Partículas de óxido de hierro y silicio con una estructura núcleo-envoltura.

Partículas de óxido de hierro-silicio con una estructura núcleo-envoltura,

caracterizadas porque tienen

a) una superficie específica BET de 10 a 80 m2/g,

b) un espesor de la envoltura de 2 a 30 nm y

c) un contenido de óxido de hierro de 60 a 90% en peso,

y de dióxido de silicio de 10 a 40% en peso,basado en cada caso en las partículas envueltas, donde

d) la proporción de hierro, silicio y oxígeno es al menos 99% en peso, basado en las partículas envueltas, ydonde

e) el núcleo es cristalino y los óxidos de hierro comprenden hematites, magnetita y maghemita,

f) la envoltura consiste en dióxido de silicio amorfo y

g) al menos un compuesto o una pluralidad de compuestos constituidos por los elementos silicio, hierro yoxígeno está(n) presente(s) entre la envoltura y el núcleo.

Partículas de óxido de hierro y silicio con una estructura núcleo-envoltura.

La presente invención se refiere a partículas de óxido de hierro y silicio con una estructura núcleo-envoltura, y a la producción y uso de las mismas.

El calentamiento inductivo de los enlaces que comprenden partículas magnéticas se describe, por ejemplo, en WO 03/042315. Este documento describe, por ejemplo, el uso de partículas de óxido de hierro-silicio obtenidas por pirolisis a la llama para calentamiento inductivo de enlaces adhesivos. Las partículas y la producción de las mismas se dan a conocer en EP-A-1.284.485. Las partículas son partículas pirogénicas que contienen dominios de óxido de hierro superparamagnético con un diámetro interior de 3 a 20 nm en y sobre una matriz de dióxido de silicio. De acuerdo con EP-A-1.284.485, se entiende que los dominios significan regiones superparamagnéticas espacialmente separadas. Adicionalmente, pueden estar presentes también dominios magnéticos que, debido a su tamaño, no exhiben superparamagnetismo e inducen magnetización remanente.

Se ha encontrado ahora que la velocidad de calentamiento en el curso del calentamiento inductivo precisa ser mejorada todavía. Especialmente para calentamiento inductivo en un intervalo de frecuencias moderado, las partículas dadas a conocer en EP-A-1.284.485 son inadecuadas. Adicionalmente, se ha encontrado que la tendencia a la aglomeración de las partículas precisa mejora.

Por esta razón fue un objetivo técnico de la invención proporcionar partículas que reduzcan la velocidad de calentamiento en el curso del calentamiento inductivo comparadas con la técnica anterior. Fue un objetivo técnico adicional proporcionar partículas que tengan al mismo tiempo una tendencia significativamente reducida a la aglomeración comparadas con la técnica anterior.

La invención proporciona partículas de óxido de hierro-silicio con una estructura núcleo-envoltura, que tienen a) un superficie específica BET de 10 a 80 m2/g,

b) un espesor de la envoltura de 2 a 30 nm y

c) un contenido de óxido de hierro de 60 a 90% en peso, y de dióxido de silicio de 10 a 40% en peso,

basado en cada caso en las partículas envueltas, donde d) la proporción de hierro, silicio y oxígeno es al menos 99% en peso, basado en las envueltas, y donde e) el núcleo es cristalino y los óxidos de hierro comprenden hematites, magnetita y maghemita,

f) la envoltura consiste en dióxido de silicio amorfo y

g) al menos un compuesto o una pluralidad de compuestos constituidos por los elementos silicio, hierro y 30 oxígeno está (n) presente (s) entre la envoltura y el núcleo.

En una realización particular de la invención, la superficie específica BET de las partículas es una superficie específica BET de 30 a 70 y preferiblemente 40 a 60 m2/g.

En una realización particular adicional de la invención, el espesor de la envoltura es 5 a 20 nm.

En una realización particular adicional de la invención, el contenido de óxido de hierro es 75 a 85% en peso y el de 35 dióxido de silicio 15 a 25% en peso, basado en cada caso en las partículas envueltas.

Las partículas de inventiva tienen preferiblemente un diámetro medio de partícula de 5 a 100 nm y más preferiblemente de 30 a 80 nm. El intervalo de 90% de la distribución numérica de las partículas de inventiva es preferiblemente 5 a 60 nm.

Las partículas de inventiva tienen propiedades magnéticas. Las mismas pueden ser ferrimagnéticas,

ferromagnéticas y/o superparamagnéticas. Puede darse preferencia a partículas de inventiva con propiedades superparamagnéticas. Las sustancias superparamagnéticas no tienen una configuración permanente (coincidente) de los dipolos magnéticos elementales en ausencia de campos magnéticos activos externos. Las mismas pueden tener una baja magnetización residual.

Adicionalmente, las partículas de inventiva están muy sustancialmente exentas de poros y tienen grupos hidroxilo 45 libres en la superficie.

En una realización preferida de la invención, las partículas están presentes predominante o exclusivamente como partículas de óxido de hierro agregadas envueltas por dióxido de silicio. Es posible que estén presentes un pequeño número de partículas individuales no agregadas.

La unión entre la envoltura y el número puede comprender predominante o exclusivamente silicato de hierro. Dicha 50 unión está presente generalmente en 0, 1 a 3% en peso, basado en las partículas envueltas.

El núcleo de las partículas de inventiva comprende los óxidos de hierro hematites, magnetita y maghemita. En general, no pueden detectarse otros polimorfos de óxido de hierro. En casos individuales, pueden detectarse pequeñas cantidades de beta-Fe2O3.

En una realización particular de la invención, la proporción de hematites determinada a partir de los difractogramas de rayos X es 1 a 10% en peso, preferiblemente 4 a 8% en peso, la de magnetita 20 a 50% en peso, preferiblemente 35 a 40% en peso, y la de maghemita 40 a 75% en peso, preferiblemente 50 a 60% en peso, donde las proporciones totalizan 100% en peso.

Las partículas de inventiva que tienen esta distribución son adecuadas particularmente para calentamiento inductivo en un campo magnético de frecuencia media de 3-100 kHz, preferiblemente 20 a 60 kHz. En una realización particular adicional de la invención, la proporción de hematites determinada a partir de los difractogramas de rayos X es 5 a 40% en peso, preferiblemente 10 a 30% en peso, la de magnetita 50 a 90% en peso, preferiblemente 60 a 85% en peso, y la de maghemita 5 a 30% en peso, preferiblemente 10 a 20% en peso,

donde la proporciones totalizan 100%.

Las partículas de inventiva que tienen esta distribución son particularmente adecuadas para calentamiento inductivo en un campo magnético de alta frecuencia mayor que 100 kHz, preferiblemente 400 a 1000 kHz. Los polimorfos de óxido de hierro presentes en el núcleo son cristalinos y tienen, en una realización preferida de la

invención, un tamaño de cristal de la hematites de 200 a 1900 Ångström, de la magnetita de 200 a 600 Ångström y 15 de la maghemita de 150 a 500 Ångström, calculados en cada caso a partir de los difractogramas de rayos X de acuerdo con Debye-Scherrer. Para calentamiento inductivo en un campo magnético de frecuencia media, se da preferencia muy particular a partículas de inventiva para las cuales a) la superficie específica BET es 40 a 70 m2/g, 20 b) el espesor de la envoltura es 5 a 20 nm,

c) el contenido de óxido de hierro es 80 a 90% en peso y el de dióxido de silicio 10 a 20% en peso, basado en cada caso en las partículas envueltas, y donde d) el núcleo contiene d1) 1 a 10% de hematites con un tamaño de cristal de 700 a 1100 Ångström, d2) 20 a 50% de magnetita con un tamaño de cristal de 400 a 700 Ångström, d3) 40 a 75% de maghemita con un tamaño de cristal de 100 a 500 Ångström,

donde la suma de estos constituyentes está normalizada a 100% y los tamaños de cristal se calculan a partir del difractograma de rayos X de acuerdo con Debye-Scherrer,

e) la unión entre núcleo y envoltura es silicato de hierro. Para calentamiento inductivo en un campo magnético de frecuencia elevada, se da preferencia muy particular a partículas de inventiva para las cuales a) la superficie específica BET es 40 a 70 m2/g, b) el espesor de la envoltura es 5 a 20 nm, 35 c) el contenido de óxido de hierro es 80 a 90% en peso y el de dióxido de silicio 10 a 20% en peso, basado en cada caso en las partículas envueltas, y donde d) el núcleo contiene d1) 15 a 40% de hematites con un tamaño de cristal de 200 a 400 Ångström, d2) 50 a 70% de magnetita con un tamaño de cristal de 150 a 400 Ångström,

d3) 5 a 30% de maghemita con un tamaño de cristal de 150 a 250 Ångström,

donde la suma de estos constituyentes está normalizada a 100% y los tamaños de cristal se calculan a partir del difractograma de rayos X de acuerdo con Debye-Scherrer, e) la unión entre núcleo y envoltura es silicato de hierro.

La invención proporciona adicionalmente un proceso para producir las partículas de óxido de hierro-silicio de 45 inventiva con una estructura núcleo-envoltura, en las cuales a1) una corriente que comprende 10 a 40% en peso, calculada como SiO2, de dos o más compuestos de silicio en fase de vapor, hidrolizables y/u oxidables, uno de los cuales es un monosilano y la proporción del monosilano es 5 a 50% en moles, basada en las suma de los compuestos de silicio, y

a2) una corriente, en forma de vapor o en forma de un aerosol, que comprende 60 a 90% en peso de un 50 compuesto de hierro oxidable y/o... [Seguir leyendo]

1. Partículas de óxido de hierro-silicio con una estructura núcleo-envoltura, caracterizadas porque tienen a) una superficie específica BET de 10 a 80 m2/g, b) un espesor de la envoltura de 2 a 30 nm y

c) un contenido de óxido de hierro de 60 a 90% en peso, y de dióxido de silicio de 10 a 40% en peso, basado en cada caso en las partículas envueltas, donde

d) la proporción de hierro, silicio y oxígeno es al menos 99% en peso, basado en las partículas envueltas, y donde 10 e) el núcleo es cristalino y los óxidos de hierro comprenden hematites, magnetita y maghemita, f) la envoltura consiste en dióxido de silicio amorfo y g) al menos un compuesto o una pluralidad de compuestos constituidos por los elementos silicio, hierro y oxígeno está (n) presente (s) entre la envoltura y el núcleo.

2. Partículas de óxido de hierro-silicio con una estructura núcleo-envoltura de acuerdo con la reivindicación 1, 15 caracterizadas porque las mismas están presentes predominantemente en la forma de agregados de óxidos de hierro envueltos por dióxido de silicio.

3. Partículas óxido de hierro-silicio con una estructura núcleo-envoltura de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2,

caracterizadas porque 20 la unión entre la envoltura y el núcleo es silicato de hierro.

4. Partículas óxido de hierro-silicio con una estructura núcleo-envoltura de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 3, caracterizadas porque la proporción de hematites es 1 a 10% en peso, 25 magnetita es 20 a 50% en peso,

maghemita es 40 a 75% en peso, donde las proporciones totalizan 100% en peso.

5. Partículas óxido de hierro-silicio con una estructura núcleo-envoltura de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 3, 30 caracterizadas porque la proporción de hematites es 5 a 40% en peso, magnetita es 50 a 90% en peso,

maghemita es 5 a 30% en peso, donde las composiciones totalizan 100% en peso.

6. Partículas óxido de hierro-silicio con una estructura núcleo-envoltura de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 5, caracterizadas porque el tamaño del cristal de la hematites es 200 a 1200 Ångström, magnetita es 200 a 600 Ångström,

maghemita es 150 a 500 Ångström, calculado a partir del difractograma de rayos X de acuerdo con Debye-Scherrer.

7. Proceso para producción de las partículas óxido de hierro-silicio con una estructura núcleo-envoltura de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 6,

caracterizado porque 45 a1) una corriente que comprende 10 a 40% en peso, calculada como SiO2, de dos o más compuestos de silicio en fase de vapor, hidrolizables y/u oxidables, uno de los cuales es un monosilano y la proporción del monosilano es 5 a 50% en moles, basada en las suma de los compuestos de silicio, y

a2) una corriente, en forma de vapor o en forma de un aerosol, que comprende 60 a 90% en peso de un compuesto de hierro oxidable y/o hidrolizable, calculado como Fe2O3,

se combinan para dar una mixtura en la zona de mezcla de un reactor que comprende, en sucesión, una zona de mezcla, una zona de combustión, una zona de enfriamiento y una zona de sólidos eliminable,

b) la mixtura, uno o más gases de combustión que contienen hidrógeno y un gas que contiene oxígeno se transfieren a la zona de combustión por separado uno de otro, se queman en ella y se dejan reaccionar hasta terminación de la reacción a temperaturas adiabáticas de 700 a 2500ºC, y un tiempo medio de residencia de 10 ms a 10 s,

c) la mixtura de reacción se enfría subsiguientemente a temperaturas de 200 a 400ºC por alimentación de agua 10 a la zona de enfriamiento y, subsiguientemente,

d) los sólidos se separan de las sustancias gaseosas o en fase de vapor en la zona de separación.

8. Proceso de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque el compuesto de silicio es un compuesto de silicio halogenado.

9. Proceso de acuerdo con la reivindicación 7 u 8, caracterizado porque la proporción de monosilano es 5 a 30% molar basada en los compuestos de silicio utilizados.

10. Proceso de acuerdo con las reivindicaciones 7 a 9,

caracterizado porque 20 el compuesto de hierro es cloruro de hierro (II) .

11. Proceso de acuerdo con las reivindicaciones 7 a 10, caracterizado porque el compuesto de hierro se utiliza en la forma de un aerosol obtenido por atomización de una solución de un compuesto de hierro por medio de un gas inerte o de un gas que contiene oxígeno.

12. Proceso de acuerdo con las reivindicaciones 7 a 11, caracterizado porque el aerosol se trata térmicamente antes de ser introducido en la zona de mezcla.

13. Uso de las partículas de óxido hierro-silicio con una estructura núcleo-envoltura de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 6 como constituyente de mezclas de caucho, como constituyente de formulaciones de polímero,

como constituyente de composiciones adhesivas, como constituyente de piezas moldeadas de polímero unidas que pueden obtenerse por soldadura en un campo electromagnético alterno, y para producción de dispersiones.

Figura 1