KR20120031242A - 원하는 응집체 입자 직경을 갖는 응집체 금속 산화물 입자 분산액의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 금속 산화물 입자의 평균 응집체 입자 직경의 원하는 % 감소율을 사전-선택하고, (i) 분산액의 고체 농도와 (ii) 분산액을 고-전단 혼합기에서 분쇄할 때 일어나는 응집체 금속 산화물 입자의 응집체 입자 직경의 % 감소율을 상관짓는, 응집체 금속 산화물 입자의 분산액에 대한 분산 기준을 제공하고, 이 분산 기준에 의해 결정된 고체 농도의 10% 이내인 고체 농도에서 고-전단 분쇄기에서 응집체 금속 산화물 입자의 분산액을 제조하고 분쇄하여, 원하는 평균 응집체 입자 직경을 갖는 응집체 금속 산화물 입자의 분산액을 제공하는 것을 포함하는, 사전-선택된 평균 응집체 입자 직경을 갖는 응집체 금속 산화물 입자의 분산액의 제조 방법을 제공한다. 또한, 본 발명은 응집체 금속 산화물 입자의 평균 응집체 입자 직경의 감소 방법 및 이러한 방법에 의해 제조된 분산액을 제공한다.
[색인어]
응집체 금속 산화물 입자, 평균 응집체 입자 직경, 분산 기준, 고체 농도, 분산액

Description

원하는 응집체 입자 직경을 갖는 응집체 금속 산화물 입자 분산액의 제조 방법{METHOD OF PREPARING AN AGGREGATE METAL OXIDE PARTICLE DISPERSION HAVING A DESIRED AGGREGATE PARTICLE DIAMETER}
본 발명은 원하는 응집체 입자 직경을 갖는 금속 산화물 입자 분산액의 제조 방법, 및 이러한 방법에 의해 제조된 분산액에 관한 것이다.
발열적으로 제조된 금속 산화물 입자, 예를 들면 발연 금속 산화물은, 전형적으로, 금속 산화물 전구체 화합물, 예를 들면 금속 사염화물 화합물을 화염에 통과시킴으로써 제조된다. 금속 산화물 전구체 화합물은 일차 입자라고 지칭되는 금속 산화물의 작은 구형 용융 입자로 변환된다. 이러한 과정에서, 일차 입자는 서로 충돌하여, 일차 입자는 보다 큰, 3차원적, 사슬-유사 응집체 입자로 함께 융합하게 된다. 응집체 입자는 또한 서로 엉켜서 보다 더 큰 응집된 입자를 형성할 수 있다. 그러나, 응결체는 통상적인 분산 조건에서 개별 응집체 입자로 해체될 수 있도록 느슨하게 결합된 구조를 갖는다. 이와 대조적으로, 응집체를 형성하는 일차 입자는 강한 힘에 의해 함께 뭉쳐지며, 통상적인 분산 조건에서 응집체 입자를 분산시키는 경우에는, 통상적으로 해체되지 않을 것이다.
응집체 입자가 융합된 일차 입자로 이루어지기 때문에, 통상적인 발열적 방법에 의해 제조된 금속 산화물 입자의 응집체 입자 직경은 일차 입자 직경의 함수이다. 또한 일차 입자 직경은 금속 산화물 입자의 표면적을 결정한다. 따라서, 이러한 유형의 금속 산화물 입자의 응집체 입자 직경은 입자의 표면적과 관련 있다. 이러한 이유로, 주어진 표면적에서 이용가능한 것보다 더 작은 응집체 입자 직경이 요구되는 경우에는, 이러한 분산액의 유용성이 떨어진다.
원하는 응집체 입자 직경을 갖는 금속 산화물 입자의 분산액의 제조 방법이 필요하다. 본원에서 기술된 본 발명은 이러한 방법을 제공한다. 본 발명의 이러한 이점 및 기타 이점을, 본원에서 기술된 "발명의 상세한 설명"을 읽고 나면 명백히 알게 될 것이다.
본 발명은, (a) 평균 응집체 입자 직경 및 평균 일차 입자 직경을 갖는 융합된 일차 입자로 이루어진 응집체 금속 산화물 입자를 제공하고, (b) 금속 산화물 입자의 평균 응집체 입자 직경의 원하는 % 감소율을 사전-선택하여 사전-선택된 평균 응집체 입자 직경을 제공하고, (c) (i) 분산액의 고체 농도와 (ii) 분산액을 고-전단 혼합기에서 분쇄할 때 일어나는 응집체 금속 산화물 입자의 응집체 입자 직경의 % 감소율을 상관짓는, 응집체 금속 산화물 입자에 대한 분산 기준을 제공하고, (d) 분산 기준을 참고하여, 평균 응집체 입자 직경의 사전-선택된 % 감소율과 상관되는 고체 농도를 결정하고, (e) 단계 (a)의 응집체 금속 산화물 입자를 물과 합하여, 단계 (d)에서 결정된 고체 농도의 10% 이내인 고체 농도를 갖는 분산액을 제공하고, (f) 이 분산액을 고-전단 분쇄기에서 분쇄하여, 대략 사전-선택된 평균 응집체 입자 직경을 갖는 응집체 금속 산화물 입자의 분산액을 제공하는 것을 포함하는, 사전-선택된 평균 응집체 입자 직경을 갖는 응집체 금속 산화물 입자의 분산액의 제조 방법을 제공한다.
관련 양태에서, 본 발명은 (a) 평균 일차 입자 직경(dp) 및 평균 응집체 입자 직경(Dcirc ave)을 갖는 융합된 일차 입자를 포함하는 응집체 금속 산화물 입자를 제공하고, (b) 약 10 내지 약 60 %의 평균 응집체 입자 직경의 원하는 % 감소율(%ΔD ci rc ave)을 사전-선택하여 사전-선택된 평균 응집체 입자 직경을 제공하고, (c) 응집체 금속 산화물 입자를 산성화 또는 염기성화 물과 합하여, 분산액 내의 응집체 금속 산화물 입자의 양이 0.8L 내지 1.2L인(L은 식: L(중량%) = [(%ΔDcirc ave) × (0.1 ln(dp)(㎚) + 0.2)] ÷ 0.3에 의해 결정됨) 응집체 금속 산화물 입자의 분산액을 제공하고, (d) 응집체 금속 산화물 입자 분산액을 고-전단 혼합기에서 분쇄함으로써, 응집체 금속 산화물 입자의 응집체 입자 직경을, 대략 사전-선택된 평균 응집체 입자 직경을 갖는 응집체 금속 산화물 입자의 분산액을 제공하도록 감소시키는 것을 포함하는, 사전-선택된 평균 응집체 입자 직경을 갖는 응집체 금속 산화물 입자, 특히 응집체 실리카 입자의 분산액의 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 (a) 평균 응집체 입자 크기를 갖는 융합된 일차 입자로 이루어진 응집체 금속 산화물 입자를 제공하고, (b) 응집체 금속 산화물 입자를 산 또는 4차 암모늄 수산화물을 포함하는 물과 합하여, 점도(η)를 갖는 분산액을 제공하고, (c) 식: 100 ≥ ηω2R2/2X2 ≥ 20 kW/㎥을 충족시키는 반경(R), 특징적인 블레이드 길이(X) 및 각속도(ω)를 갖는 블레이드를 포함하는 고-전단 블레이드형 혼합기에서 응집체 금속 산화물 입자 분산액을 분쇄함으로써, 응집체 금속 산화물 입자의 평균 응집체 입자 직경을 감소시키는 것을 포함하는, 응집체 금속 산화물 입자의 응집체 입자 직경을 감소시키는 방법을 제공한다.
본 발명은 추가로, (a) 평균 응집체 입자 직경 및 약 135 ㎡/g 이상의 BET 표면적을 갖는 융합된 일차 입자를 포함하는 응집체 실리카 입자를 제공하고, (b) 응집체 실리카 입자를, 약 30 내지 50 중량%의 응집체 실리카 입자를 포함하는 분산액을 제공하기에 충분한 양의 산성화 또는 염기성화 물과 합하고, (c) 고-전단 블레이드형 혼합기에서 응집체 실리카 입자 분산액을 분쇄함으로써, 응집체 실리카 입자의 평균 응집체 입자 직경을 감소시키는 것을 포함하는, 응집체 실리카 입자의 응집체 입자 직경을 감소시키는 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 (a) 평균 응집체 입자 직경 및 약 115 ㎡/g 이상의 표면적을 갖는 융합된 일차 입자를 포함하는 응집체 실리카 입자를, 약 30 중량% 이상의 응집체 실리카 입자를 포함하는 분산액을 제공하기에 충분한 양의 4차 암모늄 수산화물 및 물과 합하고, (b) 고-전단 혼합기에서 응집체 실리카 입자를 분쇄함으로써, 응집체 실리카 입자의 평균 응집체 입자 직경을 감소시키는 것을 포함하는, 응집체 실리카 입자의 응집체 입자 직경을 감소시키는 방법을 제공한다.
본 발명의 또다른 양태에 따라, (a) 평균 응집체 입자 직경을 갖는 융합된 일차 입자를 포함하는 응집체 알루미나 입자를 알루미나 1㎏당 약 0.02 내지 0.4 몰의 산 및 물과 합하여, 약 30 중량% 이상의 응집체 알루미나 입자를 포함하는 분산액을 제공하고, (b) 고-전단 혼합기에서 분산액을 분쇄함으로써, 응집체 알루미나 입자의 평균 응집체 입자 직경을 감소시키는 것을 포함하는, 응집체 알루미나 입자의 응집체 입자 직경을 감소시키는 방법이 제공된다.
본 발명에 따라 제조된 금속 산화물 입자의 수성 분산액도 본 발명의 일부이다. 특히 본 발명은, 응집체 실리카 입자가 일차 입자 직경 및 응집체 입자 직경을 갖고, 일차 입자 직경의 평균(dp), 응집체 입자 직경의 (수)평균(Dcirc ave) 및 응집체 입자 직경의 기하 표준 편차(σg(Dcirc))가 하기 두 개의 식 중 하나 이상을 충족시키는, 융합된 일차 입자로 이루어진 응집체 구조를 갖는 응집체 실리카 입자의 분산액을 제공한다:
(1) Dcirc ave(㎚) ＜ 52 + 2 dp(㎚), 및
(2) σg(Dcirc) ＜ 1.44 + 0.011 dp(㎚).
본 발명은 또한, 응집체 알루미나 입자가 일차 입자 직경 및 응집체 입자 직경을 갖고, 일차 입자 직경의 평균(dp), 응집체 입자 직경의 (수)평균(Dcirc ave) 및 응집체 입자 직경의 기하 표준 편차(σg(Dcirc))가 하기 두 개의 식 중 하나 이상을 충족시키는, 융합된 일차 입자로 이루어진 응집체 구조를 갖는 응집체 알루미나 입자의 분산액을 제공한다:
(1) Dcirc ave(㎚) ＜ 35 + 1.8 dp(㎚), 및
(2) σg(Dcirc) ＜ 1.39 + 0.011 dp(㎚).
본 발명에 따르면, 원하는 응집체 입자 직경을 갖는 금속 산화물 입자 분산액의 제조 방법 및 이러한 방법에 의해 제조된 분산액이 제공된다.
도 1은 발연 실리카 입자에 있어서, 일차 입자 직경(dp)(아래쪽 축) 및 이것과 상관된 BET 표면적(㎡/g)(위쪽 축)에 대해 도시된 평균 응집체 입자 크기(Dcirc)의 그래프이다. 직선은 분쇄 전 응집체 입자 직경의 범위를 나타내며, 원형 데이타 점은 최고 분산가능 고체 농도에서 분쇄 후 발연 실리카 입자 분산액의 평균 응집체 입자 직경을 나타낸다.
도 2는 발연 실리카 입자에 있어서, 일차 입자 직경(dp)에 대해 도시된 최고 분산가능 고체 농도(Lmax)의 그래프이다.
도 3은 발연 실리카 입자에 있어서, 일차 입자 직경(dp)에 대해 도시된 응집체 입자 직경 분포의 너비(σg(Dcirc))의 그래프이다. 직선은 분쇄 전 σg(Dcirc)의 범위를 나타내며, 원형 데이타 점은 분쇄 후 σg(Dcirc)의 범위를 나타낸다.
본 발명은 원하는 평균 응집체 입자 직경을 갖는 응집체 금속 산화물 입자의 분산액의 제조 방법을 제공한다. 본원에서 기술된 "응집체 금속 산화물 입자"란, 발열적으로 제조된 금속 산화물 또는 발연 금속 산화물과 같은, 3차원적 사슬-유사 응집체로 함께 융합된 일차 입자로 이루어진 금속 산화물 입자를 지칭한다. 응집체 입자 직경 Dcirc는, ASTM 표준 D3849에 따르는 TEM 사진분석법과 같은, 임의의 적합한 방법에 의해 측정될 수 있는, 응집체의 면적 A와 동일한 면적을 갖는 원의 직경으로서 정의된다. 일단 응집체의 면적 A를 결정하고 나면, 식:
Figure pat00001
를 사용하여 응집체 직경 Dcirc를 계산할 수 있다. 평균 응집체 입자 직경 Dcirc ave는 응집체 입자 직경의 수평균이다.
"평균 일차 입자 직경"이라는 용어는 응집체 입자를 구성하는 개별 일차 입자의 평균 직경을 지칭한다. 본원에서 지칭된 일차 입자 직경은 응집체 금속 산화물 입자의 BET 비표면적(SA)으로부터 계산된다. 다양한 유형의 응집체 금속 산화물 입자에 대해 BET 표면적으로부터 일차 입자 크기를 계산하는 방법이 공지되어 있다. 예를 들면, 응집체 발연 실리카의 일차 입자 크기는 식: dp 실리카 = 1941/SA(㎡/g)에 의해 표면적과 상관지어진다. 발연 알루미나에 대한 식은 dp 알루미나 = 1220/SA(㎡/g)이다.
본원에서 사용된 "분산액"이라는 용어는 응집체 금속 산화물 입자가 액체 분산매질에 분산된 분산액을 지칭한다. 본원에서 사용된 "고체 농도"란, 고체 금속 산화물 입자 뿐만 아니라 분산액 내에 존재할 수 있는 임의의 기타 고체(예를 들면 충전제, 분쇄보조제 등)를 포함하는, 분산액 내의 고체의 총 농도를 지칭한다.
본 발명은 입자의 표면적을 변경시키지 않고서도 원하는 응집체 입자 직경을 갖는 응집체 금속 산화물 입자의 분산액을 제조할 수 있는 방법을 제공한다. 도 1은 통상적인 발열적 공정에 의해 제조된 응집체 금속 산화물 입자의 평균 응집체 입자 직경(직선)을 보여주는데, 이것은 도 1에 도시된 바와 같은 입자의 일차 입자 크기(예를 들면 표면적)의 함수이다. 그래프 상의 원형 데이타 점은 본 발명(실시예 1)에 따라 제조된 응집체 금속 산화물 입자의 평균 응집체 입자 크기를 나타낸다. 이 도면은 본 발명이 통상적으로 제조된 입자에 비해 감소된 응집체 입자 직경을 제공함을 예시한다.
본 발명의 한 양태에 따르면, 사전-선택된 평균 응집체 입자 직경을 갖는 응집체 금속 산화물 입자의 분산액의 제조 방법은, (a) 평균 응집체 입자 직경 및 평균 일차 입자 직경을 갖는 융합된 일차 입자로 이루어진 응집체 금속 산화물 입자를 제공하고, (b) 금속 산화물 입자의 평균 응집체 입자 직경의 원하는 % 감소율을 사전-선택하여 사전-선택된 평균 응집체 입자 크기를 제공하고, (c) (i) 분산액의 고체 농도와 (ii) 분산액을 고-전단 혼합기에서 분쇄할 때 일어나는 응집체 금속 산화물 입자의 응집체 입자 직경의 % 감소율을 상관짓는, 응집체 금속 산화물 입자의 분산액에 대한 분산 기준을 제공하고, (d) 분산 기준을 참고하여, 금속 산화물 입자의 평균 응집체 입자 직경의 사전-선택된 % 감소율과 상관되는 고체 농도를 결정하고, (e) 응집체 금속 산화물 입자를 물 및 기타 적합한 분산 액체와 합하여, 단계 (d)에서 결정된 고체 농도의 10% 이내인 고체 농도를 갖는 분산액을 제공하고, (f) 이 분산액을 고-전단 분쇄기에서 분쇄하여, 대략 사전-선택된 평균 응집체 입자 직경을 갖는 응집체 금속 산화물 입자의 분산액을 제공하는 것을 포함한다.
본 발명의 방법을 임의의 유형의 응집체 금속 산화물 입자를 사용하여 수행할 수 있다. 적합한 응집체 금속 산화물 입자는 발열적으로 제조된 실리카 입자(예를 들면, 발연 실리카 입자), 알루미나 입자(예를 들면, 발연 알루미나 입자), 산화세륨 입자(예를 들면, 발연 산화세륨 입자), 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 바람직한 응집체 금속 산화물 입자는 발열적으로 제조된 알루미나 입자(예를 들면, 발연 알루미나 입자), 특히 발열적으로 제조된 실리카 입자(예를 들면, 발연 실리카 입자)를 포함한다.
마찬가지로, 본 발명의 방법은 임의의 특정 입자 크기 또는 표면적의 응집체 금속 산화물 입자로만 제한되는 것은 아니다. 전형적으로, 응집체 금속 산화물 입자는 약 50 내지 500 ㎚(예를 들면, 65 내지 200 ㎚)의 평균 응집체 입자 직경 및 약 25 내지 500 ㎡/g(예를 들면, 35 내지 400 ㎡/g)의 BET 비표면적을 갖는다. 사용되는 응집체 금속 산화물 입자의 응집체 입자 직경 및 표면적은 적어도 부분적으로는 원하는 용도에 따라 다를 것이다. 몇몇 경우에서는, 보다 큰 표면적을 갖는 응집체 금속 산화물 입자, 특히 약 115 ㎡/g 이상, 심지어는 약 135 ㎡/g 이상(예를 들면, 약 135 내지 500 ㎡/g 이상), 예를 들면 약 150 ㎡/g 이상(예를 들면, 약 165 내지 500 ㎡/g)의 표면적을 갖는 응집체 금속 산화물 입자가 바람직하다. 또다른 경우에서는, 보다 작은 표면적, 예를 들면 약 110 ㎡/g 이하(예를 들면, 30 내지 100 ㎡/g, 또는 50 내지 75 ㎡/g)의 표면적이 바람직하다.
본 발명에 따라 제조된 분산액 내 응집체 금속 산화물 입자는, 동일한 일차 입자 크기(예를 들면, 표면적)를 갖는 응집체 금속 산화물 입자의 평균 응집체 입자 직경에 비해 감소된 평균 응집체 입자 직경을 갖는다. 응집체 금속 산화물 입자의 응집체 입자 직경의, 임의의 원하는 % 감소율을 선택할 수 있다. 일반적으로, % 감소율은 약 10% 이상, 또는 심지어는 약 20% 이상일 것이다. 이론상으로는, 본 발명을 통해 달성가능한 응집체 입자 직경의 % 감소율은 상한을 갖지 않지만, 실질적으로는, 입자 직경의 % 감소율은 통상적으로 약 60% 이하, 또는 약 50% 이하(예를 들면 40% 이하)일 것이다. 따라서, 입자 직경의 % 감소율은 전형적으로 약 10 내지 60 %, 예를 들면 약 15 내지 50 %, 또는 심지어는 20 내지 40 %일 것이다. 응집체 입자 직경의 실제 % 감소율은 사전-선택된 원하는 % 감소율과 비슷하겠지만, 모든 경우에서 사전-선택된 원하는 % 감소율과 정확히 일치하지는 않을 수 있다. 바람직하게는, 실제 % 감소율은 사전-선택된 % 감소율 값의 약 15% 이내, 더욱 바람직하게는 이러한 값의 약 10% 이내 또는 심지어는 약 5% 이내일 것이다.
고-전단 분쇄기에서 분쇄될 때 입자 직경의 원하는 % 감소율을 제공하는 응집체 금속 산화물 입자의 분산액의 경우, 분산 기준은 응집체 입자 직경의 원하는 % 감소율을 고체 농도와 상관짓는다. 응집체 금속 산화물 분산액의 고체 농도를, 이러한 고체 농도에서 분산액을 분쇄함으로써 달성될 수 있는 평균 응집체 입자 직경의 % 감소율과 상관짓는 임의의 적합한 방법을 사용함으로써 분산 기준을 제공할 수 있다. 분산 기준을 제공하는 이러한 방법 중 하나는, (i) 동일한 일차 입자 직경을 갖지만 상이한 고체 농도를 갖는 2종 이상(바람직하게는 3종 이상)의 응집체 금속 산화물 입자의 분산액을 제조하고, (ii) 이 분산액을 고-전단 혼합기에서 분쇄하고, (iii) 분쇄된 각 분산액의 평균 응집체 입자 직경을 분쇄 전의 분산액의 평균 응집체 입자 직경과 비교함으로써, 각 분산액에 대한 평균 응집체 입자 직경의 % 감소율을 계산하고, (iv) 분산액의 고체 농도과 평균 응집체 입자 직경의 % 감소율 사이의 상관관계를 기술하는 것을 포함한다.
상기 기준은 특정 일차 입자 직경(예를 들면, 특정 표면적)을 갖는 응집체 금속 산화물 입자에 따라 다를 수 있다. 이러한 경우에, 상이한 일차 입자 직경(예를 들면, 상이한 표면적)을 갖는 금속 산화물에 대해 상이한 기준이 필요하다. 한편으로는, 임의의 주어진 일차 입자 직경 또는 표면적에 있어서, 기준이 응집체 입자 직경의 % 감소율과 원하는 고체 농도를 상관짓도록 기준을 생성할 수도 있다. 이러한 기준을 제공하는 방법 중 하나가 실시예에 설명되어 있다.
물론, 본 발명의 방법은 본원에서 기술된 분산 기준을 제공하는 방법으로만 제한되는 것은 아니다. 해당 분야의 보통 숙련자가 알 수 있는 바와 같이, 상기 방법을 변형한 방법 뿐만 아니라 기타 방법을 사용함으로써, 본 발명의 목적에 적합한 분산 기준을 제공할 수 있다. 마찬가지로, 분산 기준이 해당 분야의 보통 숙련자로 하여금 응집체 입자 직경의 원하는 % 감소율을 수득하는데 사용하기에 적당한 고체 농도를 알아낼 수 있게 하기만 한다면, 본 발명의 방법이 고체 농도와 응집체 입자 직경의 % 감소율 사이의 상관관계를 기술하는 임의의 특정 방식을 사용하는 분산 기준으로만 제한되는 것은 아니다. 전형적으로, 분산 기준은 평균 응집체 입자 직경 또는 평균 응집체 입자 직경의 % 감소율을 고체 농도와 상관짓는 공식, 방정식, 그래프, 도표 또는 표의 형태일 것이다. 그러나, 분산 기준은 문서, 목록 또는 임의의 기타 적합한 형태로 기술될 수도 있다.
하기 식 I에 의해 기술된 분산 기준은, 본원 및 분산 기준을 보다 상세하게 설명하는 실시예에서 설명된 방법에 의해 개발되었다. 이 기준은 일반적으로 임의의 유형의 응집체 금속 산화물 입자, 더욱 구체적으로는 응집체 실리카 입자에 관한 것이다:
(I): L(중량%) = [(%ΔDcirc ave) × (0.1 ln(dp)(㎚) + 0.2)] ÷ 0.3
상기 식에서, L은 분산액의 고체 농도이고, %ΔDcirc ave는 평균 응집체 입자 직경의 % 감소율이고, dp는 응집체 금속 산화물 입자의 평균 일차 입자 직경이다. 이와 관련하여, 본 발명은 상기 식 I에 의해 제공되는 기준을 따르는, 응집체 금속 산화물 입자의 분산액, 특히 응집체 실리카 입자의 분산액을 제조하는 전술된 방법을 제공한다. 본 발명은 또한 (a) 평균 일차 입자 직경(dp) 및 평균 응집체 입자 직경(Dcirc ave)을 갖는 융합된 일차 입자를 포함하는 응집체 금속 산화물 입자, 특히 응집체 실리카 입자를 제공하고, (b) 약 10 내지 약 60 %의 평균 응집체 입자 직경의 원하는 % 감소율(%ΔDcirc ave)을 사전-선택하고, (c) 응집체 금속 산화물 입자를 물과 합하여, 분산액 내의 응집체 금속 산화물 입자의 양이 0.8L 내지 1.2L이고 L이 상기 식 I에 의해 결정되는 응집체 금속 산화물 입자의 분산액을 제공하고, (d) 응집체 금속 산화물 입자 분산액을 고-전단 혼합기에서 분쇄함으로써, 응집체 금속 산화물 입자의 응집체 입자 직경을, 대략 사전-선택된 평균 응집체 입자 직경을 갖는 응집체 금속 산화물 입자의 분산액을 제공하도록 감소시키는 것을 포함하는, 사전-선택된 평균 응집체 입자 직경을 갖는 응집체 금속 산화물 입자의 분산액의 제조 방법을 제공한다.
분산 기준을 사용하여 분산액의 적당한 고체 농도를 결정할 때에는, 응집체 금속 산화물 입자를 물 또는 기타 적합한 분산 액체와 합하여, 예정된 고체 농도의 10% 이내, 바람직하게는 예정된 고체 농도의 5% 이내, 또는 예정된 고체 농도의 2% 이내, 또는 정확히 예정된 고체 농도인 고체 농도를 갖는 분산액을 제공한다.
분산액의 고체 농도, 따라서 분산액의 점도가 증가하면, 분쇄 동안에 존재하는 전단 에너지도 증가한다. 전단 에너지는 또한 응집체 입자를 해체시킴으로써, 입자의 표면적을 변경시키지 않고서도 평균 응집체 입자 크기를 감소시킨다. 분산액의 고체 농도를 조절함으로써, 그 결과의 평균 응집체 입자 직경도 조절할 수 있다. 입자 직경의 원하는 % 감소율을 달성하기 위해서, 비교적 높은 고체 농도가 요구될 수 있다. 분산액 내의 응집체 금속 산화물 입자의 양을 증가시키거나, 분산액 내에 기타 물질, 예를 들면 충전제 또는 기타 연삭/분쇄 보조제를 혼입시킴으로써, 분산액의 고체 농도를 증가시킬 수 있다. 응집체 금속 산화물 입자를 분산 액체에 점점 더 많이 첨가함으로써, 응집체 금속 산화물 입자의 농도, 따라서 고체 농도를 증가시킬 수 있다. 바람직하게는 (a) 응집체 금속 산화물 입자의 첫번째 분량(first portion)을 물에 첨가하여, 제 1 응집체 금속 산화물 입자 분산액을 제공하고, (b) 제 1 응집체 금속 산화물 입자 분산액을 분쇄하고, (c) 응집체 금속 산화물 입자의 두번째 분량(second portion)을 제 1 금속 산화물 입자 분산액에 첨가하여 제 2 응집체 금속 산화물 입자 분산액을 제공하고, (d) 제 2 응집체 금속 산화물 입자 분산액을 분쇄하는 것을 포함하는 방법에 의해, 응집체 금속 산화물 입자를 물과 합한다. 필요하다면, 응집체 금속 산화물 입자의 세번째, 네번째 또는 다섯번째 분량(또는 그 이상의 분량)을 사용하여, 더 이상의 추가적인 응집체 금속 산화물 입자가 분산될 수 없을 정도까지, 단계 (c) 및 (d)를 반복할 수 있다. 바람직하게는, 응집체 금속 산화물 입자의 두번째 분량을 첨가하기 전, 두번째 분량을 첨가하고 세번째 분량을 첨가하기 전 등의 시점에서, 제 1 응집체 금속 산화물 입자 분산액의 점도를 약 5% 이상(또는 약 10% 이상, 또는 심지어는 15% 이상) 감소시킨다.
분산액의 고체 농도는 응집체 금속 산화물 입자 뿐만 아니라 분산액에 포함된 임의의 기타 고체(예를 들면, 충전제, 분쇄보조제 등)를 포함하는, 분산액 내의 모든 고체의 총량이다. 전형적으로, 분산액 내의 고체는 본질적으로 또는 완전히 응집체 금속 산화물 입자로 이루어진다. 분산액의 총 고체 함량 또는 응집체 금속 산화물 입자의 총량은 제한되지 않으며, 적어도 부분적으로는, 응집체 입자 직경의 원하는 % 감소율 및 사용된 분쇄기의 유형에 따라 달라질 것이다. 분산 기준을 사용하여 결정하든지 기타 방법을 사용하여 결정하든지 간에, 분산액의 총 고체 농도는 통상적으로 약 15 중량% 이상(예를 들면, 약 15 내지 70 중량%), 바람직하게는 약 20 중량% 이상(예를 들면, 약 20 내지 60 중량%), 또는 심지어는 약 30 중량% 이상(예를 들면, 약 30 내지 50 중량%)일 것이다.
응집체 금속 산화물 입자의 분산성은 적어도 부분적으로는 일차 입자 크기(예를 들면, 표면적)에 따라 다르기 때문에, 총 고체 농도를 특정 일차 입자 크기에 대한 최고 분산가능 고체 농도의 함수로서 표현할 수 있다. 본 발명의 한 양태에 따르면, 평균 일차 입자 크기(dp)를 갖는 응집체 금속 산화물 입자의 분산액에 대한 분산액의 고체 농도(L)는 하기 두 개의 식 중 하나를 충족시킨다:
80[0.1 ln(dp)(㎚) + 0.2] ＜ L(중량%) ＜ 100[0.1 ln(dp)(㎚) + 0.2],
80[0.107 ln(dp)(㎚) + 0.19] ＜ L(중량%) ＜ 100[0.107 ln(dp)(㎚) + 0.19].
분산액을, 응집체 금속 산화물 입자를 분산시킬 수 있는 임의의 적합한 수성 분산매질을 사용하여 제조할 수 있다. 가장 흔히, 분산매질은 물이다. 대부분의 응집체 금속 산화물, 특히 실리카 또는 알루미나의 분산을 돕기 위해서, 응집체 금속 산화물 입자를 첨가하기 전에, 분산보조제를 분산매질에 첨가할 수 있다. 적합한 분산보조제는 산, 예를 들면 무기산, 및 4차 암모늄 염기를 포함한다. 분산보조제는 응집체 금속 산화물 입자의 분산을 돕는 임의의 양으로 사용될 수 있지만, 일반적으로는 소량으로 사용된다. 전형적으로, 분산보조제는 약 0.01 내지 5 중량%, 예를 들면 약 0.05 내지 2 중량%, 또는 심지어는 약 0.1 내지 1 중량%의 양으로 존재할 것이다. 분산액의 양은 금속 산화물 1㎏당 사용된 산의 몰 수로 표현될 수 있다. 바람직하게는, 분산보조제는 금속 산화물 1㎏당 산 0.02 내지 2 몰, 더욱 바람직하게는 금속 산화물 1㎏당 산 0.05 내지 1 몰, 심지어는 금속 산화물 1㎏당 산 0.1 내지 0.8 몰의 양으로 사용된다.
4차 암모늄 염기가 응집체 실리카 입자를 분산시키기에 특히 적합하다. 본 발명에서 사용되기에 적합한 4차 암모늄 염기는 하기 식 II를 갖는다:
(II): (NR1R2R3R4)OH
상기 식에서, R1, R2, R3 및 R4는 각각, C1-C10 알킬, 히드록시, C1-C10 알콕시 또는 아릴기로 치환되거나 치환되지 않을 수 있는, C1-C10 알킬, C1-C10 알콕시, C2-C10 알케닐 및 아릴기로 이루어진 군에서 독립적으로 선택된다. 바람직한 화합물에서, R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 C1-C3 알킬기이다. 더욱 바람직하게는 R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 메틸기 또는 에틸기이다. 이와 관련하여, 본 발명은 (a) 약 115 ㎡/g 이상의 표면적을 갖는 융합된 일차 입자를 포함하는 응집체 실리카 입자를, 약 30 중량% 이상의 응집체 실리카 입자를 포함하는 분산액을 제공하기에 충분한 양의 4차 암모늄 수산화물 및 물과 합하고, (b) 고-전단 혼합기에서 응집체 실리카 입자를 분쇄함으로써, 응집체 실리카 입자의 응집체 입자 직경을 감소시키는 것을 포함하는, 응집체 실리카 입자의 평균 응집체 입자 크기를 감소시키는 방법을 제공한다.
응집체 금속 산화물이 알루미나인 경우, 분산매질에 HCl과 같은 산을 약 0.1 내지 1.5 중량% 또는 약 0.5 내지 1 중량%의 양으로 첨가하여 분산매질을 산성화시킴으로써, 물에 분산될 수 있는 알루미나의 농도를 최고로 만드는 것이 더 바람직하다. 사용된 산의 몰로서 표현하자면, 알루미나 1㎏당 0.02 내지 0.4 몰 또는 심지어는 0.05 내지 0.2 몰의 산을 사용하는 것이 바람직하다. 이와 관련하여, 본 발명은 (a) 융합된 일차 입자를 포함하는 응집체 알루미나 입자를 전술된 양의 산 및 물과 합하여, 약 30 중량% 이상의 응집체 알루미나 입자를 포함하는 분산액을 제공하고, (b) 고-전단 혼합기에서 분산액을 분쇄함으로써, 응집체 알루미나 입자의 응집체 입자 직경을 감소시키는 것을 포함하는, 응집체 알루미나 입자의 평균 응집체 입자 직경을 감소시키는 방법을 제공한다.
본 발명의 방법을 임의의 유형의 고-전단 분쇄기를 사용하여 수행할 수 있다. 바람직하게는, 분산 기준은 사용된 고-전단 분쇄기의 특정한 유형 또는 종류에 따라 달라지고, 사용된 고-전단 분쇄기의 특정 구조 또는 모델에 따라서도 다를 수 있다. 적합한 고-전단 분쇄기는 행성식(planetary) 또는 블레이드형 혼합기, 균질화기, 회전자-고정자(rotor-stator), 미디어밀(media mill), 볼밀, 제트밀 및 기타 통상적인 유형의 고-전단 분쇄기를 포함한다.
분산액을, 분산 기준에서 설정될 수 있는 특정 시간 동안 분쇄할 수 있거나, 분산액을 분쇄 공정의 종말점에 도달할 때까지 분쇄할 수 있다. 분쇄 공정의 종말점을 임의의 적합한 방법으로 결정할 수 있다. 이러한 방법 중 하나는 분쇄기의 모터 상에서의 저항을 모니터하는 것을 포함한다. 분쇄가 진행됨에 따라, 저항은 분쇄 공정의 종말점에 도달할 때까지 감소할 것이며, 분쇄 공정의 종말점에서는 저항이 비교적 일정할 것이다. 모터 상의 저항은, 임의의 방법으로, 예를 들면 모터에 공급된 전류의 변화를 측정하거나, 모터 속도의 변화를 감지하거나, 모터 상의 저항의 감소를 나타내는 장치 내 소리의 변화를 감지함으로써 측정할 수 있다.
분쇄기는, 개별 일차 입자들 사이의 결합을 파괴하여 평균 응집체 입자 직경을 감소시키기에 충분한 에너지를 공급해야 한다. 바람직하게는, 주어진 고체 농도를 갖는 분산액을 사용하여 작동되는 분쇄기는 약 10-4 cal/㎠(예를 들면, 약 10-4 내지 10-3 cal/㎠) 이상의 에너지를 공급할 것이다. 블레이드형 혼합기를 사용할 경우, 블레이드형 혼합기는 바람직하게는, 하기 식 III를 충족시키는 반경(R), 특징적인 블레이드 길이(X) 및 각속도(ω)를 갖는 블레이드를 포함한다:
(III): 100 ≥ ηω2R2/2X2 ≥ 20 kW/㎥.
이와 관련하여, 본 발명은 (a) 융합된 일차 입자를 포함하는 응집체 금속 산화물 입자를 제공하고, (b) 응집체 금속 산화물 입자를, 산 또는 4차 암모늄 수산화물을 포함하는 물과 합하여, 점도(η)를 갖는 분산액을 제공하고, (c) 상기 식 III을 충족시키는 반경(R), 특징적인 블레이드 길이(X) 및 P 속도(ω)를 갖는 블레이드를 포함하는 고-전단 블레이드형 혼합기에서 응집체 금속 산화물 입자 분산액을 분쇄함으로써, 응집체 금속 산화물 입자의 평균 응집체 입자 직경을 감소시키는 것을 포함하는, 응집체 금속 산화물 입자의 응집체 입자 직경을 감소시키는 방법을 제공한다.
고-전단 블레이드형 혼합기는, 전형적으로 약 30 내지 50 중량%의 응집체 실리카 입자를 포함하는 분산액을 요구하는, 약 135 ㎡/g 초과의 BET 표면적을 갖는 응집체 실리카 입자의 응집체 입자 직경을 감소시키기에 특히 유용하다. 따라서, 관련 양태에서, 본 발명은 (a) 평균 응집체 입자 직경 및 약 135 ㎡/g 이상의 BET 표면적을 갖는 융합된 일차 입자를 포함하는 응집체 실리카 입자를 제공하고, (b) 응집체 실리카 입자를, 약 30 내지 50 중량%의 응집체 실리카 입자를 포함하는 분산액을 제공하기에 충분한 양의 산성화 또는 염기성화 물과 합하고, (c) 고-전단 블레이드형 혼합기에서 응집체 실리카 입자 분산액을 분쇄함으로써, 응집체 실리카 입자의 평균 응집체 입자 직경을 감소시키는 것을 포함하는, 응집체 실리카 입자의 응집체 입자 직경을 감소시키는 방법을 제공한다. 고-전단 혼합기는 바람직하게는 상기 식 III을 충족시키는 반경(R), 특징적인 블레이드 길이(X) 및 각속도(ω)를 갖는 블레이드를 포함한다.
본 발명의 방법은 본 발명에서 사용되는 응집체 금속 산화물 입자의 평균 응집체 입자 직경을 감소시킨다. 본 발명의 방법은 또한 응집체 금속 산화물 입자의 응집체 입자 크기의 기하 표준 편차를 감소시킨다. 본원에서 사용된, 응집체 크기의 기하 표준 편차 σg(Dcirc)는 분산액 내의 (예를 들면, 약 2000개 이상의) 응집체 금속 산화물 입자에 대한 응집체 직경의 기하 표준 편차이며, 응집체 금속 산화물 입자에 대한 응집체 크기 분포를 나타낸다. 응집체 금속 산화물 입자에 대한 Dcirc 값은 기하 수 평균이다. 기하 표준 편차뿐만 아니라 기하 수 평균을 임의의 적합한 방법, 예를 들면 문헌 [T. Kodas and M. Hampden-Smith, Aerosol Processing of Materials, 28-31 (John Wiley & Sons 1999)]에 기술된 방법으로 계산할 수 있다. 본 발명의 방법은 바람직하게는 σg(Dcirc)를 약 10% 이상(예를 들면, 약 15% 이상), 바람직하게는 약 20% 이상(예를 들면, 약 25% 이상), 또는 심지어는 약 30% 이상(예를 들면, 35% 이상) 또는 40% 이상(예를 들면, 45% 이상) 감소시킨다.
분쇄 후, 응집체 금속 산화물 분산액을 물 또는 기타 적합한 액체로 희석시킬 수 있다. 응집체 금속 산화물 분산액을 임의의 고체 농도를 갖도록 희석시킬 수 있다. 바람직하게는, 분쇄된 분산액을, 분산액의 고체 농도가 약 5% 이상(예를 들면, 약 10% 이상), 또는 심지어는 약 15% 이상(예를 들면, 약 20% 이상) 감소하도록 희석시킨다. 그 결과의 분산액은 전형적으로는 약 5 내지 50 중량%(예를 들면, 약 10 내지 45 중량%), 예를 들면 약 15 내지 40 중량%(예를 들면, 약 20 내지 35 중량%)의 고체 농도를 가질 것이다.
분쇄 후, 임의의 적합한 안정화제를 첨가함으로써 분산액을 안정화시킬 수 있다. 바람직하게는, 분산액의 pH를 약 7 이상(예를 들면, 약 8 이상), 또는 심지어는 약 9 이상(예를 들면, 약 10 이상)으로 상승시키기에 충분한 양의 염기를 첨가함으로써 분산액을 안정화시킨다. 더욱 바람직하게는, 희석되고 안정화된 분산액의 pH는 약 8 내지 13, 또는 심지어는 약 9 내지 12이다. 적합한 안정화제는 알칼리 또는 아민, 예를 들면 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화리튬, 수산화암모늄, 트리에틸아민 및 디메틸에탄올 아민을 포함한다.
본 발명에 따라 제조된 금속 산화물 입자의 수성 분산액도 본 발명의 일부이다. 특히 본 발명은, 응집체 실리카 입자가 일차 입자 직경 및 응집체 입자 직경을 갖고, 일차 입자 직경의 평균(dp), 응집체 입자 직경의 (수)평균(Dcirc ave) 및 응집체 입자 직경의 기하 표준 편차(σg(Dcirc))가 하기 두 개의 식 중 하나 이상을 충족시키는, 융합된 일차 입자로 이루어진 응집체 구조를 갖는 응집체 실리카 입자를 포함하는 응집체 실리카 입자의 분산액을 제공한다:
(1) Dcirc ave(㎚) ＜ 52 + 2 dp(㎚), 및
(2) (σg(Dcirc)) ＜ 1.44 + 0.011 dp(㎚).
전술된 바와 같이, σg(Dcirc)는 분산액 내의 응집체 금속 산화물 입자의 응집체 입자 직경의 기하 표준 편차이며, 이러한 변수는 약 2000개 이상(예를 들면, 약 5000개 이상, 또는 심지어는 10,000개 이상)의 응집체 금속 산화물 입자에 대한 것이어야 한다. 따라서, 분산액은 적어도 2000개 이상(또는 5000개 이상, 또는 10,000개 이상)의 응집체 금속 산화물 입자를 포함하며, 대부분의 금속 산화물 입자의 분산액은 이러한 개수의 응집체 금속 산화물 입자보다 훨씬 더 많은 입자를 가질 것이다.
본 발명의 분산액은 식 (1)과 식 (2) 중 하나 또는 바람직하게는 둘 다를 충족시킨다. 더욱 바람직하게는, 분산액은 하기 식을 충족시킨다:
1.44 + 0.011 dp(㎚) ＞ σg(Dcirc) ＞ 1.3 + 0.011 dp(㎚).
본 발명은 응집체 알루미나 입자가 일차 입자 직경 및 응집체 입자 직경을 갖고, 일차 입자 직경의 평균(dp), 응집체 입자 직경의 (수)평균(Dcirc ave) 및 응집체 입자 직경의 기하 표준 편차(σg(Dcirc))가 하기 두 개의 식 중 하나 이상을 충족시키는, 융합된 일차 입자로 이루어진 응집체 구조를 갖는 응집체 알루미나 입자의 분산액을 제공한다:
(1) Dcirc ave(㎚) ＜ 35 + 1.8 dp(㎚), 및
(2) σg(Dcirc) ＜ 1.39 + 0.011 dp(㎚).
본 발명의 알루미나 분산액은 식 (1)과 식 (2) 중 하나 또는 바람직하게는 둘 다를 충족시킨다. 더욱 바람직하게는, 분산액은 하기 식을 충족시킨다:
1.39 + 0.011 dp(㎚) ＞ σg(Dcirc) ＞ 1.3 + 0.011 dp(㎚).
모든 기타 분산액 양태는 본 발명의 방법과 관련하여 전술된 바와 같다.
본 발명의 응집체 금속 산화물 분산액 뿐만 아니라 본 발명의 방법을 임의의 목적으로 사용할 수 있다. 적합한 용도는 미끄럼-방지 바닥 왁스, 발포 고무 라텍스, 종이 코팅, 광학섬유 및 석영 유리제품을 위한 졸-겔 공정, 단열, 마찰, 연마, 및 페인트 및 코팅의 제조, 특히 잉크 기록 매체를 제공하기 위한 중합체 필름 또는 종이와 같은 코팅재의 제조를 포함한다. 좁은 입자 크기 분포는 본 발명의 분산액 및 방법을 화학-기계적 연마 용도, 예를 들면 집적회로, 고정 메모리 디스크, 광학섬유 및 기타 재료의 제조에서 특히 유용하게 만든다.
하기 실시예는 본 발명을 추가로 예시하지만, 발명의 범위를 어떤 방식으로라도 제한하는 것으로 이해해서는 안됨은 물론이다.
[실시예]
본 실시예는, 본 발명에 따르는, 응집체 금속 산화물 입자의 분산액의 제조, 및 분산액의 평균 응집체 입자 크기의 감소를 예시한다. 본 실시예는 또한 본 발명에 따르는 분산 기준의 제공 방법을 예시한다.
발연 실리카 입자에 대한 최고 분산가능 고체 농도를, 약 344 내지 약 53 ㎡/g의 BET 표면적 범위에 상응하는, 6 내지 53 ㎚의 일차 입자 직경을 갖는 다양한 많은 발연 실리카에 대해 결정하였다. 이 분산액을 제조하기 위해, 와링(Waring) 블렌더에서 발연 실리카 1g당 37% HCl 용액 약 0.002g을 물 200g에 첨가하여 분산 액체를 제공하였다. 이어서, 와링 블렌더에서 발연 실리카를 산성화 물에 적가하였다. 각각의 첨가를 종결한 후, 점도가 뚜렷하게 감소할 때까지(약 5 분 동안), 블레이드를 고속으로 작동시켰다. 이어서, 그 다음의 발연 실리카 액적을 첨가하였다. 이러한 과정을, 더 이상의 추가적인 발연 실리카가 분산될 수 없을 때까지, 반복하였다. 그 결과를 도 2에, 평균 일차 입자 직경(dp)에 대해 도시된 최고 고체 농도(L)의 그래프로서 명시하였다. 최고 고체 농도와 평균 일차 입자 직경 사이의 관계는 식: Lmax(%) = [0.107 ln(dp) + 0.19] × 100으로 나타내어진다.
입자의 대표적인 샘플의 분산액을 그것의 최고 고체 농도에서 와링 중부하용 블렌더에서 분쇄하였다. 분쇄 후, 분산액을 물로 희석시키고, 45% KOH 용액으로 안정화시켜, 약 25 내지 30 중량%의 고체 함량 및 약 10 내지 12의 pH를 갖는 최종 분산액을 제공하였다. 분쇄된 입자의 평균 응집체 입자 직경을 TEM 분석법으로 측정하였다. 그 결과를 도 1에, 평균 일차 입자 직경(dp)에 대해 도시된 평균 응집체 입자 직경(Dcirc ave)의 그래프로서 명시하였다. 이 그래프의 위쪽 축은 입자의 BET 표면적을 나타낸다. 평균 응집체 입자 직경은 원형 데이타 점으로서 도시되어 있는 반면, 직선은 분쇄되지 않은 발연 실리카 입자의 경우 평균 응집체 입자 직경의 범위를 나타낸다. 그래프에서 볼 수 있는 바와 같이, 입자를 분쇄하면 평균 응집체 입자 직경이 현저하게 감소한다.
각 분쇄된 샘플의 응집체 입자 직경 분포의 너비(σg(Dcirc))를 분쇄 전 및 분쇄 후에 결정하였다. 그 결과를 도 3에 명시하였는데, 여기서 직선은 분쇄 전 σg(Dcirc) 값의 범위를 나타내며, 원형 데이타 점은 분쇄 후 각 샘플의 σg(Dcirc)를 나타낸다. 이 결과에서 보는 바와 같이, 입자 분산액을 분쇄하면 입자의 σg(Dcirc) 값이 현저하게 감소한다.
22㎚의 일차 입자 직경을 갖는 발연 실리카 입자의 분산액을 35 중량%(최고 고체 농도인 약 55 중량%의 2/3 미만)의 중간 고체 농도에서 제조하였다. 와링 블렌더에서 37% HCl 용액 0.24g을 물 200g에 첨가함으로써 분산 액체를 제공하고, 발연 실리카 108g을 분산 액체에 첨가함으로써 분산액을 제조하였다. 발연 실리카를 단일 단계에서 블렌더에 첨가하였다. 약 5 분 동안 분쇄한 후, 물 124g 및 45% KOH 용액 4g을 분산액에 첨가하여, 약 25%의 고체 함량 및 약 10 내지 12의 pH를 갖는 최종 분산액을 제공하였다. 분쇄된 분산액의 평균 응집체 입자 직경은 약 88 ㎚였고, 이는 분쇄되지 않은 분말의 평균 응집체 입자 직경(126㎚)으로부터 30% 감소된 것이다. 이는, 최고 분산가능 고체 농도보다 낮은 고체 수준을 사용해서 보다 낮은 입자 크기 % 감소율을 제공할 수 있으므로, 평균 응집체 입자 크기의 % 감소율을 조절하는 방법을 제공한다는 것을 예시한다.
약 55 중량%의 최고 농도에서 분쇄된 동일한 금속 산화물 입자의 분산액의 평균 응집체 입자 직경은 약 77 ㎚였고, 이는 평균 응집체 입자 직경이 39% 감소했다는 것을 의미한다. 와링 블렌더에서 37% HCl 용액 0.5g을 물 200g에 첨가한 후, 발연 실리카 약 203g을 첨가함으로써, 보다 높은 농도의 분산액을 제조하였다. 분산액을 약 10 내지 20 분 동안 약 10,000 rpm에서 분쇄하였다. 이어서, 추가로 실리카 25g을 블렌더에 첨가하고 약 5 분 동안 분쇄하였다. 최종적으로 발연 실리카의 25g 액적을 블렌더에 첨가하여, 약 55 중량%의 총 고체 농도를 제공하고, 연삭을 약 15 분 동안 계속하였다. 이 분산액을 물 372g으로 희석하고, 45 중량%의 KOH 9.8g으로 안정화시켜, 약 30 중량%의 최종 고체 농도 및 약 10 내지 12의 pH를 제공하였다.
평균 응집체 입자 직경의 % 감소율을 최고 분산가능 고체 농도의 %에 대해 도시하고 데이타 점들 사이에 내삽시켰을 때, 하기 식에 의해, 평균 응집체 입자 직경의 % 감소율(%ΔDcirc ave)이 최고 고체 농도(Lmax) 및 실제(중간) 고체 농도(L)와 관계가 있음을 본 실시예를 통해 알 수 있다:
%ΔDcirc ave = 0.3 Lmax = 0.3[(L/Lmas) × 100]
상기 식들을 조합하고(Lmax(%) = [0.107 ln(dp) + 0.19] × 100 및 %ΔDcirc = 0.3 Lmax = 0.3[(L/Lmax) × 100]), L을 구함으로써, 하기 관계식을 얻는다:
L(중량%) = [(%ΔDcirc ave) × (0.107 ln(dp)(㎚) + 0.19)] ÷ 0.3
본 관계식은 동일하거나 상이한 일차 입자 크기(예를 들면, 표면적)를 갖는 발연 실리카의 기타 분산액에 대한 분산 기준으로서 작용할 수 있다.
실시예 2
본 실시예는, 실시예 1의 분산 기준을 사용하여, 원하는 입자 크기 % 감소율을 갖는 응집체 금속 산화물 입자의 분산액을 제조할 수 있다는 것을 보여준다.
물 200g 및 37% HCl 용액 0.3g을 와링 블렌더에서 합하였다. 6㎚의 일차 입자 크기를 갖는 발연 실리카 114g을 칭량하였다. 40%의 발연 실리카를 블렌더에 첨가하고, 이것을 약 10 내지 20 분 동안 분쇄하였다. 분쇄를 중단하고, 블렌더의 벽을 긁어냈다. 추가로 5분 동안 10,000 rpm에서 분쇄를 계속하였고, 이어서 추가로 40%의 발연 실리카를 첨가하였다. 분쇄를 5분 동안 계속하였고, 나머지 20%의 발연 실리카를 첨가하였다. 모든 발연 실리카를 첨가한 후 총 고체 함량은 약 36 중량%였다. 추가로 15분 동안 분쇄한 후, 분산액을 물 252g으로 희석하고, 45 중량%의 KOH 4.4g으로 안정화시킴으로써, 20 중량%의 고체 및 10 내지 12의 pH를 갖는 분산액을 제공하였다.
분쇄 전의 발연 실리카 입자의 평균 응집체 입자 크기는 72 ㎚였다. 분쇄 후, 평균 응집체 입자 크기가 약 49 ㎚로 감소되었고, 이것은 약 32%의 감소율에 해당하였다. 실시예 1의 분산 기준에 따라, 6 ㎚의 일차 입자 크기를 갖는 응집체 입자의 경우 원하는 입자 크기 % 감소율인 32%는 약 36%의 제시된 고체 농도와 상관되었다. 본 실시예에서 사용된 실제량은 제시된 값의 5% 이내에 포함되었고, 이는 분산 기준이 평균 응집체 입자 직경의 주어진 % 감소율을 달성하는데 필요한 고체 농도를 제시하기에 효과적인 지침을 제공할 수 있다는 것을 보여준다.
실시예 3
본 실시예는 발연 알루미나 입자의 평균 응집체 입자 직경을 감소시키는 본 발명의 방법을 사용하는 것을 예시한다.
물 210g 및 37% HCl 용액 7.5g을 와링 블렌더에서 합하였다. 55 ㎡/g 발연 알루미나 360g을 칭량하였다. 60%의 알루미나를 블렌더에 첨가하고, 10 내지 20 분 동안 분쇄하였다. 분쇄를 중단하고, 블렌더의 벽을 긁어냈다. 분쇄를 5분 동안 10,000 rpm에서 계속하였다. 나머지 40%의 발연 알루미나를 첨가한 후, 추가로 15분 동안 분쇄하였다. 이러한 시점에서 최종 고체 농도는 63%였다. 분산액을 물 327g으로 희석하여, 40% 알루미나 분산액을 제공하였다.
분쇄 전의 발연 알루미나 입자의 평균 응집체 입자 직경은 약 22 ㎚였다. 분쇄 후, 평균 응집체 입자 직경은 약 68 ㎚로 약 33% 감소하였다. 본 실시예는, 본 발명의 방법을 사용하여, 감소된 평균 응집체 입자 크기를 갖는 응집체 알루미나 입자의 분산액을 효과적으로 제공할 수 있다는 것을 보여준다.
본원에서 인용된, 공개공보, 특허출원 및 특허를 포함하는 모든 참고문헌은, 마치 각 참고문헌이 본원에서 전문이 개별적으로 및 구체적으로 참고되고 설명된 것처럼, 본원에서 동일한 정도로 참고되었다.
본 발명을 기술하는 문맥상(특히 첨부된 "청구의 범위"의 문맥상), "a" 및 "an" 및 "the" 및 유사한 단어는, 달리 본원에서 언급되거나 문맥상 단호하게 부정되지 않는 한, 단수와 복수 둘 다를 망라하는 것으로 이해하도록 한다. "포함하는", "갖는", "포괄하는" 및 "함유하는"이란, 달리 언급되지 않는 한, 제한이 없음(즉 "포함하지만 이것으로만 제한되지는 않는")을 의미하는 것으로 이해하도록 한다. 본원에서 언급된 값의 범위는 단지, 달리 본원에서 언급되지 한, 그 범위 내에 속하는 각 개별 값들을 개별적으로 지칭하는 속기로서 작용할 뿐이며, 각 개별 값은, 마치 이것들이 본원에서 개별적으로 언급되는 것처럼 명세서에 도입된다. 본원에서 기술된 모든 방법을, 달리 본원에서 언급되거나 문맥상 단호하게 부정되지 않는 한, 임의의 적합한 순서로 수행할 수 있다. 본원에서 제공된 임의의 및 모든 예 또는 예시적 언어(예를 들면 "와 같은")를 사용하는 것은, 달리 언급되지 않는 한, 단지 본 발명을 보다 잘 설명하기 위한 것이지, 본 발명의 범주를 제한하기 위한 것은 아니다. 명세서의 어떤 언어도 임의의 청구되지 않은 요소를 본 발명의 실시에 필수적인 것으로 나타내는 것으로 이해해서는 안된다.
본 발명의 바람직한 실시양태는, 본 발명을 수행하는 발명자들에게 공지된 가장 좋은 방식을 포함하여, 본원에 기술되어 있다. 해당 분야의 보통 숙련자라면 전술된 내용을 읽고서, 이러한 바람직한 실시양태의 변태를 분명하게 알게 될 것이다. 본 발명의 발명자들은 숙련자들이 이러한 변태를 적당하게 사용할 것을 기대하며, 본 발명의 발명자들은 본 발명이 본원에서 구체적으로 기술된 것 이외의 방식으로 수행될 것이라고 생각한다. 따라서, 본 발명은 법에 의해 허용되는 한도에서 첨부된 청구의 범위에서 언급된 특허대상의 모든 변경양태 및 동등양태를 포함한다. 더욱이, 모든 가능한 변태의 전술된 요소들의 임의의 조합이, 달리 본원에서 언급되거나 문맥상 단호하게 부정되지 않는 한, 본 발명에 포함된다.

Claims (56)

  1. (a) 평균 응집체 입자 직경을 갖는 융합된 일차 입자로 이루어진 응집체 금속 산화물 입자를 제공하고, (b) 응집체 금속 산화물 입자를, 산 또는 4차 암모늄 수산화물을 포함하는 물과 합하여, 점도(η)를 갖는 분산액을 제공하고, (c) 식: 100 ≥ ηω2R2/2X2 ≥ 20 kW/㎥을 충족시키는 반경(R), 특징적인 블레이드 길이(X) 및 각속도(ω)를 갖는 블레이드를 포함하는 고-전단 블레이드형 혼합기에서 응집체 금속 산화물 입자 분산액을 분쇄함으로써, 응집체 금속 산화물 입자의 평균 응집체 입자 직경을 감소시키는 것을 포함하는, 응집체 금속 산화물 입자의 응집체 입자 직경을 감소시키는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, (i) 응집체 금속 산화물 입자의 첫번째 분량(first portion)을 물에 첨가하여, 제 1 응집체 금속 산화물 입자 분산액을 제공하고, (ii) 제 1 응집체 금속 산화물 입자 분산액을 분쇄하고, (iii) 응집체 금속 산화물 입자의 두번째 분량(second portion)을 상기 단계 (ii)에서 분쇄된 제 1 금속 산화물 입자 분산액에 첨가하여 제 2 응집체 금속 산화물 입자 분산액을 제공하고, (iv) 제 2 응집체 금속 산화물 입자 분산액을 분쇄하는 것을 포함하는 방법에 의해, 응집체 금속 산화물 입자가 물과 합해지는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 제 1 응집체 금속 산화물 입자 분산액의 점도를, 응집체 금속 산화물 입자의 두번째 분량을 첨가하기 전에, 5% 이상 감소시키는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 응집체 금속 산화물 입자의 (수)평균 응집체 입자 직경이 10% 이상 감소하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 응집체 금속 산화물 입자의 (수)평균 응집체 입자 직경이 20% 이상 감소하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 응집체 금속 산화물 입자가 평균 일차 입자 직경(dp)을 갖고, 분산액 내의 응집체 금속 산화물 입자의 양(L)이 하기 식을 충족시키는 방법:
    80[0.1 ln(dp)(㎚) + 0.2] ＜ L(중량%) ＜ 100[0.1 ln(dp)(㎚) + 0.2].
  7. 제 1 항에 있어서, 응집체 금속 산화물 입자가 실리카, 알루미나 및 산화세륨입자로 이루어진 군에서 선택되는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 응집체 금속 산화물 입자가 실리카 입자인 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 응집체 금속 산화물 분산액이 응집체 금속 산화물 입자 1㎏당 0.02 내지 2 몰의 산을 포함하는 방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 응집체 금속 산화물 분산액이 응집체 금속 산화물 입자 1㎏당 0.02 내지 2 몰의 4차 암모늄 수산화물을 포함하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 4차 암모늄 수산화물이 하기 식으로 나타내어지는 방법:
    (NR1R2R3R4)OH
    상기 식에서, R1, R2, R3 및 R4는 C1-C10 알킬, C1-C10 알콕시, C2-C10 알케닐 및 아릴기(이들은 각각 C1-C10 알킬, 히드록시, C1-C10 알콕시 또는 아릴기로 치환되거나 치환되지 않을 수 있음)로 이루어진 군에서 독립적으로 선택된다.
  12. 제 11 항에 있어서, R1, R2, R3 및 R4가 각각 독립적으로 C1-C3 알킬기인 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, R1, R2, R3 및 R4가 각각 독립적으로 메틸기 또는 에틸기인 방법.
  14. 제 7 항에 있어서, 응집체 금속 산화물 입자가 알루미나 입자인 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 분산액이 0.1 내지 1 중량%의 산을 포함하는 방법.
  16. 제 1 항에 있어서, 응집체 금속 산화물 분산액의 분쇄가, 금속 산화물 입자의 응집체 입자 직경의 기하 표준 편차(σg(Dcirc))를 20% 이상 감소시키는 방법.
  17. (a) 평균 응집체 입자 직경 및 135 ㎡/g 이상의 BET 표면적을 갖는 융합된 일차 입자를 포함하는 응집체 실리카 입자를 제공하고, (b) 응집체 실리카 입자를, 30 내지 50 중량%의 응집체 실리카 입자를 포함하는 분산액을 제공하기에 충분한 양의 산성화 또는 염기성화 물과 합하고, (c) 고-전단 블레이드형 혼합기에서 응집체 실리카 입자 분산액을 분쇄함으로써, 응집체 실리카 입자의 평균 응집체 입자 직경을 감소시키는 것을 포함하는, 응집체 실리카 입자의 응집체 입자 직경을 감소시키는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서, (i) 응집체 실리카 입자의 첫번째 분량을 산성화 또는 염기성화 물에 첨가하여, 제 1 응집체 실리카 입자 분산액을 제공하고, (ii) 제 1 응집체 실리카 입자 분산액을 분쇄하고, (iii) 응집체 실리카 입자의 두번째 분량을 상기 단계 (ii)에서 분쇄된 제 1 실리카 입자 분산액에 첨가하여 제 2 응집체 실리카 입자 분산액을 제공하고, (iv) 제 2 응집체 실리카 입자 분산액을 분쇄하는 것을 포함하는 방법에 의해, 응집체 실리카 입자가 산성화 또는 염기성화 물과 합해지는 방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 제 1 응집체 실리카 입자 분산액의 점도를, 응집체 실리카 입자의 두번째 분량을 첨가하기 전에, 5% 이상 감소시키는 방법.
  20. 제 17 항에 있어서, 응집체 실리카 입자의 (수)평균 응집체 입자 직경이 10% 이상 감소하는 방법.
  21. 제 20 항에 있어서, 응집체 실리카 입자의 (수)평균 응집체 입자 직경이 20% 이상 감소하는 방법.
  22. 제 17 항에 있어서, 분산액이 0.01 내지 5 중량%의 산을 포함하는 방법.
  23. 제 17 항에 있어서, 응집체 실리카 입자가 평균 일차 입자 직경(dp)을 갖고, 분산액 내의 응집체 실리카 입자의 양(L)이 하기 식을 충족시키는 방법:
    80[0.1 ln(dp)(㎚) + 0.2] ＜ L(중량%) ＜ 100[0.1 ln(dp)(㎚) + 0.2].
  24. 제 17 항에 있어서, 응집체 실리카 분산액의 분쇄가, 응집체 실리카 입자의 응집체 입자 직경의 기하 표준 편차(σg(Dcirc))를 20% 이상 감소시키는 방법.
  25. 제 17 항에 있어서, 응집체 실리카 분산액이 점도(η)를 갖고, 하기 식을 충족시키는 반경(R), 특징적인 블레이드 길이(X) 및 각속도(ω)를 갖는 블레이드를 포함하는 고-전단 블레이드형 혼합기를 사용하여 응집체 실리카 분산액의 분쇄가 수행되는 방법:
    100 ≥ ηω2R2/2X2 ≥ 20 kW/㎥.
  26. (a) 평균 응집체 입자 직경 및 115 ㎡/g 이상의 표면적을 갖는 융합된 일차 입자를 포함하는 응집체 실리카 입자를, 30 중량% 이상의 응집체 실리카 입자를 포함하는 분산액을 제공하기에 충분한 양의 물 및 4차 암모늄 수산화물과 합하고, (b) 고-전단 혼합기에서 응집체 실리카 입자를 분쇄함으로써, 응집체 실리카 입자의 평균 응집체 입자 직경을 감소시키는 것을 포함하는, 응집체 실리카 입자의 응집체 입자 직경을 감소시키는 방법.
  27. 제 26 항에 있어서, 4차 암모늄 수산화물이 하기 식으로 나타내어지는 방법:
    (NR1R2R3R4)OH
    상기 식에서, R1, R2, R3 및 R4는 C1-C10 알킬, C1-C10 알콕시, C2-C10 알케닐 및 아릴기(이들은 각각 C1-C10 알킬, 히드록시, C1-C10 알콕시 또는 아릴기로 치환되거나 치환되지 않을 수 있음)로 이루어진 군에서 독립적으로 선택된다.
  28. 제 27 항에 있어서, R1, R2, R3 및 R4가 각각 독립적으로 C1-C3 알킬기인 방법.
  29. 제 28 항에 있어서, R1, R2, R3 및 R4가 각각 독립적으로 메틸기 또는 에틸기인 방법.
  30. 제 26 항에 있어서, (i) 응집체 실리카 입자의 첫번째 분량을 물 및 4차 암모늄 수산화물에 첨가하여, 제 1 응집체 실리카 입자 분산액을 제공하고, (ii) 제 1 응집체 실리카 입자 분산액을 분쇄하고, (iii) 응집체 실리카 입자의 두번째 분량을 상기 단계 (ii)에서 분쇄된 제 1 응집체 실리카 입자 분산액에 첨가하여 제 2 응집체 실리카 입자 분산액을 제공하고, (iv) 제 2 응집체 실리카 입자 분산액을 분쇄하는 것을 포함하는 방법에 의해, 응집체 실리카 입자가 물 및 4차 암모늄 수산화물과 합해지는 방법.
  31. 제 30 항에 있어서, 제 1 응집체 실리카 분산액의 점도를, 응집체 실리카 입자의 두번째 분량을 첨가하기 전에, 5% 이상 감소시키는 방법.
  32. 제 26 항에 있어서, 응집체 실리카 입자의 (수)평균 응집체 입자 직경을 10% 이상 감소시키는 방법.
  33. 제 32 항에 있어서, 응집체 실리카 입자의 (수)평균 응집체 입자 직경을 20% 이상 감소시키는 방법.
  34. 제 26 항에 있어서, 응집체 실리카 입자가 평균 일차 입자 직경(dp)을 갖고, 분산액 내의 응집체 실리카 입자의 양(L)이 하기 식을 충족시키는 방법:
    80[0.1 ln(dp)(㎚) + 0.2] ＜ L(중량%) ＜ 100[0.1 ln(dp)(㎚) + 0.2].
  35. 제 26 항에 있어서, 분산액이 응집체 실리카 입자 1㎏당 0.02 내지 2 몰의 4차 암모늄 수산화물을 포함하는 방법.
  36. 제 26 항에 있어서, 응집체 실리카 분산액의 분쇄가, 응집체 실리카 입자의 응집체 입자 직경의 기하 표준 편차(σg(Dcirc))를 20% 이상 감소시키는 방법.
  37. 제 26 항에 있어서, 응집체 실리카 분산액이 점도(η)를 갖고, 응집체 실리카 분산액의 분쇄가 고-전단 블레이드형 혼합기를 사용하여 수행되고, 이 혼합기가 하기 식을 충족시키는 반경(R), 특징적인 블레이드 길이(X) 및 각속도(ω)를 갖는 블레이드를 포함하는 방법:
    100 ≥ ηω2R2/2X2 ≥ 20 kW/㎥.
  38. (a) 융합된 일차 입자를 포함하는 응집체 알루미나 입자를, 응집체 알루미나 입자 1㎏당 0.02 내지 0.4 몰의 산 및 물과 합하여, 30 중량% 이상의 응집체 알루미나 입자를 포함하는 분산액을 제공하고, (b) 고-전단 혼합기에서 분산액을 분쇄함으로써, 응집체 알루미나 입자의 응집체 입자 직경을 감소시키는 것을 포함하는, 응집체 알루미나 입자의 응집체 입자 직경을 감소시키는 방법.
  39. 제 38 항에 있어서, (i) 응집체 알루미나 입자의 첫번째 분량을 산성화 물에 첨가하여, 제 1 응집체 알루미나 입자 분산액을 제공하고, (ii) 제 1 응집체 알루미나 입자 분산액을 분쇄하고, (iii) 응집체 알루미나 입자의 두번째 분량을 상기 단계 (ii)에서 분쇄된 제 1 알루미나 입자 분산액에 첨가하여 제 2 응집체 알루미나 입자 분산액을 제공하고, (iv) 제 2 응집체 알루미나 입자 분산액을 분쇄하는 것을 포함하는 방법에 의해, 응집체 알루미나 입자가 산성화 물과 합해지는 방법.
  40. 제 39 항에 있어서, 제 1 응집체 알루미나 분산액의 점도를, 응집체 알루미나 입자의 두번째 분량을 첨가하기 전에, 5% 이상 감소시키는 방법.
  41. 제 38 항에 있어서, 응집체 알루미나 입자의 (수)평균 응집체 입자 직경이 10% 이상 감소하는 방법.
  42. 제 41 항에 있어서, 응집체 알루미나 입자의 (수)평균 응집체 입자 직경이 20% 이상 감소하는 방법.
  43. 제 38 항에 있어서, 응집체 알루미나 입자가 평균 일차 입자 직경(dp)을 갖고, 분산액 내의 응집체 알루미나 입자의 양(L)이 하기 식을 충족시키는 방법:
    80[0.1 ln(dp)(㎚) + 0.2] ＜ L(중량%) ＜ 100[0.1 ln(dp)(㎚) + 0.2].
  44. 제 38 항에 있어서, 응집체 알루미나 입자가 110 ㎡/g 이하의 표면적을 갖는 방법.
  45. 제 38 항에 있어서, 응집체 알루미나 분산액의 분쇄가, 응집체 알루미나 입자의 응집체 입자 직경의 기하 표준 편차(σg(Dcirc))를 30% 이상 감소시키는 방법.
  46. 제 38 항에 있어서, 응집체 알루미나 분산액의 분쇄가 고-전단 블레이드형 혼합기를 사용하여 수행되고, 이 혼합기가 하기 식을 충족시키는 반경(R), 특징적인 블레이드 길이(X) 및 각속도(ω)를 갖는 블레이드를 포함하는 방법:
    100 ≥ ηω2R2/2X2 ≥ 20 kW/㎥.
  47. 응집체 실리카 입자가 일차 입자 직경 및 응집체 입자 직경을 갖고, 일차 입자 직경의 평균(dp), 응집체 입자 직경의 (수)평균(Dcirc ave) 및 응집체 입자 직경의 기하 표준 편차(σg(Dcirc))가 하기 두 개의 식 중 하나 이상을 충족시키는, 융합된 일차 입자로 이루어진 응집체 구조를 갖는 응집체 실리카 입자를 포함하는 응집체 실리카 입자의 수성 분산액:
    (1) 실리카에 대해, Dcirc ave(㎚) ＜ 52 + 2 dp(㎚), 및
    (2) 실리카에 대해, σg(Dcirc) ＜ 1.44 + 0.011 dp(㎚).
  48. 제 47 항에 있어서, 식 (1)이 충족된 분산액.
  49. 제 47 항에 있어서, 식 (2)가 충족된 분산액.
  50. 제 47 항에 있어서, 식 (1)과 식 (2) 둘 다가 충족된 분산액.
  51. 제 47 항에 있어서, 응집체 입자 직경의 기하 표준 편차 σg(Dcirc)가 하기 식을 충족시키는 분산액:
    실리카에 대해, 1.44 + 0.011 dp(㎚) ＞ σg(Dcirc) ＞ 1.3 + 0.011 dp(㎚).
  52. 응집체 알루미나 입자가 일차 입자 직경 및 응집체 입자 직경을 갖고, 일차 입자 직경의 평균(dp), 응집체 입자 직경의 (수)평균(Dcirc ave) 및 응집체 입자 직경의 기하 표준 편차(σg(Dcirc))가 하기 두 개의 식 중 하나 이상을 충족시키는, 융합된 일차 입자로 이루어진 응집체 구조를 갖는 응집체 알루미나 입자를 포함하는 응집체 알루미나 입자의 수성 분산액:
    (1) Dcirc ave(㎚) ＜ 35 + 1.8 dp(㎚), 및
    (2) σg(Dcirc) ＜ 1.39 + 0.011 dp(㎚).
  53. 제 52 항에 있어서, 식 (1)이 충족된 분산액.
  54. 제 52 항에 있어서, 식 (2)가 충족된 분산액.
  55. 제 52 항에 있어서, 식 (1)과 식 (2) 둘 다가 충족된 분산액.
  56. 제 52 항에 있어서, 응집체 입자 직경의 기하 표준 편차 σg(Dcirc)가 하기 식을 충족시키는 분산액:
    1.39 + 0.011 dp(㎚) ＞ σg(Dcirc) ＞ 1.3 + 0.011 dp(㎚).
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2003291166A1 (en) * 2002-11-26 2004-06-18 Cabot Corporation Fumed metal oxide particles and process for producing the same
EP2213620B1 (en) * 2004-05-04 2017-01-25 Cabot Corporation Aqueous dispersion of aggregate silica particles
DE102006033236A1 (de) * 2006-07-18 2008-01-24 Wacker Chemie Ag Zusammensetzung auf der Basis von Organosiliciumverbindungen
KR102135122B1 (ko) * 2012-03-30 2020-07-17 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니 저굴절률 재료를 위한 보호 코팅
EP3154732A4 (en) 2014-06-16 2018-02-14 Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation Method of producing a powder product
WO2019065392A1 (ja) 2017-09-29 2019-04-04 キヤノン株式会社 シリカ凝集体、吸着材、吸着カラム、浄化システム、液体の処理方法、およびシリカ凝集体の製造方法

Family Cites Families (59)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3126293A (en) 1964-03-24 Milling process
US1010242A (en) * 1910-03-21 1911-11-28 Alfred Barker Duff Gas-producer.
AU418170B2 (en) * 1964-10-02 1971-10-11 Commonwealth Scientific And Industrial Researc Organization Opaline materials
US4010242A (en) * 1972-04-07 1977-03-01 E. I. Dupont De Nemours And Company Uniform oxide microspheres and a process for their manufacture
US3855172A (en) * 1972-04-07 1974-12-17 Du Pont Uniform oxide microspheres and a process for their manufacture
US4220580A (en) * 1978-07-24 1980-09-02 Gulf Oil Corporation Bingham fluid compositions
US4244835A (en) * 1978-12-14 1981-01-13 W. R. Grace & Co. Method of dispersing alpha alumina monohydrate
US4338407A (en) * 1979-01-25 1982-07-06 Olin Corporation Stabilization of high resilience polyurethane foam
US4544359A (en) 1984-01-13 1985-10-01 Pentron Corporation Dental restorative material
US5246624A (en) 1989-03-21 1993-09-21 Cabot Corporation Aqueous colloidal dispersion of fumed silica, acid and stabilizer
US5116535A (en) 1989-03-21 1992-05-26 Cabot Corporation Aqueous colloidal dispersion of fumed silica without a stabilizer
GB9002986D0 (en) * 1990-02-09 1990-04-04 Ici Plc Ceramic product
US5132356A (en) 1990-11-14 1992-07-21 Ici Americas Inc. Polyester film containing minute glass spheres and fumed silica
JPH05294610A (ja) * 1992-04-16 1993-11-09 Tokuyama Soda Co Ltd 非晶質シリカ成形体の製造方法
WO1995010564A1 (en) * 1993-10-15 1995-04-20 Cabot Corporation Destructured fumed silica for use as a high clarity additive
US5527423A (en) * 1994-10-06 1996-06-18 Cabot Corporation Chemical mechanical polishing slurry for metal layers
AU7390296A (en) * 1995-10-06 1997-04-28 Cabot Corporation Aqueous thixotropes for waterborne systems
US5704566A (en) 1995-10-31 1998-01-06 James River Corporation Of Virginia Paper towel roll with variegated perforations
EP0773270B1 (en) 1995-11-10 2001-01-24 Tokuyama Corporation Polishing slurries and a process for the production thereof
JPH09194753A (ja) * 1996-01-04 1997-07-29 Dow Corning Corp 硬化性液体シリコーンゴム組成物を作成するための流動性粉末基剤の製造方法
US5660961A (en) * 1996-01-11 1997-08-26 Xerox Corporation Electrophotographic imaging member having enhanced layer adhesion and freedom from reflection interference
JPH1157521A (ja) * 1997-08-19 1999-03-02 Jsr Corp 無機粒子の水性分散体の製造方法
KR100510815B1 (ko) * 1997-05-07 2005-10-24 제이에스알 가부시끼가이샤 무기입자의 수성분산체 및 그의 제조방법
US20030077221A1 (en) * 2001-10-01 2003-04-24 Shivkumar Chiruvolu Aluminum oxide powders
JPH11349926A (ja) * 1998-06-05 1999-12-21 Taiho Ind Co Ltd アルミナ分散研磨液およびアルミナ分散研磨液の製造方法
JP3721497B2 (ja) 1999-07-15 2005-11-30 株式会社フジミインコーポレーテッド 研磨用組成物の製造方法
DE19943103A1 (de) 1999-09-09 2001-03-15 Wacker Chemie Gmbh Hochgefüllte SiO2-Dispersion, Verfahren zu ihrer Herstellung und Verwendung
EP1238157B1 (en) 1999-10-01 2008-06-11 Cabot Corporation Recording medium
US6293848B1 (en) * 1999-11-15 2001-09-25 Cabot Microelectronics Corporation Composition and method for planarizing surfaces
US6319096B1 (en) * 1999-11-15 2001-11-20 Cabot Corporation Composition and method for planarizing surfaces
WO2001047812A1 (fr) 1999-12-27 2001-07-05 Showa Denko K.K. Particules d'alumine, procede de production correspondant. composition comprenant lesdites particules, et boue d'alumine a polir
JP3876610B2 (ja) * 2000-01-19 2007-02-07 王子製紙株式会社 シリカ微粒子分散液及びその製造方法
US6569908B2 (en) 2000-01-19 2003-05-27 Oji Paper Co., Ltd. Dispersion of silica particle agglomerates and process for producing the same
TWI296006B (ko) 2000-02-09 2008-04-21 Jsr Corp
US20020197935A1 (en) * 2000-02-14 2002-12-26 Mueller Brian L. Method of polishing a substrate
EP1148026B1 (de) 2000-04-12 2016-08-10 Evonik Degussa GmbH Dispersionen
KR100398141B1 (ko) 2000-10-12 2003-09-13 아남반도체 주식회사 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물 및 이를 이용한반도체소자의 제조방법
DE10054345A1 (de) 2000-11-02 2002-05-08 Degussa Wäßrige Dispersion, Verfahren zu deren Herstellung und Verwendung
ATE390386T1 (de) 2000-11-15 2008-04-15 Cabot Corp Verfahren zur herstellung einer dispersion pyrogener metalloxide
US6896958B1 (en) * 2000-11-29 2005-05-24 Nanophase Technologies Corporation Substantially transparent, abrasion-resistant films containing surface-treated nanocrystalline particles
DE10065027A1 (de) * 2000-12-23 2002-07-04 Degussa Wäßrige Dispersion, Verfahren zu deren Herstellung und Verwendung
EP1234800A1 (de) 2001-02-22 2002-08-28 Degussa Aktiengesellschaft Wässrige Dispersion, Verfahren zu ihrer Herstellung und Verwendung
JP2003013043A (ja) * 2001-04-24 2003-01-15 Hitachi Chem Co Ltd 摩擦材組成物及び摩擦材組成物を用いた摩擦材
CN1207350C (zh) * 2001-07-06 2005-06-22 韩巍 纳米水性分散体组合物及其制备方法和用途
WO2003014251A1 (en) 2001-08-09 2003-02-20 Hitachi Maxell, Ltd. Non-magnetic particles having a plate shape and method for production thereof, abrasive material, polishing article and abrasive fluid comprising such particles
DE10152745A1 (de) 2001-10-25 2003-05-15 Degussa Dispersion von Aluminiumoxid
TW575656B (en) * 2001-12-07 2004-02-11 Chung Shan Inst Of Science A method for preparing shape-changed nanosize colloidal silica
JP2003193038A (ja) * 2001-12-28 2003-07-09 Nippon Aerosil Co Ltd 高濃度シリカスラリー
JP4041918B2 (ja) 2002-03-19 2008-02-06 ニッタ・ハース株式会社 ヒュームドシリカ水性分散液の製造方法
EP1346841B1 (de) * 2002-03-22 2004-08-18 Degussa AG Dispersion, Streichfarbe und Aufnahmemedium
DE10225125A1 (de) 2002-06-06 2003-12-18 Goldschmidt Ag Th Wässerige Dispersion enthaltend pyrogen hergestellte Metalloxidpartikel und Dispergierhilfsmittel
AU2003275197A1 (en) * 2002-09-20 2004-04-08 Cabot Corporation Zirconium-containing metal oxide dispersions for recording media with improved ozone resistance
US6861112B2 (en) * 2002-11-15 2005-03-01 Cabot Corporation Dispersion, coating composition, and recording medium containing silica mixture
AU2003291166A1 (en) * 2002-11-26 2004-06-18 Cabot Corporation Fumed metal oxide particles and process for producing the same
JP4299336B2 (ja) * 2003-02-20 2009-07-22 ワッカー ケミー アクチエンゲゼルシャフト 分散体安定化方法
JP2004026645A (ja) * 2003-06-04 2004-01-29 Tokuyama Corp シリカ分散液の製造方法
JP2005154222A (ja) * 2003-11-27 2005-06-16 Tokuyama Corp 微粒子状シリカ
EP2213620B1 (en) 2004-05-04 2017-01-25 Cabot Corporation Aqueous dispersion of aggregate silica particles
WO2007127232A2 (en) * 2006-04-28 2007-11-08 Cabot Corporation Process for the production of fumed silica

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