[發明專利]制造金紅石二氧化鈦粉末的方法

無效

• 申請號: 200880116226.0
• 申請日: 2008-11-04
• 公開（公告）號: CN101861283A
• 公開（公告）日: 2010-10-13
• 發明（設計）人: 斯特金·普特;伊維斯·范羅姆帕伊
• 申請（專利權）人: 尤米科爾公司
• 主分類號: C01G23/07
• 分類號: C01G23/07
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 陳海濤;樊衛民

技術領域

本發明涉及制造超細金紅石二氧化鈦粉末的方法。

背景技術

二氧化鈦能夠結晶成三種不同的形式，即銳鈦礦、金紅石和板鈦礦。制造超細二氧化鈦粉末的方法包括氣相合成、膠體沉淀和機械研磨。要面對的重要問題是控制結晶相、粒度和分布、粒子的附聚度和聚集度以及摻雜度。

在氣相合成期間，通過如US?5935293和US?5851507中所述的快速驟冷法，或者使用在US?5698117和Akhtar等人，Dopants?inVapor-phase?synthesis?of?titania(二氧化鈦氣相合成中的摻雜劑)，J.Am.Ceram.Soc.75[12]，3408-16，1992中所示的低火焰溫度和短停留時間，能夠控制TiO₂的粒度和分布。EP?1514846描述了一種在含金屬氧化物的粒子氣相合成中消除過大粒子的方法，所述方法包括使氧與多種蒸汽流中的一種反應，所述蒸汽流包含鹵化鈦、鹵化硅和如下物質，所述物質選自磷、鍺、硼、錫、鈮、鉻、銀、金、鈀、鋁及其混合物。

其它方法涉及將控制TiO₂的晶體結構，銳鈦礦或者金紅石。制造金紅石TiO₂粉末的最明顯方法是在至少900℃的溫度下對銳鈦礦進行煅燒。然而，這種高溫會由于粒子的燒結和聚集而造成粒度和粒度分布的不期望損失。或者，能夠添加促進金紅石的添加劑。在GB?1031647、US?2559638和US?3214284中，向四氯化鈦中添加三氯化鋁作為促進金紅石的添加劑，由此實現超過99％的金紅石收率。據報道，在添加鋯或鋅化合物時，也出現相同的結果。US?5536487描述了由氯化物法來制造二氧化鈦，向所述二氧化鈦中添加三氯化鋁和一種或多種控制粒度的化合物。在EP?1138632中，發現通過摻雜有(貴)金屬或非金屬的氧化物能夠提高或降低二氧化鈦在任選酸化的水懸浮液中的光催化活性。而且，摻雜成分的量的變化導致光催化降解速率變化。然而，通過這些方法不能制造未摻雜的金紅石TiO₂粉末。

將金紅石TiO₂粉末用于UV阻斷組合物中，例如用于油漆、塑料、涂料、顏料和遮光劑中。二氧化鈦有效地吸收UV光，但其也往往催化可能引發不必要的氧化反應的過氧化物和羥基自由基的形成。這種光氧化可以說明經照射的二氧化鈦降解有機物質的能力。由于當二氧化鈦存在于遮光劑中時其可以進入人體細胞內，因此還已經對經照射的二氧化鈦引起DNA損傷的能力進行了研究。EP?1079796通過在金紅石二氧化鈦主晶格中引入錳或鉻，從而提供了解決上述問題的UV遮光組合物。不幸的是，錳或鉻都不是有效的促進金紅石的添加劑。

發明內容

本發明提供一種制造超細二氧化鈦粉末的方法。能夠獲得50％以上、90％以上或者甚至99％以上的金紅石收率。反應方案允許制造含有或不含有摻雜元素的粉末。典型地，通過本發明的方法，能夠制造平均初級粒度為1～100nm的粒子。因此，公開了一種制造金紅石TiO₂粉末的新方法，所述方法包括如下步驟：提供熱氣流，以及在其中引入如下物質，首先引入：

-含鈦的第一反應物；和

-含碳和/或氮的第二反應物；

選擇所述氣流的溫度以使所述第一反應物和第二反應物蒸發，選擇反應物以在普遍溫度(prevalent?temperature)下形成碳化鈦、氮化鈦或其混合物作為納米級前體；其后引入：

-揮發性的含氧反應物，選擇所述含氧反應物以與所述納米級前體反應，從而將其轉化成金紅石含量為至少50％的納米級二氧化鈦粉末。

假定該后面的反應是非均相的，從而通過第二步驟中的揮發性(即在普遍溫度下為氣體的)反應物，將第一步驟中的碳化物和/或氮化物粒子轉化成氧化物，同時保持為固體狀態。據信，由于碳化物和/或氮化物前體的立方晶體結構，因此在隨后的氧化期間，與銳鈦礦的形成相比，強烈地促進了金紅石的形成。

選擇初始氣流溫度，以便在引入反應物之后優選使氣流為1000K以上。這是為了確保有充足的形成碳化物和/或氮化物前體用的反應動力。然而，如果存在源自氣流自身或源自第一反應物和第二反應物的氧和碳，則優選至少0.5的碳/O₂之比以及1800K以上的溫度。另外，在該步驟中可能不可逆地形成不期望的銳鈦礦TiO₂。碳/O₂之比是指：在第一處理步驟中，存在于氣流中所有物種中的碳的總量與氧(表示為O₂)的總量的摩爾比。