含有金属盐的组合物和通过煅烧组合物而制得的金属粉末制造技术

本发明专利技术公开的是基本上为固相的组合物，它含有以下组分：液体亲水性有机聚合物，含有至少一种金属或准金属元素的盐的水溶液和凝结剂。组合物煅烧后生成含金属粉末，其平均粒径是１微米或者更小。这种含金属粉末在工业催化剂、陶瓷、电子元件的生产中，或者在塑料、涂料、或化妆品中用做填料等方面，都有一定的应用价值。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及组合物，它含有液体亲水性聚合物、金属或准金属元素盐的水溶液和凝结剂，以及通过煅烧上述组合物来制备金属基粉末的一种方法。具有亚微粒径的金属或金属氧化物微粒是一种有价值的工业产品，能够应用于许多领域，例如在用于化工行业的工业催化剂的制做中，在电子元件和陶瓷的制造中，还可用做诸如塑料、涂料、或化妆品的填料。有许多技术可应用于制造具有极细粒径的金属或金属氧化物粉末，这样的技术有溶液法、高温气相法和凝聚相合成法。由V.Hlavacek和J.A.Puszynski最近在工业工程和化学研究杂志(Journal of Industrial Engineering and ChemicalResearch)，第349～377页，第35卷，1996上发表的名为“先进陶瓷材料的化学工程状况”中，给出了目前通用技术的全面综述。尽管有许多可用的生产方法，但在较大或较小程度上，几乎所有方法都有一个共同的难题，就是难于一贯地得到均匀的、纯度高的细微颗粒。在这方面，具有较高连贯性的生产过程，由于其所需设备的复杂性，所使用的昂贵的、具有潜在危险性的原材料，或者较高的能量消耗，总是使与操作相关的成本提高。最近，公布了两个紧密相关的生产过程，提供了制造具有亚微粒径的金属粉末的方法，而不需要既复杂又昂贵的设备。在出版物EP-A-621234中，制造金属粉末需要煅烧含有金属盐的聚氨酯聚合物，但收率较低。在另一个出版物W096/29280中，改变了这种聚氨酯的技术路线，以避免使用异氰酸酯这种有毒的化学原料，但需要煅烧凝胶或液体。在这样的煅烧过程中，凝胶难于操作或控制。优先选用的是固体操作。因此，所需要的方法是开发出在经济上实用可行的生产过程，来制造具有均匀的、较细粒度的金属或金属氧化物粉末。如果这样的生产过程在操作时可以使用容易得到的原材料，而且基本上不需要高度专门化的设备、昂贵的溶剂或化学加工助剂，那将具有独特的优势。如果这样的生产过程在生产金属粉末时，通过煅烧固体而不是煅烧凝胶，能够提供更高的产量，那也将具有一定的有利条件，因为凝胶在工业生产中非常难以操作。第一方面，本专利技术涉及组合物，其成分有a)液体亲水性有机聚合物；和b)盐的水溶液，含有至少一种金属或准金属元素；其特征是组合物还包含(c)凝结剂，其中盐的用量使得组合物中金属和准金属元素含量至少为组合物总重量的1wt％。第二方面，本专利技术涉及在300℃～3000℃的温度下煅烧组合物，制备平均粒径小于1微米的金属基粉末的方法，这种组合物包含a)液体亲水性有机聚合物；和b)盐的水溶液，至少含有一种金属或准金属元素；其特征是组合物还包含(c)凝结剂，而且盐的用量使得组合物中金属和准金属元素含量至少为组合物总重量的1wt％。第三方面，本专利技术涉及使混合物固化的方法，所述混合物含有液体亲水性有机聚合物和至少一种金属或准金属元素盐的水溶液，该方法包括向上述混合物中加入凝结剂或者其前体。研究中发现，当向亲水性有机聚合物，特别是聚醚多元醇与盐的水溶液的混合物中加入凝结剂时，所得到的组合物呈基本上为固体状或是半固体状态。进一步发现，当煅烧这种固体物质时，可以得到具有亚微粒径的金属粉末，其中，通过使用聚醚多元醇，使制得粉末的BET表面积增加，选用聚醚多元醇基于的考虑是其含有较高的氧化乙烯含量。本专利技术为制造具有亚微粒径的含金属粉末提供一个相对简单和效益高的路线。这种微粒在陶瓷制品、电子元件、工业催化剂的制造中，以及作为填料用于塑料、涂料或化妆品，诸如膏类和油类中，都有一定的价值。当用做填料时，填料较小的粒径对可见光产生最低限度的反射，这样可以研究填料的性能使其对透明度产生最小的干扰，或者开发被填充物质的可见光透过性能。加入填料可以阻碍其它波长电磁辐射的穿过。在这里所公开的组合物，是基本上为固体或半固体相的非流体物质。组合物包含的第一成分是开始时为液相的亲水性聚合物，第二成分为金属或准金属盐的水溶液，其特征为包括第三成分凝结剂。组合物的金属或准金属元素的含量，不包括反离子和任何结晶水，至少是组合物总重量的1wt％。较为有利的金属或准金属元素含量至少为3wt％。优选的金属或准金属元素的含量至少为5wt％。更优选的金属或准金属元素的含量至少为10wt％。尽管在原则上金属或准金属元素的含量可以更少，但这与后来的煅烧过程中生产出高产量的金属粉末这个重要利益相冲突。在实际生产中，金属盐用量的上限受其在水中的溶解性的限制，同时也受到与亲水性聚合物的混溶性的限制。下文叙述了组合物各个组分的更多细节。组合物亲水性聚合物组分最初是液态，可以是任何带有亲水特点的有机或无机聚合物，例如有聚醚、聚酰胺和聚酯。由于有机聚合物被煅烧或高温分解后没有任何显著的固体残余物积累，因此优选有机聚合物。合适的亲水性有机聚合物有聚醚多元醇，优选的是聚(氧化烯烃-氧化乙烯)多元醇，更优选的是其氧化乙烯在分子中随机分布的聚(氧化烯烃-氧化乙烯)多元醇，多元醇的氧化烯烃部分可以是氧化乙烯，但是优选氧化丙烯或氧化丁烯。当聚(氧化烯烃-氧化乙烯)多元醇被选做亲水性聚合物组分时，有利的是多元醇中氧化乙烯含量至少为多元醇分子总重量的35wt％，优选的是至少50wt％。我们的研究中发现，多元醇分子量对所生成金属基粉末的性能影响极小，或者没有影响。但是，为了便于制备组合物，最好选用分子量在500～10000之间的聚醚多元醇，更优选的范围是从1000～6000。适用的聚醚多元醇的范例有丙三醇引发的聚氧化丙烯多元醇，如VORANOLTM1055(分子量为1000)；丙三醇引发的聚氧化丙烯-氧化乙烯多元醇，如VORANOL 1421(分子量为5000，氧化乙烯的含量是75wt％，呈随机分布)，两者都可以从DOW化学公司得到。组合物的第二组分是含有一种或多种金属或准金属元素的盐的水溶液。金属或准金属元素选自于在元素周期表中所定义的2a、3a、4a、5a、6a、2b、3b、4b、5b、6b、7b、8、1b、和2b族的那些元素；镧系元素和锕系元素。从原则上讲，金属或准金属元素可以是任何欲得到其粉末的元素。但是目前已经知道具有工业价值和适于在本专利技术中使用的元素有镧、钡、锶、铬、锆、钇、铝、锂、铁、锑、铋、铅、钙、镁、铜、硼、镉、铯、铈、镝、铒、铕、金、铪、钬、镥、汞、钼、铌、锇、钯、铂、镨、铼、铑、铷、钌、钐、钪、钠、钽、铥、钍、锡、锌、镍、钛、钨、铀、钒或镱，或者其中两种或更多种的混合物。除非由于溶解度的限制，在水中盐的浓度在实际情况下应尽可能的高。尽可能优先选择在环境温度下基本上是饱和溶液的水性组合物。在本专利技术中，“凝结剂”一词一般是指能够诱发凝结的任何物质，也就是说，诱发从流动态到固态或半固态的转变。凝结剂可以是在水中PH值小于7(酸性)，或大于7(碱性)的有机物或无机物。这种物质最好是在高温分解/煅烧后不留下任何残余物。当凝结剂为有机物时，适用的物质是伯-或仲-胺，酰胺，链烷醇胺。例如，特别适用的物质是单乙醇胺或二乙醇胺。凝结剂为无机物时，适用的碱性物质例如有氢氧化铵，碳酸氢铵，碳酸铵。无机酸性凝结剂的范例有硫化氢。在本专利技术中特别适于用作凝结剂的物质是氢氧化铵，因为它碱性较大，较好的水溶性，以及所产生的迅速凝结效果。氢氧化铵可以以水溶液的形式加入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种组合物，它包含以下组分：ａ）液体亲水性聚合物，和ｂ）包含至少一种金属或准金属元素的盐的水溶液；其特征为这种组合物还包含ｃ）凝结剂，而且组合物中盐的用量使得组合物中金属或准金属元素含量至少为组合物总重的１ｗｔ％。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：HJ格伦保尔，JA布鲁斯，FR范伯恩，
申请(专利权)人：陶氏环球技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]