KR20090016608A - 온도-조절된 반응 챔버에서 발열성 금속 옥사이드의 생산 - Google Patents

온도-조절된 반응 챔버에서 발열성 금속 옥사이드의 생산 Download PDF

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Abstract

적어도 하나의 버너 노즐, 반응 재료용 공급 장치, 및 500℃ 미만의 벽 온도로 조절 가능한, 반응기 벽을 위한 냉각 장치를 포함함을 특징으로 하는 금속 옥사이드 생산 장치.

Description

온도-조절된 반응 챔버에서 발열성 금속 옥사이드의 생산 {Production of pyrogenic metal oxides in temperature-controlled reaction chambers}
본 발명은 우수하고 일관된 품질을 가진 발열성 금속 옥사이드, 그의 제조, 및 용도에 관한 것이다.
발열성 금속 옥사이드, 더욱 특히 발연 실리카(fumed silica)는 예를 들어 탄성중합체(elastomer)의 보강 충진제로서, 피복재용 유동 첨가제(rheological additive)로서, 점착제, 및 실란트, 또는 화학-기계적인 표면 연마, 반도체 부문에서 폭넓은 산업적 용도을 가지고 있다. 예를 들어, 발연 실리카와 같은 발열성 금속 옥사이드는 예를 들어 문헌(Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry (Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2002))에 기재된 바와 같이 산소-수소 화염 내에서 할로겐 실리콘 화합물을 고온 가수분해하여 얻는다. 상기 확인된 적용 분야와 관련된 발열성 금속 옥사이드의 품질 특징은 그들의 비표면적, 소결된 응집물의 3차원 구조, 소결된 응집물의 평균 유체역학 균등 직경, 조입자 분획, 및 금속성 및 비금속성 불순물의 농도이다. 이들 품질 특징은 작업 반응 구역, 즉, 화염 구역 에서 전적으로 또는 적어도 지배적으로 영향을 받는다.
또한, 상기 확인된 품질 특징과의 일관된 유연성(compliance)은 언급된 적용 분야에서 금속 옥사이드 입자의 용도에 있어서 결정적이다. 발열성 미립자 고체 생산의 내재된 특징은, 예를 들어 재침전 또는 재결정화와 같은 정제 단계에 의한 합성 후 품질 개선이 불가능하다는 사실이다.
본 명세서에서 고 산물 품질은 개선된 생산 조건에 의해 조악한 제품의 분획이 감소됨을 의미하며, 이는 본 발명에 따른 개선된 생산 조건을 사용하지 않고 얻어진 산물과 비교하여 소결된 응집물의 유체역학 균등 직경의 분포가 더 좁아짐에 의해 명백해진다.
일관된 산물 품질은 품질 특징의 통계적 평가에서 측정치의 표준 분포가 좁은 표준 편차를 나타냄을 의미한다.
본 발명의 목적은 선행 기술에 대한 개선, 더욱 특히, 일관된 고품질의 발열성 금속 옥사이드 입자를 제공하고, 발열성 금속 옥사이드 부분에서 일관된 생산물 품질을 나타내는 산업적 규모의 생산 조건을 발견하는 것이다.
놀랍게도, 그리고 당업자가 전혀 예측하지 못한 방식으로, 화염 반응기 벽 온도를 조절함으로써 생성된 발열성 금속 옥사이드의 품질 및 품질의 일관성을 유의적으로 높일 수 있다는 사실이 발견되었다.
본 발명은 적어도 하나의 버너 노즐, 반응 재료의 공급 장치, 및 500℃ 미만, 바람직하게 250℃ 미만, 더욱 바람직하게 200℃ 미만으로 벽 온도를 조절할 수 있는 반응기-벽 냉각 시스템을 포함함을 특징으로 하는 금속 옥사이드 생산 장치를 제공한다.
본 발명은, 추가로, 화학식 I의 기화성(vaporizable) 할로겐 금속 화합물을 화학식 II의 금속 옥사이드로 고온 가수분해하며, 500℃ 미만 및 더욱 바람직하게 200℃ 미만의 벽 온도에서 방법을 수행함을 특징으로 하는 발열성 금속 옥사이드의 생산 방법을 제공한다:
MHaRbXc (I)
MdOe (II)
상기 식에서
M: Si, Al, Ti, Zr, Zn, Ce, Hf, Fe
R: M-C-결합된 C1-C15 탄화수소 라디칼, 바람직하게 C1-C8 탄화수소 라디칼, 더욱 바람직하게 C1-C3 탄화수소 라디칼, 또는 아릴 라디칼이며, 각각의 R은 동일하거나 상이할 수 있고,
X: 할로겐 원자, OR 라디칼이며, R은 상기 정의한 바와 같고,
a: 0, 1, 2, 3,
b: 0, 1, 2, 3,
c: 1, 2, 3, 4,
d: 1, 2,
e: 1, 2, 3이며,
단, a + b + c의 합은
Si, Ti, Zn, Zr, Hf의 경우 4이고,
Al, Fe의 경우 3이며,
Zn의 경우 2이다.
본 발명에 따라 반응시키는 화학식 I의 금속 할로겐 화합물은 특별히 200℃ 미만, 바람직하게 100℃ 미만, 및 더욱 바람직하게 80℃ 미만의 온도에서 분해되지 않고 기화될 수 있다는 사실을 특징으로 한다.
바람직하게 사용되는 화학식 I의 금속 할로겐 화합물은 테트라클로로실란, 메틸트리클로로실란, 하이드로겐트리클로로실란, 하이드로겐메틸디클로로실란, 테트라메톡시실란, 테트라에톡시실란, 헥사메틸디실록산, 또는 그의 혼합물이다. 테트라클로로실란이 특히 바람직하다.
화학식 I의 금속 할로겐 화합물은 순수한 화합물의 형태로 또는 화학식 I의 상이한 화합물의 혼합물로서 반응시킬 수 있으며, 혼합물은 도입 전에 증발기 단위(vaporizer unit)에서 생산되거나 상이한 성분의 동시 도입에 의해 증발기에서 형성될 수 있다. 증발기 상류(upstream)를 혼합하는 것이 바람직하다.
금속 할로겐 화합물은 추가로 20% 이하의 질량 분획으로 탄화수소와 같은 비금속 화합물을 바람직하게 포함할 수 있다.
필수 온도를 얻기 위한 연소 기체로서, 그리고 물의 공급원으로서 작용할 수 있는 것은 바람직하게 H2, O2, 공기, 산소-강화 공기, CO, 및 메탄, 에탄 및 프로판과 같은 탄화수소이다.
클로로실란의 가수분해에 필요한 물은 바람직하게 연소 기체의 반응에 의해 생성된다. 즉, 바람직하게, 증기는 화염 반응기 내로 공급되지 않는다.
연소 기체 및 화학식 I의 기화된 금속 할로겐 화합물은 공지 구조의 노즐을 통해 화염 반응기 공간 내로 공급된다.
언급된 연소 기체들 사이의 반응은 ΔH298　=　-12　kJ/mol 로 매우 발열성이다. 반응 기체들은 선행기술에 따른 열 교환 시스템을 통해 반응기의 하류에서 냉각된다.
화염 반응기는 알루미늄 또는 내열 및 내부식(corrosion-resistant) 스틸, 바람직하게는 주된(predominant) 니켈 분획을 가지는 특수-목적의 스틸로 구성된다.
문제의 반응기는 바람직하게는 예를 들어 DE　1244125에 기재된 밀폐형 화염 반응기이다.
화염 반응기의 벽 면적은 200　㎡ 미만, 바람직하게 100　㎡ 미만이다. 화염 반응기 벽은 임의의 바람직한 밀폐형 기하 형태를 가질 수 있으며, 바람직하게는 원통형 디자인을 갖는다.
화염 반응기의 벽은 바람직하게는 냉각되어 있다. 화염 반응기의 재킷(jacket)은 단일-벽 또는 이중-벽 디자인일 수 있으며, 바람직하게는 이중-벽 디자인이다.
냉각 매질은 2개의 벽 사이 영역을 통해 흐르며, 거리는 바람직하게는 사용된 냉각 매질에 따라 예를 들어 층상 또는 관상 흐름을 유발하도록 선택된다. 관상 흐름이 바람직하다.
바람직하게는 냉각 매질이 흐르는 화염 반응기 벽 주위를 감는 튜브 코일을 통해 재킷을 냉각시키는 것도 가능하다. 양쪽 변형의 임의의 바람직한 조합도 가능하다. 냉각 매질의 기능으로서 냉각 매질의 흐름 및 열 전달 계수가 최적으로 형성되도록 냉각의 기하학적 배열을 디자인한다.
화염 반응기의 외부 면 위로 냉각 매질을 통과시켜 냉각을 달성한다. 화염 반응기의 내부 벽은 벽 표면을 통해 냉각되며, 냉각 매질이 가열된다.
냉각 매질은 적합한 열 전달 계수를 가지는 적당한 물질 또는 물질의 혼합물이며, 바람직하게는 물 또는 냉각 염수(brine), 또는 기체상 물질, 바람직하게는 공기이다.
냉각 매질은 바람직하게는 순환할 수 있거나(도 1), 소비 단위(consumer unit)로 직접 전달될 수 있다(도 2). 이러한 목적으로 냉각 매질(1)을 운반 보조장치(conveying assistant)(III), 바람직하게는 하나 이상의 적당한 구조의 펌프를 사용하여 활발하게 순환시키거나, 특히 기체상 매질의 경우에, 자생 압력 또는 대류에 의해 화염 반응기(I)의 외부 면 상을 통과시킨다. 순환 변형의 경우에, 가열된 냉각 매질이 교환 요소(exchanger element)(II)로 공급되며, 여기에서 냉각 매질을 다시 냉각시키기 위하여 다른 매질(예를 들어 물, 공기)(2)과의 열 교환이 이루어질 수 있다. 운반 보조장치가 사용되는 경우, 교환 요소(II)와 운반 보조장치(III)의 회로 내 순서는 임의로 그리고 자유롭게 바뀔 수 있다.
물이 냉각 매질(1)로 사용되는 경우, 증기(2a)의 형태로 제거된 열을 회수하는 것이 바람직하다. 이러한 목적으로 시스템을 압력하에 유지한다. 시스템의 압력이 높을수록 전달된 증기 온도가 높다. 시스템의 내부 압력은 1　bar를 초과하고, 바람직하게는 2　bar를 초과하며, 더욱 바람직하게는 5　bar를 초과한다.
본 발명에 따라 발생된 증기는 열 발생 또는 전기 에너지 발생(IV)에 대해 공지된 방법에 따라 이용할 수 있다.
벽 면적 자체에 추가하여, 동일한 디자인이 노즐, 탐침과 같은 모든 내부구조 뿐아니라 예를 들어 온도 계량기 또는 화염 모니터와 같은 공정 제어 설비를 냉각시키기 위해 사용될 수도 있다. 이는 그들의 사용 수명(service life)을 유의적으로 개선하며, 내부 구조의 부식에 따른 산물 내의 불순물이 제거된다.
내부 구조는 동일 냉각 섹션을 사용하여 냉각될 수 있지만, 냉각 매질을 사용하는 별도의 제2 섹션을 작동시키는 것도 가능하며, 이는 제1 섹션과 연계되어 있을 수도 있고 완전히 분리되어 작동할 수도 있다.
냉각 공간으로의 냉각 매질 입구 온도는 500℃ 미만, 바람직하게 250℃ 미만, 더욱 바람직하게 200℃ 미만이다.
냉각 공간으로부터 냉각 매질의 출구 온도는 500℃ 미만, 바람직하게 250℃ 미만, 더욱 바람직하게 200℃ 미만이다.
화염 반응기의 내부 벽의 온도는 500℃ 미만, 바람직하게 250℃ 미만, 더욱 바람직하게 200℃ 미만이다.
버너 공간에서의 반응 후에, 입자 및 공정 기체로 구성된 반응 혼합물을 냉각시키고 금속 옥사이드 입자를 공정 기체로부터 분리한다. 바람직하게는 필터를 사용하여 이를 수행한다.
냉각된 화염 반응기의 추가 이점은 냉각된 반응기 공간에서 공정 기체가 예비냉각된다는 것이다. 따라서 화염 반응기 하류의 공정 기체 냉각 시스템은 더욱 효과적으로 작동할 수 있으며 장치는 더욱 작아진다.
그 다음에 금속 옥사이드 입자를 정제하여 흡착된 염화수소 기체를 제거한다. 이는 바람직하게는 뜨거운 기체 흐름 내에서 이루어지며; 바람직한 기체는 250℃ - 600℃, 바람직하게 250℃ - 500℃, 더욱 바람직하게 300℃ - 450℃ 온도의 공기 또는 질소이다.
본 발명은 추가로 본 발명의 방법에 의해 얻어진 화학식 II의 발열성 금속 옥사이드를 제공한다.
발열성 금속 옥사이드는 알루미늄, 실리콘, 주석과 같은 주로 2 또는 3족의 옥사이드, 또는 티타늄 옥사이드, 지르코늄 디옥사이드, 철 옥사이드 등과 같은 전이 금속 옥사이드일 수 있다.
바람직한 것은 실리콘 디옥사이드, 알루미늄 옥사이드, 티타늄 옥사이드, 및 지르코늄 옥사이드이며, 특히 바람직한 것은 실리콘 디옥사이드이고, 매우 특히 바람직한 것은 발열성 실리콘 디옥사이드이다.
본 발명의 발열성 금속 옥사이드는 DIN EN ISO 9277/DIN 66/22에 따른 BET 방법으로 측정된 비표면적이 바람직하게는 10　㎡/g를 초과하고, 더욱 바람직하게는 30 내지 500　㎡/g이며, 특히 바람직하게는 50 내지 450　㎡/g이다.
본 발명의 금속 옥사이드는 바람직하게 작은 분획의 조악한 입자를 가짐을 추가의 특징으로 한다.
이는 광자 상관성 분광광도계(photon correlation spectroscopy)를 사용하여 얻어진, 본 발명에 따른 금속 옥사이드의 평균 강도-가중 입자 직경 z-평균(average intensity-weighted particle diameter z-average)의 다분산 지수(polydispersity index)(PDI)가 0.3 미만, 바람직하게는 0.25 미만, 더욱 바람직하게는 0.2 미만임을 의미한다. 이는 추가적으로 본 발명의 금속 옥사이드가 DIN EN ISO 787-18에 따라 측정된 목커 체 잔류물(Mocker sieve residue)을 0.04% 미만, 바람직하게는 0.01% 미만, 더욱 바람직하게는 0.007% 미만을 함유함을 의미한다.
본 발명의 금속 옥사이드는 특별히 작은 분획의 난분산성(difficult-to-disperse) 입자를 가짐을 특징으로 한다.
이는 1000 cS의 비점도를 가진 폴리디메틸실록산에서 본 발명에 따른 금속 옥사이드의 입도계(grindometer) 수치가 150　㎛ 미만, 바람직하게는 120　㎛ 미만, 더욱 바람직하게는 100 ㎛ 미만임을 의미한다.
이는 추가적으로 본 발명에 따른 금속 옥사이드를 포함하는 습기-교차결합 실리콘 실란트(RTV I 조성물)가 거의, 바람직하게는 전혀, 조악한 입자 또는 부적절하게 분산된 입자에 기인한 표면 결함을 나타내지 않음을 의미한다.
본 발명에 따라 생산된 금속 옥사이드 입자는 바람직하게는 품질-관련 변수에서 낮은 변동 범위(표준 분포에 따른 표준 편차)의 우수한 생산 일관성을 갖는 특징을 특별히 나타낸다. 표준 편차 σ는 평방 편차의 제곱근이며, 식(III)에 따라 계산된다.
Figure 112008089928840-PCT00001
여기에서, N은 개별적인 수치의 개수이고, xi는 하나의 개별적 수치이며,
Figure 112008089928840-PCT00002
는 모든 xi 수치의 평균값이고, i는 1 내지 N의 범위이다.
본 발명에 따른 금속 옥사이드는 바람직하게는 작은 변화폭의 외래 금속성 불순물을 가지는, 높은 생산 일관성을 특별히 나타냄을 특징으로 한다.
이는 구체적으로 철 함량의 경우 적어도 1 톤의 배치 크기로 30 배치의 생산 기간에 걸친 평균 수치로부터의 표준 편차가 바람직하게는 0.5 ppm 미만, 더욱 바람직하게는 0.3 ppm 미만, 특히 바람직하게는 0.2 ppm 미만임을 의미한다.
이는 추가적으로 니켈 함량의 경우 적어도 1 톤의 배치 크기로 30 배치의 생산 기간에 걸친 평균 수치로부터의 표준 편차가 바람직하게는 0.5 ppm 미만, 더욱 바람직하게는 0.3 ppm 미만, 특히 바람직하게는 0.2 ppm 미만임을 의미한다.
이는 추가적으로 몰리브덴 함량의 경우 적어도 1 톤의 배치 크기로 30 배치의 생산 기간에 걸친 평균 수치로부터의 표준 편차가 바람직하게는 0.2 ppm 미만, 더욱 바람직하게는 0.1 ppm 미만, 특히 바람직하게는 0.05 ppm 미만임을 의미한다.
이는 추가적으로 크롬 함량의 경우 적어도 1 톤의 배치 크기로 30 배치의 생산 기간에 걸친 평균 수치로부터의 표준 편차가 바람직하게는 0.25 ppm 미만, 더욱 바람직하게는 0.1 ppm 미만, 특히 바람직하게는 0.05 ppm 미만임을 의미한다.
이는 추가적으로 알루미늄 함량의 경우 적어도 1 톤의 배치 크기로 30 배치의 생산 기간에 걸친 평균 수치로부터의 표준 편차가 바람직하게는 3.0 ppm 미만, 더욱 바람직하게는 2.0 ppm 미만, 특히 바람직하게는 1.5 ppm 미만임을 의미한다.
본 발명의 금속 옥사이드는 173°의 후방산란(backscatter)에서, 적어도 1 톤의 배치 크기로 30 배치의 생산 기간에 걸쳐, 맬버른(Malvern)산 나노사이저 ZS(Nanosizer ZS)를 사용하여, 광자 상관성 분광광도계에 의한 평균 강도-가중 입자 균등 직경 z-평균으로서 측정된 평균 입자 크기가 바람직하게는 평균 입자 크기의 10% 이하, 더욱 바람직하게는 평균 입자 크기의 7.5% 이하, 특히 바람직하게는 평균 입자 크기의 5% 이하, 그리고 특별한 경우 평균 입자 크기의 1% 이하 표준 편차의 표준 분포를 나타냄을 추가의 특징으로 한다.
본 발명의 금속 옥사이드는 적어도 1 톤의 배치 크기로 30 배치의 생산 기간에 걸쳐, DIN EN ISO 9277/DIN 66/32에 따라 BET 표면적으로서 측정된 금속 옥사이드 입자의 비표면적이 바람직하게는 BET 비표면적의 10% 이하, 바람직하게는 BET 비표면적의 7.5% 이하, 더욱 바람직하게는 BET 비표면적의 5% 이하의 표준 편차를 갖는 표준 분포를 나타냄을 추가의 특징으로 한다.
금속 옥사이드에서 조악한 분획 또는 난분산성 입자의 분획은 탄성중합체의 보강 충진재로서, 페인트, 바니쉬, 점착제 및 실란트의 유동성 조절에서, 그리고 반도체 부문의 화학-기계적인 표면 연마 분야에서의 용도와 관련하여 특별히 핵심적인 품질-결정 변수이다.
생산 일관성, 즉, 금속 옥사이드 입자의 일관된 품질은 탄성중합체의 보강 충진재로서, 페인트, 바니쉬, 점착제 및 실란트의 유동성 조절에서, 그리고 반도체 부문의 화학-기계적인 표면 연마 분야에서 입자의 성공적인 사용에 결정적이다.
도 1은 냉각 매질이 순환하는 구조를 나타낸다.
도 2는 냉각 매질이 소비 단위로 직접 전달되는 구조를 나타낸다.
실시예 1:
10.8　kg/h의 실리콘 테트라클로라이드를 76.3　N㎥/h의 공기 및 20.7　N㎥/h의 수소 기체와 혼합하고, 혼합물을 공지 구조의 버너 노즐에서 화염 반응기의 화염 속을 통과시켰다. 추가로 12.0　N㎥/h의 공기를 화염 반응기 내로 불어넣었다. 물을 사용하여 반응기 챔버의 벽 온도를 170℃로 조절하였다. 냉각수 출구 온도는 180℃였다. 화염 반응기로부터 나온 후에, 생성된 실리카/기체 혼합물을 120-150℃로 냉각시키고, 계속하여 여과 시스템에서 염화수소-함유 기체상으로부터 실리카를 분리하였다. 그 후, 상승된 온도에서, 천연 가스의 연소를 통해 가열된 공기를 첨가하여 염화수소 잔류물을 제거하였다. 발연 실리카를 얻었으며, 그의 분석 데이터는 표 1에 요약되어 있다.
실시예 2:
10.8　kg/h의 실리콘 테트라클로라이드를 63.8　N㎥/h의 공기 및 16.9　N㎥/h의 수소 기체와 혼합하고, 혼합물을 공지 구조의 버너 노즐에서 화염 반응기의 화염 속을 통과시켰다. 추가로 20.0　N㎥/h의 공기를 화염 반응기 내로 불어넣었다. 물을 사용하여 반응기 챔버의 벽 온도를 170℃로 조절하였다. 냉각수 출구 온도는 180℃였다. 화염 반응기로부터 나온 후에, 생성된 실리카/기체 혼합물을 120-150℃로 냉각시키고, 계속하여 여과 시스템에서 염화수소-함유 기체상으로부터 고체 실리카를 분리하였다. 그 후, 상승된 온도에서, 천연 가스의 연소를 통해 가열된 공기를 첨가하여 염화수소 잔류물을 제거하였다. 발연 실리카를 얻었으며, 그의 분석 데이터는 표 1에 요약되어 있다.
실시예 3 (비교 실시예 , 본 발명이 아님):
10.8　kg/h의 실리콘 테트라클로라이드를 혼합 챔버에서 76.3　N㎥/h의 공기 및 20.7　N㎥/h의 수소 기체와 균질하게 혼합하고, 혼합물을 공지 구조의 버너 노즐에서 화염 반응기의 화염 속을 통과시켰다. 추가로 12.0　N㎥/h의 공기를 화염 반응기 내로 불어넣었다. 반응기 챔버의 벽을 활발하게 냉각시키지 않았다. 단열되지 않은 반응기 챔버 벽으로부터 주변 영역으로의 방열의 결과, 반응기 챔버 벽 온도는 약 630℃로 되었다. 화염 반응기로부터 나온 후에, 생성된 실리카/기체 혼합물 을 120-150℃로 냉각시키고, 계속하여 여과 시스템에서 염화수소-함유 기체상으로부터 고체 실리카를 분리하였다. 그 후, 상승된 온도에서, 천연 가스의 연소를 통해 가열된 공기를 첨가하여 염화수소 잔류물을 제거하였다. 발연 실리카를 얻었으며, 그의 분석 데이터는 표 1에 요약되어 있다.
실시예 4:
실시예 1에 따라 최소 1 톤의 배치 크기로 30개의 독립적인 배치를 생산하였다. 분석 데이터의 생산 일관성은 표 2에 요약되어 있다.
실시예 5:
실시예 2에 따라 최소 1 톤의 배치 크기로 30개의 독립적인 배치를 생산하였다. 분석 데이터의 생산 일관성은 표 2에 요약되어 있다.
실시예 6 (비교 실시예 , 본 발명이 아님):
실시예 3에 따라 최소 1 톤의 배치 크기로 30개의 독립적인 배치를 생산하였다. 분석 데이터의 생산 일관성은 표 2에 요약되어 있다.
분석 방법:
- Fe, Cr, Ni 및 Mo 함량, 및 그들의 표준 편차 σ/nm: 수성 HF를 사용한 실리카 분해의 수성 추출물로부터 ICP-MS를 사용하여 측정함.
- Al 함량 및 표준 편차 σ/nm: 수성 HF를 사용한 실리카 분해의 수성 추출물로부터 ICP-AES를 사용하여 측정함.
- BET 비표면적 및 그의 표준 편차 σ/%: DIN EN ISO 9277/DIN 66/32에 따라 측정됨; σ/% = σ/30 배치로부터의 평균 BET 수치 * 100%.
- 강도-가중 유체역학 균등 직경 z-평균 및 그의 표준 편차 σ/% 및 다분산 지수 PDI: 173°의 후방산란에서 PCS를 사용하여 측정; 측정 시간: 25℃에서 실행(run) 당 40초로 15회 실행; 시료: pH 10의 암모니아성(ammoniacal) 용액에서 0.3 중량%; 초음파 탐침(probe)을 사용한 2.5 분간의 분산; σ/% = σ/30 배치로부터의 평균 Z-평균 * 100%.
- 체 잔류물: DIN EN ISO 787-18에 따른 목커 방법(> 40 ㎛)으로 측정.
- 입도계 수치: 2　g의 실리카를 1000 cS의 점도를 가지는 98 g 폴리디메틸실록산 내로 스패츌러(spatula)를 사용하여 교반한 다음, 5분간 5600 rpm의 선단 속도(peripheral speed)에서 40 mm 톱니모양 디스크(toothed disk)로 교반기(dissolver)에서 분산시켰다. 0 - 250 ㎛의 측정 범위로 입도계 상에서 측정하였다.
[표 1]
실시예 BET/㎡/g 체잔류물 (sieve residue)/% z-평균/nm PDI 입도계 수치/㎛
1 201 0.002 203 0.163 < 75
2 156 0.003 214 0.132 < 75
3 204 0.067 211 0.319 > 150
[표 2]
실시예 σ(Fe)/nm σ(Cr)/nm σ(Ni)/nm σ(Mo)/nm σ(Al)/nm σ(BET)/% σ(z-평균)/%
4 0.17 0.05 0.11 0.04 1.3 2.2 0.65
5 0.12 0.03 0.19 0.02 0.9 2.4 0.61
6 0.93 0.37 1.31 0.229 4.49 11.5 12.4

Claims (16)

  1. 적어도 하나의 버너 노즐, 반응 재료용 공급 장치, 및 500℃ 미만의 벽 온도로 설정될 수 있는 반응기-벽 냉각 시스템을 가짐을 특징으로 하는 금속 옥사이드 생산 장치.
  2. 제1항에 있어서, 벽 온도가 200℃ 미만으로 설정될 수 있도록 냉각 시스템이 디자인됨을 특징으로 하는 금속 옥사이드 생산 장치.
  3. 화학식 I의 기화성(vaporizable) 할로겐 금속 화합물을 화학식 II의 금속 옥사이드로 고온 가수분해하며, 500℃ 미만의 벽 온도에서 방법을 수행함을 특징으로 하는, 발열성 금속 옥사이드 생산 방법:
    MHaRbXc (I)
    MdOe (II)
    상기 식에서
    M: Si, Al, Ti, Zr, Zn, Ce, Hf, Fe
    R: M-C-결합된 C1-C15 탄화수소 라디칼, 바람직하게 C1-C8 탄화수소 라디칼, 더욱 바람직하게 C1-C3 탄화수소 라디칼, 또는 아릴 라디칼이며, 각각의 R은 동일하거나 상이할 수 있고,
    X: 할로겐 원자, OR 라디칼이며, R은 상기 정의한 바와 같고,
    a: 0, 1, 2, 3,
    b: 0, 1, 2, 3,
    c: 1, 2, 3, 4,
    d: 1, 2,
    e: 1, 2, 3이며,
    단, a + b + c의 합은
    Si, Ti, Zn, Zr, Hf의 경우 4이고,
    Al, Fe의 경우 3이며,
    Zn의 경우 2이다.
  4. 제3항에 있어서, 200℃ 미만의 벽 온도에서 방법을 수행함을 특징으로 하는 발열성 금속 옥사이드 생산 방법.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 발열성 금속 옥사이드가 발열성 실리콘 디옥사이드임을 특징으로 하는 발열성 금속 옥사이드 생산 방법.
  6. 광자 상관성 분광광도계(photon correlation spectroscopy)를 사용하여 얻어진, 금속 옥사이드의 평균 강도-가중 입자 직경 z-평균(average intensity-weighted particle diameter z-average)의 다분산 지수(polydispersity index)(PDI)가 0.3 미만임을 특징으로 하는 발열성 금속 옥사이드.
  7. 제6항에 있어서, 광자 상관성 분광광도계를 사용하여 얻어진, 금속 옥사이드의 평균 강도-가중 입자 직경 z-평균의 다분산 지수(PDI)가 0.3 미만임을 특징으로 하는 발열성 금속 옥사이드.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 금속 옥사이드가 발열성 실리콘 디옥사이드임을 특징으로 하는 발열성 금속 옥사이드.
  9. 제6항 내지 제8항 중의 하나 이상의 항에 있어서, 철 함량이 적어도 1 톤의 배치 크기로 30 배치의 생산 기간에 걸친 평균 수치 부근에서 0.5 ppm 미만의 표준 편차를 나타냄을 특징으로 하는 발열성 금속 옥사이드.
  10. 제6항 내지 제8항 중의 하나 이상의 항에 있어서, 철 함량이 적어도 1 톤의 배치 크기로 30 배치의 생산 기간에 걸친 평균 수치 부근에서 0.5 ppm 미만의 표준 편차를 나타냄을 특징으로 하는 발열성 금속 옥사이드.
  11. 제6항 내지 제8항 중의 하나 이상의 항에 있어서, 니켈 함량이 적어도 1 톤의 배치 크기로 30 배치의 생산 기간에 걸친 평균 수치 부근에서 0.5 ppm 미만의 표준 편차를 나타냄을 특징으로 하는 발열성 금속 옥사이드.
  12. 제6항 내지 제8항 중의 하나 이상의 항에 있어서, 몰리브덴 함량이 적어도 1 톤의 배치 크기로 30 배치의 생산 기간에 걸친 평균 수치 부근에서 0.2 ppm 미만의 표준 편차를 나타냄을 특징으로 하는 발열성 금속 옥사이드.
  13. 제6항 내지 제8항 중의 하나 이상의 항에 있어서, 크롬 함량이 적어도 1 톤의 배치 크기로 30 배치의 생산 기간에 걸친 평균 수치 부근에서 0.25 ppm 미만의 표준 편차를 나타냄을 특징으로 하는 발열성 금속 옥사이드.
  14. 제6항 내지 제8항 중의 하나 이상의 항에 있어서, 알루미늄 함량이 적어도 1 톤의 배치 크기로 30 배치의 생산 기간에 걸친 평균 수치 부근에서 3.0 ppm 미만의 표준 편차를 나타냄을 특징으로 하는 발열성 금속 옥사이드.
  15. 제6항 내지 제14항 중의 하나 이상의 항에 있어서, 적어도 1 톤의 배치 크기로 30 배치의 생산 기간에 걸쳐, DIN EN ISO 9277/DIN 66/32에 따라 BET 표면적으로서 측정된, 금속 옥사이드 입자의 비표면적이 BET 비표면적의 10% 이하의 표준 편차를 갖는 표준 분포를 나타냄을 특징으로 하는 발열성 금속 옥사이드.
  16. 제6항 내지 제15항 중의 하나 이상의 항에 있어서, 173°의 후방산란(backscatter)에서, 적어도 1 톤의 배치 크기로 30 배치의 생산 기간에 걸쳐, 광 자 상관성 분광광도계에 의한 평균 강도-가중 입자 균등 직경 z-평균으로서 측정된 평균 입자 크기가 평균 입자 크기의 10% 초과의 표준 편차로 표준 분포를 나타냄을 특징으로 하는 발열성 금속 옥사이드.
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