KR20050067135A - 도핑된 산화 아연 분말, 그의 제조 방법 및 그의 용도 - Google Patents

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Abstract

도핑 성분이 알루미늄, 갈륨, 인듐, 게르마늄, 주석의 군으로부터 적어도 1종의 산화물을 포함하고, 0.005 내지 15 중량％의 양으로 도핑된 산화 아연 분말 중에 존재하며, 상기 도핑된 산화 아연 분말은 30 내지 400 nm의 평균 최대 직경을 갖는 기본 입자의 응집물 형태인, 열에 의해서 제조된, 도핑된 산화 아연 분말. 이는 아연 분말과 적어도 1종의 도핑제로부터 산화에 의해 제조되며, 여기에서, 공정은 증기화, 핵형성, 산화 및 켄칭 영역을 통과하며, 상기 도핑제는 그 온도가 아연의 비점 아래인 핵형성 영역에서 계량된다. 상기 도핑된 산화 아연 분말은 전기 전도성 락커 및 피복에 사용될 수 있다.

Description

도핑된 산화 아연 분말, 그의 제조 방법 및 그의 용도 {Doped Zinc Oxide Powder, Process for Its Preparation, and Its Use}
분석 방법
BET 표면적은 DIN 66131에 준하여 측정되었다.
TEM 영상은 히타치(Hitachi) TEM 장치 유형 H-75000-2를 이용하여 수득되었다. 약 500 내지 600 개 응집물을 TEM 장치의 CCD 카메라 및 이어지는 영상 분석에 의해 평가하였다.
변수 F(형태)는 최소 응집물 직경 대 최대 응집물 직경의 비와 같다. 변수 F(원형)는 다음과 같이 계산되었다: F(원형) = (4π x 평균 표면적) / 2 (P) [식 중, P = 응집물의 원주].
변수 F(형태) 및 F(원형)은 입자의 이상적인 원 형태로부터의 편차를 나타낸다. F(형태) 및 F(원형)은 이상적인 원형 물체의 경우에는 1이다. 그 값이 작을수록, 상기 물체의 구조는 이상적인 원 형태로부터 멀어진다.
상기 변수는 ASTM3849-89에 준하여 정의된다.
투과율
분말의 투과율은 1 중량％ 분말 및 99 중량％ 물을 함유하며, 먼저 용해기(2000 rpm, 5 분)에 이어 초음파 핑거(finger)(진폭 80 ％, 4 분)에 의해 분산된 분산액 중에서 측정되었다. 2.0 g의 상기 분산액을 덜어 내어 물로 100 g을 만들었다. 탁도계(Hach, 2100AN 탁도계)를 이용하여 상기 분산액에 대하여 투과율 및 산란된 빛을 측정하였다.
고유 저항
분말의 고유 저항은 실온 및 40％ 상대 습도에서 압축된 밀도(0.0 - 1.6 g/cm3)의 함수로서 측정되었다. 그것이 종료되면, 견본을 두 개의 이동가능한 전극 사이에 놓고, 직류를 적용한 후 전류 흐름을 측정하였다. 다음, 전극 사이의 거리를 줄임으로써 분말의 밀도를 단계적으로 증가시키고, 저항을 다시 측정하였다. 측정은 DIN IEC 93을 따라 수행하였다.
실시예 1
아연 분말(1000 g/h, 입자 크기 ≤ 5 ㎛)을 질소 기류(2.5 m3/h)에 의해, 수소/공기 화염(수소: 4.78 m3/h, 공기: 10.30 m3/h, 람다 = 0.9)이 연소되고 있는 증기화 영역 내로 이송하였다. 그로써 상기 아연 분말은 증기화되었다. 다음, 아연 증기, 수소, 질소 및 물의 반응 혼합물을 2 m3/h의 질소를 계측해 넣음으로써 850℃의 온도로 식히고, 300 g/h의 10 중량％ 염화 알루미늄 수용액(AlCl3 x 6 H2O)을 에어로졸의 형태로 공급하였다. 다음, 3 m3/h의 산화 공기 및 20 m3/h의 켄칭 기체를 가하면, 반응 온도가 약 530℃의 값으로 하강되었다. 도핑된 산화 아연 분말을 여과에 의해 기체 흐름으로부터 분리하였다.
실시예 2
아연 분말(1000 g/h, 입자 크기 ≤ 5 ㎛)을 질소 기류(2.5 m3/h)에 의해, 수소/공기 화염(수소: 4.53 m3/h, 공기: 9.68 m3/h, 람다 = 0.9)이 연소되고 있는 증기화 영역 내로 이송하였다. 그로써 상기 아연 분말은 증기화되었다. 다음, 아연 증기, 수소, 질소 및 물의 반응 혼합물을 2 m3/h의 질소를 계측해 넣음으로써 870℃의 온도로 식히고, 350 g/h의 5 중량％ 염화 인듐(III) 수용액(InCl3 x 4 H2O)을 에어로졸의 형태로 공급하였다. 다음, 3 m3/h의 산화 공기 및 20 m3/h의 켄칭 기체를 가하면, 반응 온도가 약 680℃의 값으로 하강되었다. 도핑된 산화 아연 분말을 여과에 의해 기체 흐름으로부터 분리하였다.
실시예 3
아연 분말(950 g/h, 입자 크기 ≤ 5 ㎛)을 질소 기류(2.5 m3/h)에 의해, 수소/공기 화염(수소: 4.53 m3/h, 공기: 9.68 m3/h, 람다 = 0.9)이 연소되고 있는 증기화 영역 내로 이송하였다. 그로써 상기 아연 분말은 증기화되었다. 다음, 아연 증기, 수소, 질소 및 물의 반응 혼합물을 2.5 m3/h의 질소를 계측해 넣음으로써 880℃의 온도로 식히고, 염화 인듐(III(InCl3 x 4 H2O) 및 사염화 주석(SnCl4)의 95:5 혼합물(각각 산화물 기준)의 6 중량％ 수용액 320 g/h를 에어로졸의 형태로 공급하였다. 다음, 3 m3/h의 산화 공기 및 20 m3/h의 켄칭 기체를 가하면, 반응 온도가 약 650℃의 값으로 하강되었다. 도핑된 산화 아연 분말을 여과에 의해 기체 흐름으로부터 분리하였다.
실시예 4 (비교예):
아연 분말(200 g/h, 입자 크기 ≤ 5 ㎛) 및 14.3 g/h의 염화 알루미늄을 질소 기류(1.5 m3/h)에 의해, 수소/공기 화염(수소: 5 m3/h, 공기: 23 m3/h, 람다 = 1.93)이 연소되고 있는 증기화 영역 내로 이송하였다. 다음, 아연 증기, 도핑제, 수소, 질소 및 물의 반응 혼합물을 1.5 m3/h의 질소를 계측해 넣음으로써 990℃의 온도로 식혔다. 다음, 5 m3/h의 산화 공기 및 15 m3/h의 켄칭 기체를 가하면, 반응 온도가 약 440℃의 값으로 하강되었다. 도핑된 산화 아연 분말을 여과에 의해 기체 흐름으로부터 분리하였다.
실시예 5 (비교예)
아연 분말(300 g/h, 입자 크기 ≤ 5 ㎛)을 질소 기류(1.5 m3/h)에 의해, 수소/공기 화염(수소: 4.6 m3/h, 공기: 9.0 m3/h, 람다 = 0.84)이 연소되고 있는 증기화 영역 내로 이송하였다. 그로써 상기 아연 분말은 증기화되었다. 다음, 아연 증기, 수소, 질소 및 물의 반응 혼합물을 1.5 m3/h의 질소를 계측해 넣음으로써 870℃의 온도로 식혔다. 다음, 4 m3/h의 산화 공기 및 30 m3/h의 켄칭 기체를 가하면, 반응 온도가 약 300℃의 값으로 하강되었다. 도핑된 산화 아연 분말을 여과에 의해 기체 흐름으로부터 분리하였다.
시험을 위한 공정 변수를 표 1에 나타내며, 수득되는 분말의 제품 성질을 표 2에 나타낸다.
본 발명에 따르는 방법에 의해 제조된 실시예 1 및 3의 분말은 약 110 내지 150 nm의 평균 최대 응집물 직경을 갖는다. 매우 양호한 투과율 및 고유 저항 값이 수득되었다. 아연 분말의 비점보다 높은 온도에서 산화가 일어난 비교예 4의 분말은 300 nm보다 현저하게 큰 평균 최대 응집물 직경을 갖는다. 투과율 및 고유 저항의 결과된 값은 실시예 1 내지 3의 본 발명에 따르는 분말의 것보다 현저하게 높았다. 실시예 5는 아연의 비점 아래에서 산화에 의해 수득된 도핑되지 않은 산화 아연 분말의 제조를 기재한다. 상기 분말의 투과율은 본 발명에 따르는 분말의 것과 필적할 만하였으나, 고유 저항은 현저하게 높았다.
공정 변수
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5
증기화 아연 g/h 1000 1000 950 200 + 14.3(1) 300
질소 m3/h 2.5 2.5 2.5 1.5 1.5
수소 m3/h 4.78 4.53 4.53 5 4.6
공기 m3/h 10.3 9.68 9.68 23 9.0
람다 0.9 0.9 0.9 1.93 0.84
핵형성 도핑제 InCl3 x 4H2O InCl3 x 4H2O+ SnCl4 (2) AlCl3 x 6H2O -
도핑제의양 g/h 300 g/h(10％ sol.) 350 g/h(5％ sol.) 320 g/h(6％ sol.) - -
냉각 기체 m3/h 2 2 2.5 1.5 1.5
온도 ℃ 850 870 880 990 870
산화 산화 공기 m3/h 3 3 3 5 4
켄칭 켄칭 기체 m3/h 20 20 20 15 30
온도 ℃ 약 530 약 680 약 650 약 440 약 296
(1) 아연(200 g/h)과 염화 알루미늄(14.3 g/h)을 함께 증기화함;(2) 비: 95:5 (산화물 기준)
제품 성질
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5
도핑 산화알루미늄 산화 인듐 산화 인듐/산화 주석 산화알루미늄 -
도핑의 양 중량％ 2.0 2.6 2.8/0.15 3.0 -
평균 최대 응집물 직경 nm 109 145 130 1374 133
형태 인자 F (원형) 0.41 0.41 0.41 n.d.(1) 0.32
형태 인자 F (형태) 0.64 0.63 0.62 n.d. 0.61
평균 응집물 표면적 nm2 4734 8666 7243 n.d. n.d.
평균 기본 입자 직경 nm 23 20 19 n.d. n.d.
BET 표면적 m2/g 20 23 25 8.3 20
고유 저항 Ω x cm 102 105 103 4.3 x 109 108
투과율 ％ 71.2 83.8 83.8 n.d. 72.7
(1) n.d. = 측정되지 않음
본 발명은 도핑된 산화 아연 분말, 그의 제조 및 그의 용도에 관한 것이다.
예를 들면 플라스틱, 락커, 피복 또는 섬유와 같은 많은 응용에서 전기 전도성 물질이 요구된다. 전기 전도성 뿐만 아니라, 많은 경우에 그러한 물질은 예를 들면 옅은 색의 또는 착색된 피복의 경우에 거의 투명한 것이 바람직하다.
전도성 물질의 예로서 제 3 족 또는 4 족 주요 원소의 금속 산화물로 도핑된 산화 아연이다.
알칼리 아연산염 및 도핑제의 용액으로부터 산에 의한 공침전에 의하여 도핑된 산화 아연을 제조하는 것이 공지되어 있다(EP-A-404087, EP-A-405364).
아연 분말 및 도핑제를 포함하는 증기 혼합물을 산소-함유 대기 중 산화시킴으로써 도핑된 산화 아연을 제조하는 것이 또한 공지되어 있다.
EP-A-598284는 알루미늄, 갈륨, 인듐, 주석, 게르마늄 또는 규소의 염화물 및 브롬화물로 된 군에서 선택된 도핑제의 존재 하에 아연 증기의 산화에 의해 도핑된 산화 아연을 제조하는 방법을 기재한다. 상기 도핑제는 그들이 산소 원자를 함유하지 않아야 하고 그들의 비점이 아연의 비점보다 높지 않도록 제한된다.
공지의 제조 방법은 통상적으로 마이크로미터 범위의 크기를 갖는 침상 또는 3-차원으로 분지화된 침상의 입자를 생성한다. 그러한 입자들은 전기 전도성의 면에서 구형 입자들에 비하여 장점을 가질 수 있다. 그러나, 그들의 조악한 소결 성질 및 그들의 조악한 분산성은 불리하다.
공지된 구형의 도핑된 산화 아연 입자는 산화 아연 분말과 산화 갈륨을 탄소의 존재 하에 감압 하에 소성시킴으로써 수득된다(JP58-145620).
유사한 방법이 JP59-097531, JP58-145620 및 US3538022에 기재되어 있다. 이러한 공지 방법에 의해 제조된 구형 입자의 단점은 종종, 침상 입자에 비하여 그들의 보다 낮은 전도성 및 보다 낮은 투명성에 있다.
본 발명의 목적은 높은 투명도를 가지며 종래 기술의 단점을 갖지 않는 전기 전도성의 도핑된 산화 아연 분말을 제조하는 것이다.
상기 목적은 열에 의해서 제조된, 도핑된 산화 아연 분말에 의해 성취되는데, 여기에서, 상기 도핑 성분은 알루미늄, 갈륨, 인듐, 게르마늄, 주석, 규소를 포함하는 군으로부터 적어도 1종의 산화물을 포함하며, 이는 상기 도핑된 산화 아연 분말이 30 내지 400 nm의 평균 최대 직경을 갖는 응집물의 형태이고 상기 도핑 성분이 0.005 내지 15 중량％의 양으로 존재하는 것으로 특징된다.
열에 의해서란 화염 산화 및 화염 가수분해에 의해 도핑된 산화 아연이 형성됨을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명에 따르면, 화염 산화는 연소 기체, 바람직하게는 수소 및 산소의 반응에 의해 생성된 화염 중 기체 상에서 아연을 산화 아연으로 산화시키는 것을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명에 따르면, 화염 가수분해는 같은 화염 중 가수분해 및 이어지는 도핑제의 산화를 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
상기 방법에서, 고도로 분산되어 있는 비-다공성의 기본 입자가 먼저 형성되고, 반응이 진행됨에 따라 그들이 함께 모여서 응집물을 형성하며, 이들 응집물들이 함께 더 연합하여 덩어리를 형성한다.
도핑 성분은 본 발명의 분말 중에 존재하는 것과 같이, 상기 언급된 금속의 1종 이상의 산화물을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 도핑제는 금속 성분으로 상기 언급된 금속을 담지하고 본 발명에 따르는 분말의 제조 도중 산화물로 변환되는 물질을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명에 따르는 산화 아연 분말 중 도핑 성분의 함량은 사용되는 특정 산화물에 근거한다.
기본 입자는 고-해상도 TEM 영상에서, 명백히 더 이상 분쇄될 수 없는 가장 작은 입자로서 이해되어야 한다. 여러 개의 기본 입자가 그들의 접촉점에서 함께 연합하여 응집물을 형성할 수 있다. 그러한 응집물은 분산 장치를 이용하여 다시 분리되기 어렵거나 전혀 분리될 수 없다. 여러 개의 응집물이 느슨하게 함께 연합하여 덩어리를 형성할 수 있으며, 이 과정은 적절한 분산에 의해 다시 되돌려지는 것이 가능하다.
평균 최대 응집물 직경은 ASTM 3849-89에 따르는 영상 분석에 의해 결정된다. 상기 과정에서, 약 1500 개 응집물의 최대 직경이 측정되고 그로부터 산술 평균이 계산된다. 최대 평균 직경은 응집물의 구조를 평균 직경보다 더 정확하게 나타낸다.
본 발명에 따르는 산화 아연 분말의 평균 최대 응집물 직경은 바람직하게는 50 내지 300 nm, 특히 바람직하게는 80 내지 200 nm의 값을 갖는다. 상기 범위 내에서, 전기 전도성 및 투명도가 특히 유리한 값을 갖는다.
본 발명에 따르는 분말의 응집물은 바람직하게는 0.5 미만의 형태 인자 F(원형)로 정의되는 대체로 이방성인 구조를 갖는다. 변수 F(원형)는 이상적인 원형 형태로부터 응집물의 편차를 나타낸다. 이상적인 원형의 물체의 경우 F(원형)는 1과 같다. 그 값이 작을 수록, 물체의 구조는 이상적인 원형의 형태에서는 멀어진다. 상기 변수의 정의는 ASTM 3849-89에 따른다.
ASTM 3849-89에 따르는 영상 분석으로부터 유사하게 결정된, 본 발명에 따르는 산화 아연 분말의 평균 기본 입자 직경은 유리하게는 5 내지 30 nm일 수 있다.
DIN 66131에 따라 측정된 본 발명에 따르는 산화 아연 분말의 BET 표면적은 5 내지 100 m2/g의 광범위한 한계 내에서 변할 수 있다. 30 내지 70 m2/g의 값이 바람직하다.
산화 아연 분말의 고유 저항도 넓은 범위에서 변할 수 있다. 산화 아연이 전기 전도성 분말의 형태로 사용되는 응용의 경우, 이는 106 Ohm x cm 이하여야 한다. 이는 1.0 g/cm3의 압축된 밀도에서 바람직하게는 102 내지 104 Ohm x cm이다.
또한, 산화 아연 분말의 투과율은 70％를 초과하는 값일 수 있다. 이는 높은 투명도가 요구되는 응용의 경우 중요성을 가질 수 있다.
본 발명에 따르는 산화 아연 분말 중 도핑 성분의 양은 0.005 내지 15 중량％ 산화 아연 분말에서 변한다. 도핑은 0.1 내지 6.0 중량％가 바람직할 수 있다. 0.5 내지 3.0 중량％의 범위가 특히 바람직하다.
바람직한 도핑 성분은 산화 알루미늄일 수 있다.
추가의 바람직한 도핑 성분은 산화 인듐과 산화 주석의 혼합물일 수 있다. 산화 인듐의 양은, 각 경우에 산화물로서 계산된, 산화 인듐과 산화 주석의 합을 기준으로 90 내지 99 중량％가 바람직하다.
본 발명은 또한 본 발명에 따르는 도핑된 산화 아연 분말의 제조를 위한 방법을 제공하는데, 상기 방법은 상기 분말이 아연 분말 및 적어도 1종의 도핑제로부터 4 개의 연속적 영역인 증기화 영역, 핵형성 영역, 산화 영역 및 켄칭 영역에서 수득되는 것으로 특징되고,
- 상기 증기화 영역에서는, 아연 분말이 공기 및(또는) 산소와 연소 기체, 바람직하게는 수소의 화염 중에서 증기화되며, 단, 상기 반응 변수는 아연의 산화가 일어나지 않도록 선택되고,
- 증기화 영역으로부터 화염 반응의 반응 생성물로서 아연 증기, 수증기 및 선택적으로 과량의 연소 기체로 구성되는 고온의 반응 혼합물이 통과하는 핵형성 영역에서는, 상기 반응 혼합물이 500 내지 900℃의 온도로 냉각되거나 비활성 기체에 의해 냉각되고, 적어도 1종의 도핑제를 함유하는 에어로졸이 산화 아연 분말 중 도핑제의 바람직한 양에 해당하는 양으로 공급되며,
- 산화 영역에서는, 상기 핵형성 영역으로부터의 혼합물이 공기 및(또는) 산소에 의해 산화되고,
- 켄칭 영역에서는, 산화 혼합물이 냉각 기체의 첨가에 의해 400℃ 미만의 온도로 냉각된다.
상기 에어로졸은 적어도 1종의 도핑제를 함유하는 수성, 알코올성 및 수성-알코올성 용액 또는 현탁액으로부터 수득될 수 있다.
2종 이상의 도핑제가 사용되는 경우, 상기 에어로졸은 형성되어 상기 핵형성 영역에 함께 또는 따로 도입될 수 있다. 에어로졸의 생성은 예를 들면 쌍을 이루는 노즐 또는 초음파 분무에 의해 수행될 수 있다.
본 발명에 따르는 방법은 도핑제(들)을 에어로졸의 형태 대신 증기화된 형태로 핵형성 영역에 공급함으로써 수행될 수도 있다. 그러한 경우, 상기 도핑제는 아연 분말과 같은 방식으로, 즉 공기 및(또는) 산소 및 연소 기체, 바람직하게는 수소의 화염 중에서 증기화될 수 있다. 단, 상기 반응 변수는 도핑제의 산화가 일어나지 않도록 선택된다. 도핑제는 아연 분말과 따로 또는 함께 증기화될 수 있다.
본 발명에 따르는 방법은 상기 증기화 영역 내 하나 이상의 위치에서 공기 및(또는) 산소 및 연소 기체를 공급함으로써 수행될 수 있다. 유사하게, 공기 및(또는) 산소 및 연소 기체는 산화 영역 내 하나 이상의 위치에서 공급될 수 있다.
기체 흐름으로부터 산화 아연 분말의 분리는 필터, 원심분리기(cyclone), 세척기 또는 기타 적합한 분리기에 의해 수행될 수 있다.
도 1a-c는 단순화된 반응 개요를 나타낸다. 도면에서:
A = 아연 분말, Av = 아연 증기, ANu = 핵형성 영역에서의 아연 입자,
B = 도핑제, Bv = 증기화된 도핑제, BNu = 핵형성 영역에서의 도핑제, BAe = 에어로졸 형태의 도핑제
C = 물,
P = 도핑된 산화 아연 분말,
a = 연소 기체, b = 공기 및(또는) 산소; c = 비활성 기체 (냉각 기체),
IA = 아연 분말 증기화, IB = 도핑제 증기화, IA+B = 아연 분말과 도핑제를 함께 증기화함, IAe = 도핑제를 에어로졸로 변환함
II = 핵형성, III = 산화, IV = 켄칭.
도 1a는 아연 분말이 증기화되고 도핑제가 에어로졸의 형태로 핵형성 영역으로 도입되는 변법을 나타낸다. 도 1b는 아연 분말 및 도핑제가 함께 증기화되는 변법을 나타내고, 도 1c는 그들이 별도로 증기화되어 핵형성 영역으로 공급되는 변법을 나타낸다.
아연 분말 및 선택적으로 또한 도핑제의 증기화 도중, 0.5 내지 0.99, 바람직하게는 0.8 내지 0.95의 람다 값으로 표현되는 과량의 연소 기체를 사용하는 것이 가능하다.
핵형성 영역의 온도는 700℃ 내지 800℃인 것이 또한 유리할 수 있다.
추가의 변동가능한 공정 변수는 예를 들면 냉각 속도 및 공정의 각 단계 중 체류 시간이다.
핵형성 영역의 냉각 속도는 바람직하게는 100 K/s 내지 10,000 K/s이고, 2000 K/s 내지 3000 K/s의 값이 특히 바람직하다. 켄칭 영역에서 냉각 속도는 바람직하게는 1000 K/s 내지 50,000 K/s이고, 5000 K/s 내지 15,000 K/s의 값이 특히 바람직하다.
증기화 영역의 체류 시간은 바람직하게는 0.1 s 내지 4 s이고, 0.5 s 내지 2 s의 값이 특히 바람직하다. 핵형성 영역의 체류 시간은 바람직하게는 0.05 s 내지 1.00 s, 특히 바람직하게는 0.1 s 내지 0.2 s이다. 산화 영역의 체류 시간은 바람직하게는 5 ms 내지 200 ms이며, 10 ms 내지 30 ms의 값이 특히 바람직하다. 켄칭 영역의 체류 시간은 바람직하게는 0.05 s 내지 1.00 s이며, 0.1 s 내지 0.2 s의 값이 특히 바람직하다.
할로겐화물, 질산염, 알킬, 알콕시드 및(또는) 이들의 혼합물이 도핑제로서 사용될 수 있다. 알루미늄, 인듐 및 주석의 할로겐화물을 사용하는 것이 특히 바람직하다.
본 발명에 따르는 산화 아연 분말은 전기 전도성의 선택적으로 투명한 락커 및 피복에 충진재로서, 또는 태양광 보호 조성물에 사용될 수 있다.
본 발명에 따르는 도핑된 산화 아연 분말은 새로운 제조 방법으로 인하여 예를 들면, 정의된 응집물 크기, 전기 전도성 또는 투명도와 같은 그의 성질을 획득한다. 열에 의한 공정이 항상 아연 및 도핑제의 증기의 산화와 함께 시작되는 종래 기술과 비교하면, 본 발명에 따르는 방법에서의 아연 증기는 산화 이전 아연의 비점 아래로 냉각된다. 그 결과, 아연 결정자의 형성과 함께 핵형성이 일어날 수 있다. 도핑제는 상기 핵형성 영역에 첨가된다.
상기 형성 메카니즘 및 결정자의 구조는 밝혀지지 않았다. 예를 들면, 냉각 속도, 체류 시간 및(또는) 온도와 같은 공정 변수를 변화시킴으로써, 상기 분말의 성질을 특정 요건에 적응시키는 것이 가능하다.

Claims (18)

  1. 도핑된 산화 아연 분말이 30 내지 300 nm의 평균 최대 직경을 갖는 응집물의 형태이고, 도핑 성분이 0.005 내지 15 중량％의 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는, 도핑 성분이 알루미늄, 갈륨, 인듐, 게르마늄, 주석, 규소 원소의 군으로부터 1종 이상의 산화물을 포함하는, 열에 의해서 제조된 도핑된 산화 아연 분말.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 평균 최대 응집물 직경이 바람직하게는 50 내지 400 nm, 특히 바람직하게는 80 내지 200 nm의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 산화 아연 분말.
  3. 제 1 또는 2 항에 있어서, 상기 응집물이 0.5 미만의 형태 인자 F(원형)로 정의되는 대체로 이방성인 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 산화 아연 분말.
  4. 제 1 내지 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 평균 기본 입자 직경이 5 내지 30 nm인 것을 특징으로 하는 산화 아연 분말.
  5. 제 1 내지 4 항 중 어느 한 항에 있어서, BET 표면적이 5 내지 100 m2/g인 것을 특징으로 하는 산화 아연 분말.
  6. 제 1 내지 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 105 Ohm x cm 이하의 고유 저항을 갖는 것을 특징으로 하는 산화 아연 분말.
  7. 제 1 내지 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 70％의 투과율을 갖는 것을 특징으로 하는 산화 아연 분말.
  8. 제 1 내지 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도핑 성분의 양이 바람직하게는 0.2 내지 6.0 중량％인 것을 특징으로 하는 산화 아연 분말.
  9. 제 1 내지 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도핑 성분이 산화 알루미늄인 것을 특징으로 하는 산화 아연 분말.
  10. 제 1 내지 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도핑 성분이 산화 인듐과 산화 주석의 혼합물인 것을 특징으로 하는 산화 아연 분말.
  11. 아연 분말 및 적어도 1종의 도핑제로부터 4 개의 연속적 영역인 증기화 영역, 핵형성 영역, 산화 영역 및 켄칭 영역에서 산화 아연 분말이 수득되는 것을 특징으로 하고,
    상기 증기화 영역에서는, 아연 분말이 공기 및(또는) 산소와 연소기체의 화염 중에서 증기화되며, 단, 상기 반응 변수는 아연의 산화가 일어나지 않도록 선택되고,
    증기화 영역으로부터 화염 반응의 반응 생성물로서 아연 증기, 수증기, 및 선택적으로 과량의 연소 기체로 구성되는 고온의 반응 혼합물이 통과하는 핵형성 영역에서는, 상기 반응 혼합물이 500 내지 900℃의 온도로 냉각되거나 비활성 기체에 의해 냉각되고, 적어도 1종의 도핑제를 함유하는 에어로졸이 산화 아연 분말 중 도핑제의 바람직한 양에 해당하는 양으로 공급되며,
    산화 영역에서는, 상기 핵형성 영역으로부터의 혼합물이 공기 및(또는) 산소에 의해 산화되고,
    켄칭 영역에서는, 산화 혼합물이 냉각 기체의 첨가에 의해 400℃ 미만의 온도로 냉각되는,
    제 1 내지 10 항 중 어느 한 항에 따르는 산화 아연 분말의 제조 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 에어로졸 대신 적어도 1종의 도핑제가 증기화된 형태로 핵형성 영역에 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 11 또는 12 항에 있어서, 0.5 내지 0.99의 람다 값으로 표현되는 과량의 연소 기체가 아연 분말 및 도핑제의 증기화에 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 11 내지 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 핵형성 영역의 온도가 바람직하게는 700℃ 내지 800℃인 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 11 내지 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 냉각 속도가 핵형성 영역에서 바람직하게는 100 K/s 내지 10,000 K/s이고, 켄칭 영역에서 바람직하게는 1000 K/s 내지 50,000 K/s인 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 11 내지 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 체류 시간이 증기화 영역에서 바람직하게는 0.1 s 내지 4 s이고, 핵형성 영역에서 바람직하게는 0.05 s 내지 1.00 s이고, 켄칭 영역에서 바람직하게는 0.05 s 내지 1.00 s이며, 산화 영역에서 바람직하게는 5 ms 내지 200 ms인 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 11 내지 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 할로겐화물, 질산염, 알킬, 알콕시드 및(또는) 이들의 혼합물이 도핑제로 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 1 내지 10 항 중 어느 한 항에 따르는 산화 아연 분말의, 전기 전도성의 선택적으로 투명한 락커 및 피복에서 충진재로서의, 또는 태양광 보호 조성물에서의 용도.
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