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Title:
IRON OXIDE AND SILICON DIOXIDE-CONTAINING CORE-SHEATH PARTICLES HAVING AN IMPROVED HEATING RATE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2015/018725
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to core-sheath particles, the core of which comprises magnetic, crystalline iron oxide, the sheath of which contains amorphous silicon dioxide, wherein in addition thereto, the sheath contains at least one non-magnetic metal oxide, or the sheath and the core each additionally contain at least one non-magnet metal oxide.

Inventors:
KATUSIC STIPAN (DE)
HERZOG HARALD (DE)
KRESS PETER (DE)
Application Number:
PCT/EP2014/066458
Publication Date:
February 12, 2015
Filing Date:
July 31, 2014
Export Citation:
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Assignee:
EVONIK INDUSTRIES AG (DE)
KATUSIC STIPAN (DE)
HERZOG HARALD (DE)
KRESS PETER (DE)
International Classes:
C09C1/24; C01G49/02; C08K3/00; C08K9/02; C08L21/00; H01F1/36
Domestic Patent References:
WO2010103974A12010-09-16
WO2014023540A12014-02-13
WO2014037208A12014-03-13
Foreign References:
EP2000439A12008-12-10
EP1243552A12002-09-25
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Claims:
Patentansprüche

1 . Kern-Hülle-Partikel, deren Kern magnetisches, kristallines Eisenoxid und deren Hülle amorphes Siliciumdioxid enthält, wobei

a) die Hülle zusätzlich wenigstens ein nichtmagnetisches Metalloxid enthält oder

b) die Hülle und der Kern zusätzlich jeweils wenigstens ein

nichtmagnetisches Metalloxid enthalten.

2. Kern-Hülle-Partikel nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass

das nichtmagnetische Metalloxid aus der Gruppe bestehend aus

Aluminiumoxid, Calciumoxid, Ceroxid, Chromoxid, Kupferoxid,

Magnesiumoxid, Silberoxid, Titanoxid, Wolframoxid, Yttriumoxid, Zinkoxid, Zinnoxid und Zirkonoxid ausgewählt ist.

3. Kern-Hülle-Partikel nach den Ansprüchen 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, dass

das nichtmagnetische Metalloxid mit einem Anteil von 0,5 bis 10 Gew.-%, bezogen auf die Kern-Hülle-Partikel vorliegt.

4. Kern-Hülle-Partikel nach den Ansprüchen 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, dass

sie 5 bis 40 Gew.-% Siliciumdioxid enthalten.

5. Kern-Hülle-Partikel nach den Ansprüchen 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, dass

sie 60 bis 95 Gew.-% Eisenoxid enthalten.

6. Kern-Hülle-Partikel nach den Ansprüchen 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Kern Netzebenenabstande von 0,20 nm, 0,25 nm und 0,29 nm, jeweils +/- 0,02 nm, bestimmt mittels hochauflösender Transmissions- Elektronenmikroskopie, aufweist.

7. Kern-Hülle-Partikel nach den Ansprüchen 1 bis 6,

dadurch gekennzeichnet, dass

das mittels Röntgendiffraktomet e bestimmte Verhältnis von (Magnetit + Maghemit) zu Hämatit gleich 70:30 bis 95:5 und von Magnetit zu

Maghemit gleich 50:50 bis 90:10 ist.

8. Kern-Hülle-Partikel nach den Ansprüchen 1 bis 7,

dadurch gekennzeichnet, dass

sich zwischen Kern und Hülle eine oder mehrere, die Elemente Eisen, Silicium und Sauerstoff enthaltende Verbindungen befinden, die im HR- TEM einen Abstand der Gitternetzebenen von 0,31 +/- 0,01 nm

aufweisen.

9. Kern-Hülle-Partikel nach den Ansprüchen 1 bis 8,

dadurch gekennzeichnet, dass

sie durch Adsorption, Reaktion an der Oberfläche oder Komplexierung von beziehungsweise mit anorganischen und organischen Reagentien modifiziert sind.

10. Verfahren zur Herstellung der Kern-Hülle-Partikel gemäß den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass man

a) in einer ersten Zone eines Durchflussreaktors ein Gemisch enthaltend a1 1 ) ein oder mehrere Eisenverbindungen

oder

a12) jeweils ein oder mehrere Eisenverbindungen und

Metallverbindungen,

a2) ein oder mehrere wasserstoffhaltige Brenngase und

a3) ein oder mehrere Sauerstoff enthaltende Gase

zündet und abreagieren lässt,

b) in einer zweiten Zone des Durchflussreaktors zu diesem

Reaktionsgemisch jeweils ein oder mehrere Siliciumverbindungen und Metallverbindungen gibt,

c) nachfolgend das Reaktionsgemisch gegebenenfalls kühlt und den Feststoff von gas- oder dampfförmigen Stoffen abtrennt und d) gegebenenfalls den Feststoff anschließend mit einem Mittel zur

Oberflächenmodifizierung behandelt, wobei

e) Eisenverbindung, Siliciumverbindung und Metallverbindung oxidierbar und/oder hydrolysierbar sind.

1 1 . Verfahren nach Anspruch 10,

dadurch gekennzeichnet, dass

in der ersten Zone die mittlere Verweilzeit 10 ms bis 1 s und die

Temperatur 800 bis 1300°C ist und in der zweiten Zone die mittlere Verweilzeit 0,1 bis 10 s und die Temperatur 400 bis 900 °C ist.

12. Verfahren nach den Ansprüchen 10 oder 1 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass

in der zweiten Zone zusätzlich Wasser oder Wasserdampf eingebracht wird. 13. Silikonkautschuk enthaltend die Kern-Hülle-Partikel gemäß der Ansprüche 1 bis 9.

14. Verwendung der Kern-Hülle-Partikel gemäß den Ansprüchen 1 bis 9 als Bestandteil von Kautschukmischungen, als Bestandteil von

Polymerzubereitungen, als Bestandteil von Klebstoffen, als Bestandteil von durch Schweißen im elektromagnetischen Wechselfeld erhältlichen

Kunststoffverbundformkörpern, zur Herstellung von Dispersionen und zur Immobilisierung von Enzymen.

Description:
Eisenoxid und Siliciumdioxid enthaltende Kern-Hülle-Partikel mit verbesserter Aufheizgeschwindigkeit

Die Erfindung betrifft Eisenoxid und Siliciumdioxid enthaltende Kern-Hülle- Partikel mit verbesserter Aufheizgeschwindigkeit im magnetischen Feld, deren Herstellung und deren Verwendung.

In WO03/042315 wird die Verwendung von Eisen-Silicium-Oxidpartikeln zum induktiven Erwärmen von Adhasivverbunden beschrieben. Die Partikel können entweder über Sol-Gel-Routen oder durch Flammenpyrolyse erhalten werden.

In der WO 2010/063557 werden Eisen-Silicium-Oxidpartikel offenbart, die zur induktiven Erwärmung eingesetzt werden können. Die Partikel weisen eine Kern-Hülle-Struktur auf, mit den Eisenoxidphasen Hämatit, Magnetit und Maghemit als Kern und einer amorphen Hülle aus Siliciumdioxid. Die Partikel werden hergestellt, indem man ein Gemisch aus Siliciumverbindungen, von denen eine Monosilan ist, und einer Eisenverbindung in einer Wasserstoff- /Sauerstoffflamme umsetzt.

In EP-A-2000439 werden dotierte Eisen-Silicium-Oxidpartikel mit einer Kern- Hülle-Struktur offenbart, wobei sich die Auswahl der Dotierkomponenten auf solche beschränkt, die magnetische Eigenschaften besitzen. Zudem weisen die Partikel einen recht hohen Chloridgehalt auf. Die Partikel werden durch

Flammenpyrolyse erhalten, wobei reduzierend wirkende Gase in verschiedene Reaktionszonen eingebracht werden. In WO2012/048985 werden mit Siliciumdioxid umhüllte nadeiförmige

Eisenoxidpartikel offenbart, die mit P, Si, AI, Mg, Co, K oder Cr dotiert sein können. Es werden keine Mengenangaben und keine Angaben zu den

Verbindungen gemacht, die eingesetzt werden können. Die Dotierung dient der Beeinflussung von Partikelgröße und Form. Es ist nicht bekannt, in welcher chemischen Form und an welcher Stelle der Partikel, Kern und/oder Hülle, die Dotierkomponente eingebaut wird.

Die im Stand der Technik genannten Dokumente offenbaren die Verwendung von Eisen-Silicium-Oxidpartikeln zum induktiven Aufheizen in einem

magnetischen oder elektromagnetischen Wechselfeld. Obwohl die

Aufheizzeiten deutlich verbessert werden konnten, bleibt es das Ziel die Aufheizzeiten weiter zu reduzieren. Es war daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Material bereitzustellen, mit dem dieses Ziel erreicht werden kann.

Gegenstand der Erfindung sind Kern-Hülle-Partikel, deren Kern magnetisches, kristallines Eisenoxid und deren Hülle amorphes Siliciumdioxid enthält, wobei a) die Hülle zusätzlich wenigstens ein nichtmagnetisches Metalloxid enthält oder

b) die Hülle und der Kern zusätzlich jeweils wenigstens ein nichtmagnetisches Metalloxid enthalten.

Die Summe der Anteile von Eisenoxid, Siliciumdioxid und nichtmagnetischem Metalloxid beträgt in der Regel wenigstens 98 Gew.-%, bevorzugt wenigstens 99 Gew.-%, besonders bevorzugt wenigstens 99,5 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Kern-Hülle-Partikel.

Das nichtmagnetische Metalloxid wird bevorzugt aus der Gruppe bestehend aus Aluminiumoxid, Calciumoxid, Ceroxid, Chromoxid, Kupferoxid,

Magnesiumoxid, Silberoxid, Titanoxid, Wolframoxid, Yttriumoxid, Zinkoxid, Zinnoxid und Zirkonoxid ausgewählt. Besonders bevorzugt sind Zinkoxid und Aluminiumoxid.

Bei der Ausführungsform der Erfindung bei der sowohl der Kern als auch die Hülle nichtmagnetische Metalloxide enthalten, gilt dass das nichtmagnetische Metalloxid in Kern und Hülle gleich oder unterschiedlich sein kann. Ebenso können bei dieser Ausführungsform die Anteile der nichtmagnetischen

Metalloxide gleich oder unterschiedlich sein.

Die besten Ergebnisse bezüglich der Aufheizgeschwindigkeit werden erhalten, wenn das nichtmagnetische Metalloxid mit einem Anteil von 0,5 bis 10 Gew.-%, bezogen auf die Kern-Hülle-Partikel vorliegt. Die Verteilung dieses Anteiles auf den Kern und die Hülle ist nicht kritisch. Besonders bevorzugt ist eine

Ausführungsform bei der der Anteil des nichtmagnetischen Metalloxides 1 ,5 bis 7,5 Gew.-% beträgt. Ganz besonders bevorzugt ist die Ausführungsform bei der der Anteil an nichtmagnetischem Metalloxid in Kern und Hülle jeweils 0,5 bis 5 Gew.-%, bezogen auf die Kern-Hülle-Partikel beträgt.

Der Anteil von Siliciumdioxid in den erfindungsgemäßen Kern-Hülle-Partikeln ist bevorzugt 5 bis 40 Gew.-%, besonders bevorzugt 10 bis 20 Gew.-%. Der Anteil von Siliciunndioxid in der Hülle der erfindungsgemäßen Partikel ist bevorzugt 95 bis 99,5 Gew.-%.

Die erfindungsgemäßen Partikel liegen weitgehend in Form isolierter

Einzelpartikel vor. Die Einzelpartikel weisen eine weitestgehend sphärische bis knollenförmige Form auf. Der mittlere Durchmesser der Einzelpartikel liegt in der Regel bei 5 bis 500 nm, bevorzugt bei 50 bis 200 nm. Nadeiförmige Partikel werden nicht gefunden. Neben den isolierten Einzelpartikeln können auch dreidimensionale Aggregate dieser Partikel vorliegen. In diesen Aggregaten sind die Einzelpartikel fest miteinander verwachsen. Der Anteil der Aggregate beträgt weniger als 50 Gew.-%, bevorzugt weniger als 20 Gew.-%, bezogen auf die Summe von Einzelpartikeln und Aggregaten. Die Bestimmung kann beispielsweise durch Bildauswertung von TEM-Aufnahmen mittels geeigneter Software erfolgen, wie dies schon für andere magnetische Kern-Hülle-Partikel bekannt ist. Die BET-Oberfläche der erfindungsgemäßen Partikel beträgt in der Regel 5 bis 40 m 2 /g, bevorzugt 10 bis 25 m 2 /g.

Der Anteil an Siliciumdioxid in den erfindungsgemäßen Kern-Hülle-Partikeln beträgt bevorzugt 5 bis 40 Gew.-% Siliciumdioxid, besonders bevorzugt 8 bis 25 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt 10 bis 20 Gew.-%. Der Anteil an Siliciumdioxid in der Hülle beträgt bevorzugt 70 bis 95 Gew.-%, bezogen auf die Summe aus Siliciumdioxid und Metalloxid.

Bei der Hülle handelt es sich um eine dichte Hülle. Unter dicht ist zu verstehen, dass bei 12 stündigem Kontakt der Partikel bei 60°C mit Salzsäure weniger als 300 ppm Eisen, Wasserstoffperoxid weniger als 10 ppm Eisen oder einer NaCI/CaC -Lösung weniger als 50 ppm Eisen nachweisbar sind. Die Dicke der Hülle beträgt bevorzugt 1 bis 40 nm, besonders bevorzugt 5 bis 20 nm. Die Dicke der Hülle kann beispielsweise durch Auswertung HR-TEM-Aufnahmen bestimmt werden.

Der Anteil an Eisenoxid in den erfindungsgemäßen Kern-Hülle-Partikeln beträgt bevorzugt 60 bis 95 Gew.-%, besonders bevorzugt 75 bis 90 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt 70 bis 80 Gew.-%. Der Anteil an Eisenoxid im Kern beträgt bevorzugt 90 bis 100 Gew.-%, bezogen auf die Summe aus

Siliciumdioxid und Metalloxid.

Bei dem sich im Kern der erfindungsgemäßen Partikel befindlichen kristallinen Eisenoxid kann es sich um Magnetit, Maghemit und Hämatit als

Hauptkomponenten handeln. Die genannten Netzebenenabstände

korrespondieren mit diesen Eisenoxidmodifikationen. So umfasst der

Netzebenenabstand von 0,20 nm und 0,29 nm Maghemit und Magnetit, während der Netzebenenabstand von 0,25 nm mit Maghemit, Magnetit und Hämatit korrespondiert. Es werden im HR-TEM keine Netzebenenabstände detektiert die der Dotierkomponente zuzuordnen wären.

Der Kern der erfindungsgemäßen Kern-Hülle-Partikel weist bevorzugt ein Verhältnis (Magnetit + Maghemit)/Hämatit von 70:30 bis 95:5, besonders bevorzugt 80:20 bis 90:10, und ein Verhältnis von Magnetit/Maghemit von bevorzugt 50:50 bis 90:10, besonders bevorzugt 60:40 bis 70:30. Mit diesen Verhältnissen werden die besten Aufheizzeiten erzielt. Die Zusammensetzung des Kernes bezogen auf Maghemit, Magnetit und Hämatit kann bestimmt werden, so kann dies durch Röntgendiffraktomethe unter Verwendung von Co-Ka-Strahlung in einem Winkelbereich 2Θ von 10 - 100° erfolgen. Damit ist Maghemit signifikant anhand der Reflexe (1 10) und (21 1 ) im vorderen

Winkelbereich nachweisbar. Der Hämatit ist wegen der freistehenden Reflexe eindeutig identifizierbar. Die quantitative Phasenanalyse wird mit Hilfe der Rietveld- Methode ausgeführt, Fehler ca. 10% relativ.

Die erfindungsgemäßen Kern-Hülle-Partikel können in einer Grenzschicht zwischen Kern und Hülle eine oder mehrere, die Elemente Eisen, Silicium und Sauerstoff aufweisende Verbindungen enthalten, die im HR-TEM einen Abstand der Gitternetzebenen von 0,31 +/- 0,01 nm aufweisen.

Dies kann mit XPS-ESCA-Analyse (XPS = Röntgen-Photoelektronen- Spektroskopie; ESCA = Electron Spectroscopy for Chemical Analysis) und TEM-EDX-Analyse (Transmissionselektronenmikroskopie [TEM] in Verbindung mit einer energiedispersiven Analyse charakteristischer Röntgenstrahlen

[EDX]), bestimmt werden. Diese Verbindungen können in Form einer weiteren Hülle, neben Siliciumdioxid, den Kern umgeben. Die Dicke dieser Hülle beträgt 0,5 bis 2 nm. Diese Hülle stellt einen Übergangsbereich zwischen amorpher Siliciumdioxidhülle und kristallinem Eisenoxidkern dar, der zu einer

ausgezeichneten Adaption zwischen Kern und äußerer Hülle führt. Es wird derzeit davon ausgegangen, dass der Phononentransport und damit die Wärmeleitung von Kern zu äußerer Hülle durch diesen intensiven Verbund verbessert wird, was in der Anwendung der erfindungsgemäßen Partikel zu substantiell höheren Aufheizraten führen kann. Die erfindungsgemäßen Kern-Hülle-Partikel weisen zudem auf ihrer Oberfläche Hydroxylgruppen auf. Diese können mit anorganischen und organischen Mitteln zur Oberflächenmodifizierung unter Bildung einer Van-der-Waals- Wechselwirkung, einer ionischen oder kovalenten Bindung reagieren.

Geeignete Mittel zur Oberflächenmodifizierung können beispielsweise

Alkoxysilane, Carbonsäuren, Nucleinsäuren oder Polysaccharide sein.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung der Kern-Hülle-Partikel bei dem man

a) in einer ersten Zone eines Durchflussreaktors ein Gemisch enthaltend

a1 1 ) ein oder mehrere Eisenverbindungen

oder

a12) jeweils ein oder mehrere Eisenverbindungen und Metallverbindungen, a2) ein oder mehrere wasserstoffhaltige Brenngase und

a3) ein oder mehrere Sauerstoff enthaltende Gase

zündet und abreagieren lässt,

b) in einer zweiten Zone des Durchflussreaktors zu diesem Reaktionsgemisch jeweils ein oder mehrere Siliciumverbindungen und Metallverbindungen gibt,

c) nachfolgend das Reaktionsgemisch gegebenenfalls kühlt und den Feststoff von gas- oder dampfförmigen Stoffen abtrennt und

d) gegebenenfalls den Feststoff anschließend mit einem Mittel zur

Oberflächenmodifizierung behandelt, wobei

e) Eisenverbindung, Siliciumverbindung und Metallverbindung oxidierbar und/oder hydrolysierbar sind. Die Eisenverbindung und die Metallverbindung werden bevorzugt als Aerosol in die erste Zone eingebracht. Die Aerosolbildung kann aus jeweils einer Lösung, einer Dispersion oder der Substanz selbst in Form einer Flüssigkeit jeweils unter Verwendung eines Zerstäubungsgases wie beispielsweise Luft oder Stickstoff und einer Zwei- oder Mehrstoffdüse erfolgen. Es ist ebenso möglich das Aerosol aus einer Lösung, die sowohl die Eisenverbindung als auch die Metallverbindung enthält, zu generieren.

Die Siliciumverbindung und die Metallverbindung können ebenfalls, gemeinsam oder getrennt, als Aerosol in die zweite Zone eingebracht werden. Es hat sich auch bewährt die Siliciumverbindung als Dampf in die zweite Zone

einzubringen.

Der mittlere Tropfendurchmesser der Aerosole ist bevorzugt kleiner als 100 μιτι, besonders bevorzugt kleiner 50 μιτι.

Als Eisenverbindung wird bevorzugt Eisen(ll)chlorid eingesetzt.

Die Siliciumverbindung wird bevorzugt aus der Gruppe bestehend aus SiCI 4 , CH 3 SiCI 3 , (CH 3 ) 2 SiCI 2 , (CH 3 ) 3 SiCI, HSiCI 3 , (CH 3 ) 2 HSiCI und CH 3 C 2 H 5 SiCl2 , H 4 Si, Si(OC 2 H 5 ) 4 und/oder Si(OCH 3 ) 4 , ausgewählt. Besonders bevorzugt wird SiCI 4 und/oder Si(OC 2 H 5 ) 4 eingesetzt.

Die Metallverbindung wird während des Verfahrens in das nichtmagnetische Metalloxid umgewandelt. Geeignete Metallverbindungen sind vor allem Salze in Form von Nitraten, Chloriden und Octoaten, wie 2-Ethylhexanoaten. Ebenso können metallorganische Verbindungen wie beispielsweise Alkoxide oder Acetylacetonate eingesetzt werden. Die Metallkomponente wird bevorzugt aus der Gruppe bestehend aus eingesetzt werden Aluminium, Calcium, Cer, Chrom, Kupfer, Magnesium, Silber, Titan, Wolfram, Yttrium, Zink, Zinn und Zirkon ausgewählt. Explizit seien genannt: Aluminiumisopropylat, Aluminium- sec.-butylat, Aluminiumnitrat, Kupfernitrat, Yttriumnitrat, Silbernitrat, Zinknitrat, Zirkonnitrat, Calciumchlorid, Magnesiumchlorid, Titantetrachlorid,

Titanispropylat, Zinkoctoat und Zirkonoctoat.

In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung kann in die zweite Zone zusätzlich noch Wasser oder Wasserdampf eingebracht werden. Dabei wird das Wasser oder der Wasserdampf getrennt von der Siliciumverbindung und der Metallverbindung eingebracht. Bevorzugt wird ein molarer Überschuss an Wasser beziehungsweise Wasserdampf verwendet. Besonders bevorzugt kann ein molares Verhältnis Wasser/Siliciumverbindung von 10 bis 100 sein.

Als Brenngase können bevorzugt Wasserstoff, Methan, Ethan und/oder Propan eingesetzt werden. Besonders bevorzugt ist Wasserstoff. Als Sauerstoff enthaltendes Gas wird hauptsächlich Luft oder mit Sauerstoff angereicherte Luft eingesetzt. In der Regel wird ein Überschuss an Sauerstoff gegenüber

Wasserstoff eingesetzt. Lambda, der Quotient aus Brennstoffmenge zu

Sauerstoffmenge, beträgt bevorzugt 1 ,05 -1 ,50.

Die Reaktionsbedingungen können bevorzugt so gewählt sein, dass in der ersten Zone die mittlere Verweilzeit 10 ms bis 1 s, besonders bevorzugt 300 bis 600 ms, und die Temperatur bevorzugt 800 bis 1300°C, besonders bevorzugt 950 bis 1 100°C, und in der zweiten Zone die mittlere Verweilzeit 0,1 bis 10 s, besonders bevorzugt 1 bis 3 s und die Temperatur bevorzugt 400 bis 900 °C, besonders bevorzugt 700 bis 850°C, ist. In der ersten Zone erfolgt die

Temperaturmessung 50 cm unter dem Zündungspunkt, in der zweiten Zone 15 cm oberhalb der obersten Zugabestelle in der zweiten Zone.

Geeignete Mittel zur Modifizierung der Oberfläche sind Organosilane, Silazane oder Polysiloxane. Gewöhnlich werden diese mittel auf die Kern-Hülle-Partikel gesprüht und anschließend bei Temperaturen von 120 bis 200°C, vorzugsweise unter Schutzgasatmosphäre, über einen Zeitraum von 1 bis 5 Stunden behandelt.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Silikonkautschuk enthaltend die erfindungsgemäßen Kern-Hülle-Partikel. Der Anteil an diesen Partikeln beträgt bevorzugt 0,5 bis 15 Gew.-% und besonders bevorzugt 3 bis 6 Gew.-%.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung der

erfindungsgemäßen Kern-Hülle-Partikel als Bestandteil von

Kautschukmischungen, von Polymerzubereitungen, von Klebstoffen, von durch Schweißen im elektromagnetischen Wechselfeld erhältlichen

Kunststoffverbundformkörpern und zur Herstellung von Dispersionen.

Beispiele

Analytik

Zur Bestimmung des Eisenoxidgehaltes wurde die Probe in der Labormühle homogenisiert und nach Schmelzaufschluss titrimetrisch bestimmt. Der Fe(lll)- Gehalt wird mittels Manganometrie bestimmt. Der Gehalt an Si und den weiteren Metalloxidkomponenten wird mittels ICP-OES ermittelt und

anschließend als Oxid berechnet.

Die BET-Oberfläche wird bestimmt nach DIN 66131 .

Die Bestimmung der Kernanteile erfolgt durch Röntgendiffraktometrie.

(Reflexion, Θ/Θ- Diffraktometer, Co-Κα, U = 40kV, I = 35mA; Szintillationszähler, nachgestellter Graphitmonochromator; Winkelbereich (2Θ)/ Schrittweite/ Meßzeit: 10 - 100° / 0,04° / 6s (4h)). Mit Hilfe der Rietveld- Methode wird eine quantitative Phasenanalyse ausgeführt (Fehler ca. 10% relativ). Die quantitative Phasenanalyse erfolgt anhand des set 60 der ICDD-Datenbank PDF4+ (2010). Die Phasenanalyse und die Kristallitgrößenbestimmung erfolgen mit dem Rietveld-Programm SiroQuant®, Version 3.0 (2005).

Die Dicke der Schale wird mittels hochauflösender Transmisions-Elektronen- Mikroskopie (HR-TEM) bestimmt.

Die Aufheizzeit von 20°C auf 200°C wird in einer Silikonmasse bestimmt. Die Silikonmasse wird erhalten, indem man 33 g ELASTOSIL® E50, Fa. Momentive Performance Materials, 13 g Silikonöl Typ M 1000, Fa. Momentive Performance Materials, 4 g AEROSIL®150, Fa. Evonik und 2,5 g, entsprechend 4,76 Gew.- %, Kern-Hülle-Partikel mittels eines SpeedMixers 2 χ 30 s und 2 χ 45 s bei 3000 U/min vermengt. Nachfolgend wird die Silikonmasse in einer Dicke von ca. 1 mm auf einen Glasobjektträger aufgebracht. Der Energieeintrag erfolgt durch Induktion mittels einer wassergekühlten Spule mit einem Durchmesser von 80 mm. Die Frequenz beträgt 510 KHz, die Leistung ca. 12 KW, Fives Celes GTMC 25 KW, Frankreich.

Auslaugetest: 0,33 g Kern-Hülle-Partikel in 20ml HCl (1 mol/l) oder H 2 O 2 (0,5 mol/l) oder einer Lösung von 8 Gew.-% NaCI und 2 Gew.-% CaC^ in Wasser werden über einen Zeitraum von 12 Stunden bei 60°C gelagert.

Ein Teil der Lösung wird anschließend mittels geeigneter Analysetechniken, beispielsweise ICP (inductively coupled plasma spectroscopy), auf Eisen untersucht.

Die Beispiele 1 bis 10 zeigen die Herstellung erfindungsgemäßer Kern-Hülle- Partikel, bei denen sowohl Kern als auch Hülle ein nichtmagnetisches

Metalloxid enthalten. Dabei ist in den Beispielen 1 bis 8 das nichtmagnetische Metalloxid in Kern und Hülle gleich, in den Beispielen 9 und 10 verschieden. Beispiel 1 1 zeigt die Herstellung erfindungsgemäßer Kern-Hülle-Partikel, bei denen sowohl nur die Hülle ein nichtmagnetisches Metalloxid enthält.

Beispiel 1 : Ein Aerosol, welches durch Verdüsen von 4500 g/h einer wässerigen Lösung bestehend aus 26,1 g Eisen-(ll)-Chlorid, 1 ,3 g Zinknitrat und 72,6 g Wasser, jeweils pro 100 g Lösung, und 3,0 kg/h Stickstoff werden mittels einer Zweistoffdüse verdüst.

Das so erhaltene Aerosol wird mit 8,8 Nm 3 /h Wasserstoff und 19 Nm 3 /h Luft, davon 15 Nm 3 /h Primärluft und 4 Nm 3 /h Sekundärluft, in einer ersten Zone zur Reaktion gebracht. Die mittlere Verweilzeit des Reaktionsgemisches in der ersten Zone beträgt ca. 540 ms. Die Temperatur in der ersten Zone beträgt 979°C. In den Strom des Reaktionsgemisches aus der ersten Zone werden 410 g/h dampfförmiges Si(OC2H 5 ) und ein mittels einer Zweistoffdüse gebildeten

Aerosoles aus 4 Nm 3 /h Stickstoff und 200 g/h einer 10 gewichtsprozentigen, wässerigen Lösung von Zn(NOs)2 durch Zweistoffdüse mit 200l/h N 2 gegeben.

Separat werden zusätzlich 2,5 kg/h Wasserdampf zugegeben.

Die mittlere Verweilzeit des Reaktionsgemisches in der zweiten Zone beträgt

1 ,7 s. Die Temperatur in der zweiten Zone beträgt 808°C.

Nachfolgend wird das Reaktionsgemisch abgekühlt und der erhaltene Feststoff auf einem Filter von den gasförmigen Stoffen abgeschieden.

Die Beispiele 2 bis 1 1 werden analog Beispiel 1 durchgeführt. Die Einsatzstoffe sind in Tabelle 1 wiedergegeben.

In den Beispielen 1 bis 6 werden in der ersten und zweiten Zone wässerige Lösungen der Metallverbindungen eingesetzt.

In den Beispielen 7 bis 1 1 wird in der zweiten Zone als Metallverbindung eine metallorganische Verbindung eingesetzt. Dabei werden die Octoate in Form von 2-Ethylhexanoaten gelöst in 2-Ethylhexansäure verwendet, wobei der Gehalt an Octoat in der Lösung jeweils 50 ± 2 Gew.-% beträgt.

Titan(IV)isopropylat und Aluminiumtri-sek-butylat werden als Substanz eingesetzt. Die Einsatzstoffe sind ebenfalls in Tabelle 1 wiedergegeben.

In Tabelle 2 sind die mittlere Verweilzeiten t und die Temperatur T in erster und zweiter Zone wiedergegeben. Die physikalisch-chennischen Eigenschaften der Kern-Hülle-Partikel werden in Tabelle 3 wiedergegeben.

Als Vergleichsbeispiel wird das Pulver des Beispiels 6 aus EP-A-2000439 herangezogen. Hierbei handelt es sich um ein mit 1 ,8 Gew.-% Mangan dotiertes Eisen-Silicium-Mischoxidpulver. Die Aufheizzeit von 20°C auf 200°C beträgt 15 s.

Als weiteres Vergleichsbeispiel wird das Pulver des Beispiels 10 aus WO 2012/048985 herangezogen. Hierbei handelt es sich um ein mit 1 ,8 Gew.-% Phosphor dotiertes Eisen-Silicium-Mischoxidpulver. Die Aufheizzeit von 20°C auf 200°C beträgt 17 s.

Die erfindungsgemäßen Kern-Hülle-Partikel weisen deutlich kürzere

Aufheizzeiten auf als Pulver nach dem Stand der Technik.

Tabelle 1 : Einsatzstoffe und Mengen

a) Zr-2-ethlyl-hexanoat; b) Titan(IV)isopropylat; c) Ζη-2-ethlyl-hexanoat d) Aluminiumtri-sek-butylat;

Tabelle 2: Mittlere Verweilzeit t und Temperatur T in Zone I und Zone II

Tabelle 3: Stoff parameter

Tabelle 3: Stoff parameter (Fortsetzung)

a) Aus XRD; b) Magn =Magnetit; Magh = Maghemit; Häm =Hämatit; c) Im magnetischen Wechselfeld; 20°C auf 200°C