[发明专利]热解金属氧化物在温控反应室中的制备

说明书

本发明涉及具有优异且恒定性能的热解金属氧化物、其制备及用途。 热解的金属氧化物，更特别为气相二氧化硅，被发现具有广泛的工业用 途，例如作为弹性体中的增强填料，作为涂覆材料、粘合剂和密封剂的流 变添加剂，或者用在半导体领域中表面的化学-机械抛光中。

例如Ullmann′s Encyclopedia of Industrial Chemistry(Wiley-VCH Verlag GmbH & Co.KGaA，2002)中所述，热解金属氧化物，例如气相二氧化硅通 过卤硅化合物在氢氧焰中高温水解而得。热解金属氧化物与上面提到的应 用领域相关的质量特征是它们的比表面积、烧结聚集体的三维结构、烧结 聚集体的流体力学等效直径、粗颗粒的比例以及金属和非金属杂质的浓 度。这些质量特征绝对地或至少主要的受操作的反应区域影响，即受火焰 区影响。

此外，在一定的应用领域中与以上提到的质量特征一致的适应性对于 金属氧化物颗粒的用途是重要的。热解颗粒固体生产的固有特性是这样一 个事实，即依靠净化步骤如再沉淀或重结晶改善质量的后合成是不可能 的。

相对于没有使用本发明改进的生产条件获得的产品，本文中高产品质 量意味着改进的生产条件减少了粗产品的比例，这由烧结聚集体的流体力 学等效直径的更窄分布证明。

恒定的产品质量意味着，在质量特征的统计学评价中，所得到的测量 值标准分布表现出窄的标准偏差。

本发明的目的是对现有技术进行改进，更特别的是提供恒定高质量的 热解金属氧化物颗粒，并寻找在工业规模下对热解金属氧化物部分带来恒 定产品质量的生产条件。

令人惊讶的，并且技术人员无法预知的，现在已经发现通过控制火焰 反应器壁温度，就可能明显提高所得热解金属氧化物的质量以及增强质量 的恒定性。

本发明提供了一种金属氧化物生产装置，其特征在于，它具有至少一 个燃烧器喷嘴、用于反应原料的进料装置和反应器壁冷却系统，该系统可 被调整使壁温低于500℃，优选低于250℃，更优选低于200℃。

本发明进一步提供了一种用于生产热解金属氧化物的方法，其特征在 于，进行通式I的可蒸发卤素金属化合物的高温水解

MH_aR_bX_c      (I)

生成通式II的金属氧化物

M_dO_e         (II)

具有下列可能定义：

M：Si、Al、Ti、Zr、Zn、Ce、Hf、Fe

R：M-C键结的C₁-C₁₅烃基，优选C₁-C₈烃基，更优选C₁-C₃烃基，或芳 基，每个R可能是相同的或不同的，

X：卤素原子，OR基，R如上定义，

a：0，1，2，3，

b：0，1，2，3，

c：1，2，3，4，

d：1，2，

e：1，2，3

附加条件a+b+c的和

对于Si、Ti、Zn、Zr、Hf是4，

对于Al、Fe是3，

对于Zn是2，

该方法在壁温低于500℃并且更优选低于200℃下进行。

依据本发明引起反应的通式I的金属卤化物的特征特别在于这样的事 实，它们在温度低于200℃，优选低于100℃，更优秀低于80℃下可蒸发 而没有分解。

优选使用的通式I的金属卤化物是四氯硅烷、甲基三氯硅烷、氢三氯 硅烷、氢甲基二氯硅烷、四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、六甲基二硅氧烷 或它们的混合物。四氯硅烷是特别优选的。通式I的金属卤化物能以纯化 合物的形式或作为通式I不同化合物的混合物而引起反应，对于所述混合 物可能的是在加入前在蒸发器中制得，或者通过将不同组分并行加入而在 蒸发器中形成。优选是在蒸发器上游混合。

金属卤化物还可优选包含非金属化合物，例如烃，其质量比例至多 20％。