Cellulosics)を、0.9kg/hの量で、押出機のゾーン1に投入した。
・押出機のスクリュー回転数は300r.p.m.(回転毎分)とした。
・押出機のノズルは、鋭い縁およびスパイクを伴う、外表面および内表面が研磨された、8×3mmのリングノズル(B−1:参考例2参照)とした。
・押出機の7つのゾーンおよびダイヘッドにおける温度プロファイルは次のとおりとした(「TM」はダイヘッドの直前(ダイヘッドの上流)にあるセラミックスラリーの温度を指す):
Figure 2015516929
セラミック粉末を加えるゾーンの下流にあるゾーンでバインダーが水溶液の形態で加えられる本発明の連続法は極めて滑らかに進行し、押出マスの不均一で突然の割裂を起こさず、押出機ノズルの閉塞または狭窄を起こさず、押出機ノズルの外側面では乾燥スラリーの蓄積がごく僅かしか起こらないことがわかった。
空気中800℃で5時間にわたる試料のか焼後に、DIN66133に従って水銀圧入ポロシメトリーで決定した場合、試料は次の細孔径分布を有していた:
Figure 2015516929
主要な極大が、約830、30、4.7、および0.8マイクロメートルの細孔径に見出された。参考例1に記載の方法で決定したか焼試料の吸水量は0.75ml/gであった。
試料をさらに、150K/hの加熱速度で、空気中、1425℃において、4時間にわたって焼結した。DIN ISO 9277に従って決定した焼結試料の比表面積(BET)は1.1m/gであった。試料は、元素分析による決定で、235ppmのNa、500ppmのSiおよび100ppm未満のFeを含有していた。焼結試料、すなわち本発明の無機体は、DIN66133に従って水銀圧入ポロシメトリーで決定した場合に、次の細孔径分布を有していた:
Figure 2015516929
図4に示すように、主要な極大が、750、200、10.5、および5.5マイクロメートルの細孔径に見出された。参考例1に記載の方法に従って決定された焼結試料の吸水量は0.90ml/gであった。
[実施例5]
無機体Eの調製
調製は参考例2の二軸スクリュー押出機を使って行った。次に挙げるプロセスパラメータを使用した:
・セラミック粉末として、約1.3〜2マイクロメートルのd50値および約3m/gのBET表面積を有するアルミナ(Almatis)を、10.5kg/hの量で、押出機のゾーン1に投入した。
・バインダーとして、Luviskol(登録商標)K90(BASF SE;ポリビニルピロリドンに基づくポリマー)を、押出機のゾーン2に投入した。バインダーは、界面活性化合物としてのLutensol(登録商標)AT18(BASF SE;エトキシル化アルコールに基づく界面活性剤)と一緒に投入した。Luviskol(登録商標)K90(BASF SE)およびLutensol(登録商標)AT18(BASF SE)は、組成が12.8重量%Luviskol(登録商標)K90、3.2重量%Lutensol(登録商標)AT18、および84重量%HOである水溶液の形態で投入した。水溶液は5.5kg/hの量で加えた。
・細孔形成剤として、また可塑剤として、d50値が約40マイクロメートルのグラファイト(Kropfmuehl AG)を、3.5kg/hの量で、押出機のゾーン4に投入した。
・可塑剤として、70000mPa・sの粘度グレードであるナトリウムフリー(<0.5%Na)Walocel(商標)(Dowwolff Cellulosics)を、0.3kg/hの量で、押出機のゾーン1に投入した。
・押出機のスクリュー回転数は300r.p.m.(回転毎分)とした。
・押出機のノズルは、鋭い縁およびスパイクを伴う、外表面および内表面が研磨された、8×3mmのリングノズル(B−1:参考例2参照)とした。
・押出機の7つのゾーンおよびダイヘッドにおける温度プロファイルは次のとおりとした(「TM」はダイヘッドの直前(ダイヘッドの上流)にあるセラミックスラリーの温度を指す):
Figure 2015516929
セラミック粉末を加えるゾーンの下流にあるゾーンでバインダーが水溶液の形態で加えられる本発明の連続プロセスは極めて滑らかに進行し、押出マスの不均一で突然の割裂を起こさず、押出機ノズルの閉塞または狭窄を起こさず、押出機ノズルの外側面では乾燥スラリーの蓄積がごく僅かしか起こらないことがわかった。
空気中800℃で5時間にわたる試料のか焼後に、か焼された試料を、150K/hの加熱速度で、空気中、1425℃において、4時間にわたって焼結した。DIN ISO 9277に従って決定した焼結試料の比表面積(BET)は1.2m/gであった。試料は、元素分析による決定で、225ppmのNa、500ppmのSiおよび9ppmのFeを含有していた。焼結試料、すなわち本発明の無機体は、DIN66133に従って水銀圧入ポロシメトリーで決定した場合に、次の細孔径分布を有していた:
Figure 2015516929
図5に示すように、主要な極大が、100マイクロメートル超、2マイクロメートル、および0.6マイクロメートルの細孔径に見出された。参考例1に記載の方法に従って決定された焼結試料の吸水量は0.5ml/gであった。
[実施例6]
銀系触媒の調製およびエポキシ化反応
実施例6.1:実施例1の無機体Aに基づく銀系触媒の調製
担体材料として実施例1の焼結試料(無機体A)を使用して、銀担持量が15.2重量%であり、追加の助触媒がLi(185重量ppm)、S(12重量ppm)、Re(300重量ppm)、W(215重量ppm)およびCs(445重量ppm)である触媒を、以下の手法を使って調製した。
6.1.1:銀錯体溶液の調製
550gの硝酸銀を1.5リットルの水に溶解した。この硝酸銀溶液を40℃に温めた。もう一つのビーカーで、402.62gの水酸化カリウム溶液(47.8%)を、1.29リットルの水を加えることによって希釈した。次に、216.31gのシュウ酸二水和物を加え、完全に溶解させた。この溶液も40℃まで温める。このシュウ酸カリウム溶液を、給送ポンプを使って硝酸銀溶液中に45分間でポンプ送出する。添加後にその懸濁液を40℃で1時間撹拌する。沈殿したシュウ酸銀をろ別し、洗浄水の伝導率が<40マイクロジーメンス/cmになるまで、蒸留水で洗浄した。この手法を使って、含水率が20.80%のシュウ酸銀620gを単離することができた。
氷浴を使って306gのエチレンジアミンを10℃に冷却した。245gの水を少しずつ加えた。水の添加後に、484.7gの湿シュウ酸銀を、エチレンジアミン水混合物に、30分で加えた。添加中の温度は30℃未満に保たれるように制御した。その混合物を室温で終夜撹拌した。その暗色懸濁液を遠心分離によって清澄化した。透明溶液の銀含量(28.73%)は屈折率測定によって決定した。密度(1.531g/ml)は10mlメスシリンダーを使って測定した。
6.1.2:銀と助触媒とを含む溶液の調製
63.94gの銀錯体溶液、0.790gの硝酸リチウム・硫酸アンモニウム溶液(2.85重量%のリチウムおよび0.21重量%の硫黄)、1.185gのタングステン酸・水酸化セシウム溶液(2重量%のタングステンおよび3.5重量%のセシウムを含有)および0.896gの過レニウム酸アンモニウム溶液4.1重量%をビーカーに加え、室温(rt)で5分間撹拌した。
6.1.3:担体(無機体)の含浸
100gの、実施例1による多孔性無機体Aを、ロータリーエバポレーターに充填した。充填されたロータリーエバポレーターを10mbarまで排気した。10分間の事前排気後に、6.1.2で調製した溶液を15分の間に滴下した。次に、含浸担体を減圧下でさらに15分間、回転させた。
6.1.4:含浸担持体のか焼
常圧下、室温で1時間後に、含浸担体を、空気循環式乾燥機(製造会社HORO、型番129ALV−SP、製品番号:53270)中、8.3m/hの空気下に、283℃で12分間か焼した。
次に、触媒を粉砕して、0.5〜0.9mmの粒径範囲にある触媒粉末画分を得た。26.5gのこの粉末画分を、エチレンオキシドの生産における触媒の性能を試験するために使用した。
標準動作点(standard operation point)(供給物組成:35%エチレン、7%酸素、56.9%メタン、1%二酸化炭素、0.1%水、反応器温度240℃およびGHSV4750h−1)で、実行時間200時間における安定性能として、83%という、250kgEO/(m Kat・h)の作業速度(workrate)でのエチレンオキシド選択性が観察された。
実施例6.2:実施例3の無機体Cに基づく銀系触媒の調製
担体材料として実施例3の焼結試料(無機体C)を使用して、銀担持量が14.9重量%であり、追加の助触媒がLi(180重量ppm)、S(13重量ppm)、Re(300重量ppm)、W(200重量ppm)およびCs(440重量ppm)である触媒を、以下の手法を使って調製した。
6.2.1:銀錯体溶液(調製6.1.1参照)
透明溶液(28.83%)の銀含量は屈折率測定によって決定した。密度(1.533g/ml)は10mlメスシリンダーを使って測定した。
6.2.2:銀と助触媒とを含む溶液の調製
70.09gの銀錯体溶液、0.869gの硝酸リチウム・硫酸アンモニウム溶液(2.85重量%のリチウムおよび0.21重量%の硫黄)、1.30gのタングステン酸・水酸化セシウム溶液(2重量%のタングステンおよび3.5重量%のセシウムを含有)および0.986gの過レニウム酸アンモニウム溶液4.1重量%をビーカーに加え、室温で5分間撹拌した。
6.2.3:担体(無機体)の含浸
110gの多孔性無機体Cをロータリーエバポレーターに充填した。充填されたロータリーエバポレーターを10mbarまで排気した。10分間の事前排気後に、6.2.2で調製した溶液を15分の間に滴下した。次に、含浸担体を減圧下でさらに15分間、回転させた。
6.2.4:含浸担持体のか焼
常圧下、室温で1時間後に、含浸担体を、空気循環式乾燥機(製造会社HORO、型番129ALV−SP、製品番号:53270)中、8.3m/hの空気下に、283℃で12分間か焼した。
次に、触媒を粉砕して、0.5〜0.9mmの粒径範囲にある触媒粉末画分を得た。21.7gのこの粉末画分を、エチレンオキシドの生産における触媒の性能を試験するために使用した。
標準動作点(供給物組成:35%エチレン、7%酸素、56.9%メタン、1%二酸化炭素、0.1%水、反応器温度240℃およびGHSV4750h−1)で、実行時間125時間における安定性能として、84%という、250kgEO/(m Kat・h)の作業速度でのエチレンオキシド選択性が観察された。
実施例6.3:実施例5の無機体Eに基づく銀系触媒の調製
担体材料として実施例5の焼結試料(無機体E)を使用して、銀担持量が14.2重量%であり、追加の助触媒がLi(170重量ppm)、S(12重量ppm)、Re(330重量ppm)、W(180重量ppm)およびCs(660重量ppm)である触媒を、以下の手法を使って調製した。
6.3.1:銀錯体溶液(調製6.1.1参照)
透明溶液の銀含量(28.53%)は屈折率測定によって決定した。密度(1.503g/ml)は10mlメスシリンダーを使って測定した。
6.3.2:銀と助触媒とを含む溶液の調製
77.21gの銀錯体溶液、0.948gの硝酸リチウム・硫酸アンモニウム溶液(2.85重量%のリチウムおよび0.21重量%の硫黄)、1.423gのタングステン酸・水酸化セシウム溶液(2重量%のタングステンおよび6.5重量%のセシウムを含有)および1.388gの過レニウム酸アンモニウム溶液4.1重量%をビーカーに加え、室温で5分間撹拌した。
6.3.3:担体(無機体)の含浸
120gの多孔性無機体Eをロータリーエバポレーターに充填した。充填されたロータリーエバポレーターを10mbarまで排気した。10分間の事前排気後に、6.3.2で調製した溶液を15分の間に滴下した。次に、含浸担体を減圧下でさらに15分間、回転させた。
6.3.4:含浸担持体のか焼
常圧下、室温で1時間後に、含浸担体を、空気循環式乾燥機(製造会社HORO、型番129ALV−SP、製品番号:53270)中、8.3m/hの空気下に、283℃で12分間か焼した。
次に、触媒を粉砕して、0.5〜0.9mmの粒径範囲にある触媒粉末画分を得た。25.7gのこの粉末画分を、エチレンオキシドの生産における触媒の性能を試験するために使用した。
標準動作点(供給物組成:35%エチレン、7%酸素、56.9%メタン、1%二酸化炭素、0.1%水、反応器温度241℃およびGHSV4750h−1)で、実行時間530時間における安定性能として、85.5%という、250kgEO/(m Kat・h)の作業速度でのエチレンオキシド選択性が観察された。
[実施例7]
バインダーの添加順序の影響
実施例7.1:逆順での添加(比較用)
EP−A0799810の実施例1に記述されているものと類似する方法でプロセスを実行した。押出機に、2mmの直径を有するリングノズル(A−1:参考例2参照)を装着するか、あるいは8mmの直径を有するリングノズル(B−1:参考例2参照)を装着した。押出機プレートのデッドボリュームは約40mlであった。
押出機のゾーン3において、アルミナCT3000SGを、4.675kg/hの量で投入した。このゾーンの上流では、ゾーン1において、バインダーとしてのLuviskol K90(登録商標)とオレイン酸テトラメチルアンモニウム(界面活性化合物として)の水溶液を、1.327kg/hの量で投入した。この水溶液は16.4重量%のLuviskol K90(登録商標)、4.5重量%のオレイン酸テトラメチルアンモニウム、および79.1重量%の水を含んでいた。押出機の9つのゾーンおよびダイヘッドにおける温度プロファイルは次のとおりとした:
Figure 2015516929
この押出プロセスは非常に不安定であり、アルミナ粉末が粉末を加えたゾーンに蓄積することがわかった。給送上の問題や不均一な押出しにつながるアルミナクラストの形成が観察された。アルミナ粉末の給送は数分間中断された。2mmリングノズルでも8mmリングノズルでも押出しは不均一に進行した。
実施例7.2:本発明によるバインダーの添加
試薬類の給送が逆順であることを除いて、実施例7.1のようにプロセスを実行した。具体的には、実施例7.1の水溶液を押出機のゾーン3において加え、一方、セラミック粉末はゾーン1で、すなわち水溶液を加えたゾーンの上流で加えた。
実施例7.1(比較用)とは対照的に、給送上の問題、蓄積、およびクラストの集積はいずれも観察されなかった。プロセスの後期に、押出物の割裂および2mmリングノズルの閉塞につながる圧力上昇が観察された。8mmリングノズルを使用した場合にも同じことが観察された。
実施例7.3:低デッドボリュームの押出機プレートを使った逆順での添加(比較用)
実施例7.1で述べたようにプロセスを実行した。ただし、実施例7.1でのデッドボリュームが40mlであったのに対し、12mlのデッドボリュームを有する押出機プレートを押出機に装着した。使用したダイは温度調節可能なものであった。
押出機の9つのゾーンおよびダイヘッドにおける温度プロファイルは次のとおりとした:
Figure 2015516929
実施例7.1と同様に、低デッドボリュームの押出機プレートを使用しても、このプロセスは、ゾーン3におけるアルミナ粉末の給送上の問題(蓄積/クラストの形成)ゆえに、実施例7.1で観察されたように、非常に不安定であった。
実施例7.4:低デッドボリュームの押出機プレートを使った本発明によるバインダーの添加
実験は、試薬類の給送が逆順であることを除いて、実施例7.3(比較用)のように行った。具体的には、実施例7.3の水溶液を押出機のゾーン3において加え、一方、セラミック粉末をゾーン1において、すなわち水溶液を加えたゾーンの上流で加えた。
実施例(比較用)7.1および7.3で得られた結果とは対照的に、実施例7.2と同様、給送上の問題、蓄積、およびクラストの集積はいずれも観察されないことがわかった。さらにまた、実施例7.2で得られた結果をさらに改良することができた。というのも、ノズルの縁にある程度のスラリー蓄積が観察され、それに続いて、使用した8mmリングノズルおよび2mmリングノズルの部分的閉塞が起こったものの、これらの効果は、実施例7.2よりもかなり長いプロセス実行時間(2mmリングノズルの場合は約2倍、8mmリングノズルの場合は約10倍)で観察されたからである。
このように、先行技術から知られている範囲から外れた好ましい範囲にあるデッドボリュームを有する押出機プレートを使用すると、本発明の試薬類添加順序を使用した場合に得られる良好な結果が、さらに改良されることが示される。
[実施例8]
バインダーの添加順序の影響
実施例8.1:低デッドボリュームの押出機プレートを使った本発明によるバインダーの添加
調製は参考例2の二軸スクリュー押出機を使って行った。押出機プレートのデッドボリュームは約11ml、具体的には11mlであった。次に挙げるプロセスパラメータを使用した:
・セラミック粉末として、約1.3〜2マイクロメートルのd50値および約3m/gのBET表面積を有するアルミナ(Almatis)を、10.5kg/hの量で、押出機のゾーン1に投入した。
・バインダーとして、Luviskol(登録商標)K90(BASF SE;ポリビニルピロリドンに基づくポリマー)を、押出機のゾーン2に投入した。バインダーは、界面活性化合物としてのLutensol(登録商標)AT18(BASF SE;エトキシル化アルコールに基づく界面活性剤)と一緒に投入した。Luviskol(登録商標)K90(BASF SE)およびLutensol(登録商標)AT18(BASF SE)は、組成が12.8重量%Luviskol(登録商標)K90、3.2重量%Lutensol(登録商標)AT18、および84重量%HOである水溶液の形態で投入した。水溶液は5.5kg/hの量で加えた。
・細孔形成剤として、また可塑剤として、約40マイクロメートルのd50値を有するグラファイト(Kropfmuehl AG)を、3.5kg/hの量で、押出機のゾーン4に投入した。
・可塑剤として、70000mPa・sの粘度グレードであるナトリウムフリー(<0.5%Na)Walocel(商標)(Dowwolff Cellulosics)を、0.3kg/hの量で、押出機のゾーン1に投入した。
・押出機のスクリュー回転数は300r.p.m.(回転毎分)とした。
・押出機のノズルは、鋭い縁およびスパイクを伴う、外表面および内表面が研磨された、8×3mmのリングノズル(B−1:参考例2参照)とした。
・押出機の7つのゾーンおよびダイヘッドにおける温度プロファイルは次のとおりとした(「TM」はダイヘッドの直前(ダイヘッドの上流)にあるセラミックスラリーの温度を指す):
Figure 2015516929
セラミック粉末を加えるゾーンの下流にあるゾーンでバインダーが水溶液の形態で加えられる本発明の連続プロセスは極めて滑らかに進行し、押出マスの不均一で突然の割裂を起こさず、押出機ノズルの閉塞または狭窄を起こさず、押出機ノズルの外側面では乾燥スラリーの蓄積がごく僅かしか起こらないことがわかった。
実施例8.2:逆順での添加(比較用)
アルミナ(ここではゾーン2)と水相(ここではゾーン1)の添加順序が逆であることを除いて、実施例8.1の場合と同様に、プロセスを実行した。この押出プロセスは非常に不安定であり、アルミナ粉末はゾーンに蓄積することがわかった。給送上の問題および不均一な押出しにつながるアルミナクラストの形成が観察された。アルミナ粉末の給送は数分間中断された。こうして実施例7.3で得た結果が確認された。
実施例8.3:高デッドボリュームの押出機プレートを使った本発明によるバインダーの添加
調製は参考例2の二軸スクリュー押出機を使って行った。押出機プレートのデッドボリュームは約35mlであった。次に挙げるプロセスパラメータを使用した:
・セラミック粉末として、約1.3〜2マイクロメートルのd50値および約3m/gのBET表面積を有するアルミナ(Almatis)を、10.5kg/hの量で、押出機のゾーン1に投入した。
・バインダーとして、Luviskol(登録商標)K90(BASF SE;ポリビニルピロリドンに基づくポリマー)を、押出機のゾーン2に投入した。バインダーは、界面活性化合物としてのLutensol(登録商標)AT18(BASF SE;エトキシル化アルコールに基づく界面活性剤)と一緒に投入した。Luviskol(登録商標)K90(BASF SE)およびLutensol(登録商標)AT18(BASF SE)は、組成が12.8重量%Luviskol(登録商標)K90、3.2重量%Lutensol(登録商標)AT18、および84重量%HOである水溶液の形態で投入した。水溶液は5.5kg/hの量で加えた。
・細孔形成剤として、また可塑剤として、約40マイクロメートルのd50値を有するグラファイト(Kropfmuehl AG)を、3.5kg/hの量で、押出機のゾーン4に投入した。
・可塑剤として、70000mPa・sの粘度グレードであるナトリウムフリー(<0.5%Na)Walocel(商標)(Dowwolff Cellulosics)を、0.3kg/hの量で、押出機のゾーン1に投入した。
・押出機のスクリュー回転数は300r.p.m.(回転毎分)とした。
・押出機のノズルは、鋭い縁およびスパイクを伴う、外表面および内表面が研磨された、8×3mmのリングノズル(B−1:参考例2参照)とした。
・押出機の7つのゾーンおよびダイヘッドにおける温度プロファイルは次のとおりとした(「TM」はダイヘッドの直前(ダイヘッドの上流)にあるセラミックスラリーの温度を指す):
Figure 2015516929
セラミック粉末を加えるゾーンの下流にあるゾーンでバインダーが水溶液の形態で加えられる本発明の連続プロセスは、押出マスの不均一で突然の割裂を起こさず、極めて滑らかに進行することがわかった。給送上の問題、蓄積、およびクラストの集積はいずれも観察されなかった。プロセスの後期、約15分後に、ノズルがゆっくり閉塞した。ここでも、好ましい範囲にあるデッドボリュームを有する押出機プレートを使用すると、既に有利な本発明のプロセス(このプロセスでは、バインダーを加えるゾーンの上流にある押出機ゾーンにセラミック粉末、焼結性有機粉末が加えられる)が、さらに改良されることが示される。
実施例8.4:高デッドボリュームの押出機プレートを使った逆順での添加(比較用)
アルミナ(ここではゾーン2)と水相(ここではゾーン1)の添加順序が逆であることを除いて、実施例8.3と同様に、プロセスを実行した。この押出プロセスは非常に不安定であり、アルミナ粉末はゾーンに蓄積することがわかった。給送上の問題および不均一な押出しにつながるアルミナクラストの形成が観察された。アルミナ粉末の給送は数分間中断された。こうして実施例7.1で得たような結果が確認された。
[実施例9]
アルミナ以外のセラミック粉末に適用した本発明方法
実施例9.1:層状シリケートに基づく押出物の調製
調製は参考例2の二軸スクリュー押出機を使って行った。次に挙げるプロセスパラメータを使用した:
・ゾーン1におけるセラミック粉末:3重量%Collacral(登録商標)DS6256(BASF SE、ポリアクリル酸アンモニウム)、3重量%NHHCOおよび94重量%K10層状シリケート(酸活性化モンモリロナイト、Sued Chemie)の混合物、量は1.5kg/h。
・ゾーン1における可塑剤:Lutrol(登録商標)F127(BASF SE、エチレンオキシド−プロピレンオキシドコポリマー)、量は0.2kg/h。
・ゾーン4における水性バインダー相:8.3重量%Luviskol(登録商標)K90、3.2重量%Lutensol(登録商標)AT18、88.5重量%HOの溶液、量は1.7kg/h。
・スクリュー回転速度:120r.p.m.
・ノズル:4mm、鋭い縁付き(A−4:参考例2参照)
・押出機の7つのゾーンおよびダイヘッドにおける温度プロファイルは次のとおりとした(「TM」はダイヘッドの直前(ダイヘッドの上流)にあるセラミックスラリーの温度を指す):
Figure 2015516929
セラミック粉末を加えるゾーンの下流にあるゾーンでバインダーが水溶液の形態で加えられる本発明の連続プロセスは、ノズル閉塞を起こさず、極めて滑らかに進行することがわかった。
実施例9.2:層状シリケートに基づく押出物の調製
調製は参考例2の二軸スクリュー押出機を使って行った。次に挙げるプロセスパラメータを使用した:
・ゾーン1におけるセラミック粉末:3重量%Collacral(登録商標)DS6256、5重量%Aerosil(登録商標)200(ヒュームドシリカ、Evonik)および92重量%K10層状シリケート(酸活性化モンモリロナイト、Sued Chemie)の混合物、量は1.25kg/h。
・ゾーン1における可塑剤:4000mPa・sの粘度グレードである低ナトリウム(<0.5%Na)Methocel(登録商標)F4M、量は0.1kg/h。
・ゾーン2における水性バインダー相:8.3重量%Luviskol(登録商標)K90、3.2重量%Lutensol(登録商標)AT18、88.5重量%HOの溶液、量は2.25kg/h。
・スクリュー回転速度:120r.p.m.
・ノズル:4mm、鋭い縁付き(A−4:参考例2参照)
・押出機の7つのゾーンおよびダイヘッドにおける温度プロファイルは次のとおりとした(「TM」はダイヘッドの直前(ダイヘッドの上流)にあるセラミックスラリーの温度を指す):
Figure 2015516929
セラミック粉末を加えるゾーンの下流にあるゾーンでバインダーが水溶液の形態で加えられる本発明の連続プロセスは、ノズル閉塞を起こさず、極めて滑らかに進行することがわかった。
実施例9.3:シリカに基づく押出物の調製
調製は参考例2の二軸スクリュー押出機を使って行った。次に挙げるプロセスパラメータを使用した:
・ゾーン1におけるセラミック粉末:シリカ(粉末、BET表面積168m/g)、量は2kg/h。
・ゾーン4におけるセラミック粉末:シリカ(粉末、BET表面積168m/g)、量は0.5kg/hの量。
・ゾーン1における可塑剤:70000mPa・sの粘度グレードである低ナトリウム(<0.5%Na)Walocel(商標)(Dowwolff Cellulosics)、量は0.12kg/h。
・ゾーン2における水性バインダー相:5.2重量%Luviskol(登録商標)K90、1.9重量%Lutensol(登録商標)AT18、92.9重量%HOの溶液、量は4.1kg/h。
・スクリュー回転速度:120r.p.m.
・ノズル:研磨されたもの、鋭い縁付き(A−2:参考例2参照)
・押出機の7つのゾーンおよびダイヘッドにおける温度プロファイルは次のとおりとした(「TM」はダイヘッドの直前(ダイヘッドの上流)にあるセラミックスラリーの温度を指す):
Figure 2015516929
セラミック粉末を加えるゾーンの下流にあるゾーンでバインダーが水溶液の形態で加えられる本発明の連続プロセスは、脈動を起こさず、ノズル閉塞も起こさず、極めて滑らかに進行することがわかった。
実施例9.4:シリカに基づく押出物の調製
調製は参考例2の二軸スクリュー押出機を使って行った。次に挙げるプロセスパラメータを使用した:
・ゾーン1におけるセラミック粉末:シリカ(粉末、BET表面積168m/g)、量は2kg/h。 ・ゾーン4におけるセラミック粉末:シリカ(粉末、BET表面積168m/g)、量は0.5kg/h。 ・ゾーン1における可塑剤:70000mPa・sの粘度グレードである低ナトリウム(<0.5%Na)Walocel(商標)(Dowwolff Cellulosics)、量は0.12kg/h。 ・ゾーン2における水性バインダー相:5.2重量%Luviskol(登録商標)K90、1.9重量%Lutensol(登録商標)AT18、92.9重量%HOの溶液、量は4.1kg/h。 ・スクリュー回転速度:120r.p.m.
・ノズル:鋭い縁(B−2:参考例2参照)、研磨されたもの。
・押出機の7つのゾーンおよびダイヘッドにおける温度プロファイルは次のとおりとした(「TM」はダイヘッドの直前(ダイヘッドの上流)にあるセラミックスラリーの温度を指す):
Figure 2015516929
セラミック粉末を加えるゾーンの下流にあるゾーンでバインダーが水溶液の形態で加えられる本発明の連続プロセスは、脈動を起こさず、ノズル閉塞も起こさず、極めて滑らかに進行することがわかった。
実施例9.5:カオリンに基づく押出物の調製
調製は参考例2の二軸スクリュー押出機を使って行った。次に挙げるプロセスパラメータを使用した:
・ゾーン1におけるセラミック粉末:38.5重量%ムライト(1200℃か焼カオリン、か焼試料の組成:23.4重量%Al、0.16重量%Na、24.4重量%Si)、38.5重量%カオリン(非か焼カオリン、組成:20.1重量%Al、21.3重量%Si、0.13重量%Na)、および23重量%Pural SB(登録商標)(Condea)の混合物、量は3.0kg/h。 ・ゾーン1における可塑剤:70000mPa・sの粘度グレードである低ナトリウム(<0.5%Na)Walocel(商標)(Dowwolff Cellulosics)、量は0.12kg/h。 ・ゾーン2における水性バインダー相:7.1重量%Luviskol(登録商標)K90、1.7重量%Lutensol(登録商標)AT18、91.2重量%HOの溶液、量は2.3kg/h。 ・ゾーン4におけるLudox(登録商標)SM30(コロイダルシリカ、水中30重量%)の溶液、量は1.56kg/h。 ・スクリュー回転速度:120r.p.m.
・ノズル:鋭い縁(B−2:参考例2参照)、研磨されたもの。
・押出機の7つのゾーンおよびダイヘッドにおける温度プロファイルは次のとおりとした(「TM」はダイヘッドの直前(ダイヘッドの上流)にあるセラミックスラリーの温度を指す):
Figure 2015516929
セラミック粉末を加えるゾーンの下流にあるゾーンでバインダーが水溶液の形態で加えられる本発明の連続プロセスは、脈動を起こさず、ノズル閉塞も起こさず、極めて滑らかに進行することがわかった。
実施例9.6:カオリンに基づく押出物の調製
調製は参考例2の二軸スクリュー押出機を使って行った。次に挙げるプロセスパラメータを使用した:
・ゾーン1におけるセラミック粉末:36重量%ムライト(1200℃か焼カオリン、か焼試料の組成:23.4重量%Al、0.16重量%Na、24.4重量%Si)、45重量%カオリン(非か焼カオリン、組成:20.1重量%Al、21.3重量%Si、0.13重量%Na)、および19重量%スピネル(1038℃か焼カオリン、か焼試料の組成:23.2重量%Al、0.16重量%Na、24.3重量%Si)の混合物、量は2.5kg/h。 ・ゾーン1における可塑剤:70000mPa・sの粘度グレードである低ナトリウム(<0.5%Na)Walocel(商標)(Dowwolff Cellulosics)、量は0.16kg/h。 ・ゾーン2における水性バインダー相:5.2重量%Luviskol(登録商標)K90、1.9重量%Lutensol(登録商標)AT18、92.9重量%HOの溶液、量は2.5kg/h。 ・ゾーン4におけるLudox(登録商標)SM30(コロイダルシリカ、水中30重量%)の溶液、量は0.8kg/h。 ・スクリュー回転速度:120r.p.m.
・ノズル:鋭い縁(B−2:参考例2参照)、研磨されたもの。
・押出機の7つのゾーンおよびダイヘッドにおける温度プロファイルは次のとおりとした(「TM」はダイヘッドの直前(ダイヘッドの上流)にあるセラミックスラリーの温度を指す):
Figure 2015516929
セラミック粉末を加えるゾーンの下流にあるゾーンでバインダーが水溶液の形態で加えられる本発明の連続プロセスは、脈動を起こさず、ノズル閉塞も起こさず、極めて滑らかに進行することがわかった。
実施例9.1〜9.6は全て、具体的出発材料およびそれぞれの使用量とは無関係に、本発明の添加順序、すなわち焼結性材料の少なくとも一部を加えるゾーンの下流にあるゾーンにおけるバインダーの添加により、滑らかに進行して、材料の蓄積が回避され、ノズルの閉塞が回避される、有利なプロセスが可能になることを明確に示した。
参考例1:吸水量の決定
試料の吸水量は、計量済みの試料を水に浸漬し、それを3分間、注意深く振とうした後、試料を水から取り出すことによって測定した。湿試料の重量と最初の試料重量との差が、試料の水吸着能(試料1グラムあたりの水のml数)を与える。
参考例2:使用した押出機
実施例では、Coperion GmbH(ドイツ)によるタイプZSK25の押出機を使用した(同方向回転二軸スクリュー押出機;スクリューの直径D:D0 25mm;押出機の長さ:34D)。押出機は異なる要素に基づいてモジュール式に組み立てられ、上記実施例で示した異なる機能的ゾーンを有するように設計された。
1.粉末化合物用の給送ゾーン:オーバーヘッド給送開口部を伴う押出機要素と、搬送方向に対して後ろ向きに、脱気開口部を有する押出機要素;従来の搬送要素を有する押出機スクリュー(ゾーン1)。
2.カバーで密閉された開口部を装着した液状化合物用の給送ゾーン。カバーを通して、1本または場合によっては2本以上のパイプラインが設置される。液状化合物は、パイプラインを通して、押出機中に、場合によっては圧力保持弁を介して、ポンプ送出することができる。押出機スクリューには、液状化合物を既に押出機中に存在する固形物と混ぜて、混合物をペースト状にするために、混合および/または混練要素が装着される(ゾーン2)。
3.脱気開口部を有する押出機要素と、固形化合物、好ましくは粉末化合物を給送するための二軸スクリュー供給装置を装着した、側面給送開口部を有する下流押出機要素。押出機スクリューには、固形/粉末化合物を混ぜるための混合および/または混練要素が装着される(ゾーン3)。
4.ゾーン3の下流:混合物を均質化し、焼き戻すための、搬送および混合要素を装着した閉鎖押出機要素(ゾーン4)。
5.ダイプレートは、とりわけ低いデッドボリュームを有する特別製造品であった。ダイプレートは加熱可能かつ冷却可能であり、特別に製造されたノズル(後述)を適用するための凹みを備えた。ノズルは異なる直径を有し、なかんずく、中空ストランドを押し出すように設計された。
押出機要素は全て、独立して加熱可能かつ冷却可能であるから、それぞれに望ましい温度プロファイルを調節することが可能であった。固形/粉末化合物および液状化合物の供給は、差分給送計量器(differential dosing scale)により、重量測定的に行われた。
上記実施例で言及し、A−1、A−2、A−4、B−1、B−2、およびB−3と略記したノズルは、図8および図9に示すジオメトリを有する。ここで、図8は、中実円柱体のジオメトリを有する押出物/試料をもたらすAタイプのノズル(スパイクなし)を示し、図9は、中空円柱体のジオメトリを有する押出物/試料をもたらすスパイクを有するBタイプのノズルを示す。
Figure 2015516929

Claims (24)

  1. 0.005から20マイクロメートルまでの範囲にある細孔径Sおよび全細孔容積Vを有する細孔Aを含み、かつ20マイクロメートルより大きく1000マイクロメートルまでの範囲にある細孔径Sおよび全細孔容積Vを有する細孔Bを含む多孔性無機体であって、0.005から1000マイクロメートルまでの範囲にある細孔径を有する細孔の全細孔容積がVであり、DIN66133に従って水銀圧入ポロシメトリーで決定される比R=V/Vが0.3から0.7までの範囲にある、多孔性無機体。
  2. が0.35から0.65までの範囲にある、請求項1に記載の無機体。
  3. が0.1から20マイクロメートルまでの範囲にあり、Sが100から1000マイクロメートルまでの範囲にある、請求項1または2に記載の無機体。
  4. が0.4から20マイクロメートルまでの範囲にある、請求項1〜3のいずれかに記載の無機体。
  5. DIN66133に従って水銀圧入ポロシメトリーで決定される、細孔径の関数としての差分圧入量が、0.005〜20マイクロメートルの細孔径範囲に少なくとも1つのピークと、20〜1000マイクロメートルの細孔径範囲に少なくとも1つのピークとを含む、請求項1〜4のいずれかに記載の無機体。
  6. 0.5から1.5m/gまで、好ましくは0.8から1.2m/gまでの範囲にある、DIN ISO 9277に従って決定される比表面積(BET)を有する、請求項1〜5のいずれかに記載の無機体。
  7. 参考例1に従って決定した場合に、0.4から1.5ml/gまで、好ましくは0.5から1.0ml/gまでの範囲にある吸水量を有する、請求項1〜6のいずれかに記載の無機体。
  8. 請求項1〜7のいずれかに記載の無機体であって、その少なくとも95重量%、好ましくはその少なくとも99重量%が、アルミナ、好ましくはαアルミナで構成される、無機体。
  9. アルカリ金属、アルカリ土類金属、ケイ素、および鉄からなる群より選択される少なくとも1種の元素、好ましくはナトリウム、ケイ素、および鉄からなる群より選択される少なくとも1種の元素を含む、請求項1〜8のいずれかに記載の無機体。
  10. 元素として計算し、元素分析によって決定される、無機体の総重量に対して、200〜750重量ppmのナトリウム、600重量ppmまで、好ましくは350〜550重量ppmのケイ素、および100重量ppmまでの鉄を含む、請求項1〜9のいずれかに記載の無機体。
  11. 円柱体のジオメトリを有し、好ましくは、3から20mm、好ましくは5から10mmの範囲の長さ、2から20mm、好ましくは5から10mmの範囲の外径、および1から15、好ましくは2.5から4.5の範囲の壁厚(単位mm)に対する外径(単位mm)の比を有する、請求項1〜10のいずれかに記載の無機体。
  12. 触媒担体、または触媒用、好ましくはエチレンオキシド調製用銀系触媒の触媒担体用の、請求項1〜11のいずれかに記載の無機体。
  13. 多孔性無機体、好ましくは請求項1〜12のいずれかに記載の多孔性無機体を製造する方法であって、
    a)ダイヘッドと少なくとも3つのゾーンとを含む温度制御可能な区分された押出機の第1ゾーンで、焼結性無機粉末、好ましくはアルミナ粉末、より好ましくはαアルミナ粉末を供給する工程;
    b)第1ゾーンの下流に区分された押出機の第2ゾーンで、バインダーを含む水溶液またはバインダーを含む水性懸濁液を供給する工程;
    c)押出機中で焼結性無機粉末と水溶液または懸濁液とを混合することで、混合物を得る工程;
    d)区分された押出機において、混合物を、実質的に定容積で、最大200℃の温度まで加熱することにより、圧力を増加させ、混合物に含まれる水を少なくとも部分的に蒸発させることにより、加圧混合物を得る工程;
    e)加圧混合物より圧が低い容積に加圧混合物を膨張させ、ダイヘッドを介して押出しした後、非流動性中間体を得る工程;
    f)任意に、中間体を100℃〜120℃の温度に付して、残存している水を中間体から除去することにより素地を得る工程;
    g)素地または中間体を300℃〜1100℃の温度でか焼する工程;
    h)任意に、か焼された素地を、最大2000℃までの、か焼温度より高い温度で焼結することで、多孔性無機体を得る工程;
    を含むことを特徴とする、好ましくは連続法である方法。
  14. 工程d)の前に、好ましくは工程c)の前に、少なくとも1種の可塑剤が加えられる、請求項13に記載の方法。
  15. 工程d)の前に、少なくとも1種の細孔形成剤および/または少なくとも1種の細孔形成剤前駆体が加えられる、請求項13または14に記載の方法。
  16. 工程d)の前に、好ましくは工程b)の前に、少なくとも1種の界面活性化合物および/または少なくとも1種の発泡剤前駆体が加えられ、好ましくは工程b)で供給される水溶液により加えられる、請求項13〜15のいずれかに記載の方法。
  17. 工程d)において加熱される混合物が、混合物の総重量に対して50〜90重量%の無機粉末を含む、請求項13〜16のいずれかに記載の方法。
  18. 工程d)において加熱される混合物が、無機粉末に対して、2〜20重量%の少なくとも1種のバインダー、0.5〜40重量%の少なくとも1種の可塑剤、任意に、1〜50重量%の少なくとも1種の細孔形成剤、任意に、0.5〜10重量%の少なくとも1種の界面活性化合物、および任意に、20〜90重量%の少なくとも1種の発泡剤前駆体を含む、請求項17に記載の方法。
  19. 工程d)の前に押出機ゾーンにおける混合物の温度が100℃未満、好ましくは最大95℃、より好ましくは最大90℃である、請求項13〜18のいずれかに記載の方法。
  20. 温度制御可能な区分された押出機が二軸スクリュー押出機として構成される、請求項13〜19のいずれかに記載の方法。
  21. 温度制御可能な区分された押出機のダイヘッドの死容積が最大25ml、より好ましくは最大15ml、より好ましくは5から15mlまでの範囲にある、請求項13〜20のいずれかに記載の方法。
  22. 温度制御可能な区分された押出機のダイヘッドに吐出側面を有するノズルが装着され、そのノズルが、吐出側面において、最大1mm、好ましくは最大0.5mm、最も好ましくは最大0.25mmの壁幅を有する、請求項13〜21のいずれかに記載の方法。
  23. 請求項13〜22のいずれかに記載の方法によって得ることができる、または得られる無機体。
  24. 触媒担体としての、好ましくはエチレンオキシド調製用触媒の担体としての、より好ましくはエチレンオキシド調製用銀系触媒の担体としての、請求項1〜12または23のいずれかに記載の無機体の使用。
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