Partículas columnares de óxido de cinc y método para producción de las mismas.

Partículas de óxido de cinc representadas por medio de la fórmula siguiente (1),

ZnMn+

xO1+nx/2 · aH2O (1)

donde Mn+ es un metal trivalente o tetravalente, x y "a" cumplen 0,002

Partículas columnares de óxido de cinc y método para producción de las mismas.

Campo técnico La presente invención se refiere a nuevas partículas de óxido de cinc. Más específicamente, se refiere a partículas columnares de óxido de cinc útiles como agente de mejora de la conductividad térmica o agente de mejora de la conductividad eléctrica.

Técnica anterior

Es una práctica general incorporar varios agentes de mejora a una composición de resina que contiene un caucho o plástico con el fin de mejorar las propiedades físicas de la composición de resina.

Como agentes de mejora de conductividad térmica, por ejemplo, se conocen sílice cristalina, óxido de magnesio, nitruro de boro, nitruro de aluminio, óxido de aluminio, berilia, etc. Como agentes de mejora de la conductividad eléctrica, se conocen óxido de estaño, óxido de cinc, negro de carbono, óxido de titanio revestido con óxido de estaño, etc. Como se sabe bien, con el fin de impartir buena conductividad a una composición, es necesario someter

a formación de compuestos una gran cantidad de agentes de mejora de conductividad eléctrica con la composición, de manera que los agentes de mejora entren en contacto uno con otro, y los agentes de mejora de la conductividad eléctrica caros tienen limitaciones de uso. El negro de carbono no es caro como agente de mejora de la conductividad eléctrica, al tiempo que se encuentra limitado a un uso donde el color sea negro y, en ocasiones, se dispersa en una etapa de moldeo hasta el suelo en un lugar de producción. Como agente de mejora de la conductividad eléctrica a mezclar con la composición de resina, existe una demanda de un agente blanco de mejora de la conductividad eléctrica que pueda proporcionar cualesquiera colores a un material de base según sea necesario.

Por tanto, recientemente se ha usado ampliamente óxido de cinc que es relativamente menos costoso, se encuentra libre de toxicidad y es químicamente estable, como agente de mejora de la conductividad térmica o agente de mejora de la conductividad eléctrica.

En los últimos años, como materiales compuestos funcionales de creciente interés, se han mejorado activamente los agentes de mejora, y existen varios estudios formados no solo por las funciones de los materiales de los agentes de mejora sino también sobre las formas de los agentes de mejora.

Óxido de cinc tiene forma de esferas, masa, placas, escamas, agujas, tetrápodos, erizo de mar, o partículas ultrafinas. De estas formas, se ha propuesto el óxido de cinc que tiene forma de agujas o tetrápodos, considerado que forma una red de manera sencilla en la composición de resina incluso cuando se usa en una cantidad pequeña,

como agente de mejora de conductividad térmica o agente de mejora de conductividad eléctrica.

Por ejemplo, los Documentos de Patente 1 y 2 proponen partículas de óxido de cinc obtenidas por medio de mezcla de óxido de cinc con forma de aguja con un agente de impurificación tal como Al, Ge, Ga, Sn y In, y posteriormente calcinar por reducción la mezcla. No obstante, estas partículas de óxido de cinc tienen forma de aguja y son finas, y

se rompen fácilmente cuando se amasan con una resina. Las partículas rotas pueden dificultar la formación de una red en una composición de resina, y pueden no exhibir completamente conductividad térmica o conductividad eléctrica.

Además, el Documento de Patente 4 divulga un método para producir partículas de óxido de cinc que tienen la forma 50 de un polvo fino, donde una disolución acuosa que contiene sal de cinc soluble en agua y sal de metal soluble en agua y que se puede convertir en óxido de aluminio, óxido de galio u óxido de indio, se neutraliza con un álcali o carbonato alcalino para obtener un producto de co-precipitación y el producto se pre-calcina y posteriormente se calcina a una temperatura de 600 a 1.000 º C en una atmósfera de nitrógeno. No obstante, debido a que las partículas obtenidas por medio de este método tienen la forma de un polvo fino y tienen una proporción de aspecto 55 demasiado pequeña, su conductividad no es suficiente.

El Documento de Patente 5 propone un método donde se usan partículas de aluminio y partículas de óxido de cinc que tienen un diámetro de partícula de 0, 1 a 5 μm en combinación como agentes de mejora de conductividad térmica.

El documento EP 0 598 284 A1 describe un método de preparación de un óxido de cinc eléctricamente conductor con una forma de tipo aguja con ramificación tri-dimensional.

El documento JP 2008-222490 describe un óxido de cinc de tipo varilla cubierto con alúmina (sol) para su uso en 65 una resina termo conductora.

Como se ha descrito anteriormente, se han propuesto partículas de óxido de cinc que tienen la forma de agujas o polvo fino como agente de mejora de conductividad eléctrica o agente de mejora de conductividad térmica. No obstante, la forma de partícula de óxido de cinc ideal serían columnas en lugar de polvo fino o agujas, cuando se tiene en cuenta que resista la ruptura durante el amasado con una resina y la formación sencilla de una red en una resina.

(Documento de Patente 1) JP-A-3-60429 (relacionado con el documento US 5.132.104) (Documento de Patente 2) JP-A-5-17298 (Documento de Patente 3) JP-A-7-2519 (relacionado con el documento US 5.171.364) (Documento de Patente 4) JP-B-62-35970 (Documento de Patente 5) JP-A-2005-64281.

Divulgación de la invención Por tanto, es un objeto de la presente invención proporcionar partículas columnares de óxido de cinc que puedan resistir la ruptura cuando se someten a formación de compuestos para dar lugar a, y mezclarse con, una resina que pueda impartir conductividad térmica o conductividad eléctrica suficiente. También es otro objetivo de la presente invención proporcionar un proceso para producir las partículas columnares anteriores de óxido de cinc.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar una composición de resina que contenga las partículas columnares anteriores de óxido de cinc y sea excelente en cuanto a conductividad térmica o conductividad eléctrica.

El presente inventor ha llevado a cabo estudios diligentes para conseguir un método para la obtención de partículas columnares de óxido de cinc. Como resultado de ello, se ha descubierto que cuando se hace reaccionar una disolución que contiene sal de cinc (a) y una disolución acuosa de un compuesto de metal alcalino (c) , una con otra, un 80 % o más de las partículas obtenidas tras el tratamiento hidrotérmico tienen forma columnar, haciendo la cantidad de compuesto de metal alcalino (c) basado en cinc menor de un equivalente en peso y haciendo que el pH de la reacción sea neutro. También se ha descubierto que las partículas columnares obtenidas de este modo resisten la ruptura y mantienen su forma frente al colapso cuando se incorporan a una resina, y se mezclan con ella, y por consiguiente, se completa la presente invención.

Es decir, la presente invención proporciona partículas de óxido de cinc representadas por medio de la fórmula siguiente (1) ,

ZnMn+xO1+nx/2 · aH2O (1)

donde Mn+ es un metal trivalente o tetravalente, x y "a" cumplen 0, 002<x<0, 05 y 0a<0, 5, respectivamente, y n es la valencia del metal, y tiene un contenido de partículas columnares de un 80 % o más donde las partículas tienen una longitud media columnar de 0, 5 a 20 μm, una anchura media columnar de 0, 25 a 1, 5 μm, una proporción media de aspecto de 2 a 10 y un grado medio columnar de 0, 7 a 1, donde el grado medio columnar es la media de los grados columnares medidos con respecto a 10 o más partículas en el campo de visión ampliada 1.000 veces o más por medio de SEM, donde el grado columnar es la proporción D2/D1 de una achura terminal (diámetro) D2 de una partícula con respecto a la otra anchura terminal (diámetro) D1 de la partícula.

Además, la presente invención proporciona un proceso para producir las partículas anteriores de óxido de cinc, que comprende las etapas de

(I) hacer reaccionar una disolución acuosa que contiene sal de cinc (a) y una sal de metal trivalente o tetravalente (b) con una disolución acuosa que contiene un compuesto (c) de metal alcalino de manera que la mezcla de reacción al final de la reacción tenga un pH dentro del intervalo de 5, 0 a 7, 0,

(II) lavar las partículas obtenidas de este modo,

(III) emulsionar las partículas lavadas y posteriormente tratarlas por vía hidrotérmica, y

(IV) secar las partículas tratadas por vía hidrotérmica.

La presente invención proporciona partículas calcinadas (A) obtenidas... [Seguir leyendo]

1. Partículas de óxido de cinc representadas por medio de la fórmula siguiente (1) ,

ZnMn+xO1+nx/2 · aH2O (1)

donde Mn+ es un metal trivalente o tetravalente, x y "a" cumplen 0, 002<x<0, 05 y 0a<0, 5, respectivamente, y n es una valencia del metal, y tiene un contenido de partículas columnares de un 80 % o más donde las partículas tienen una longitud media columnar de 0, 5 a 20 μm, una anchura media columnar de 0, 25 a 1, 5

μm, una proporción media de aspecto de 2 a 10 y un grado medio columnar de 0, 7 a 1, donde el grado medio columnar es la media de los grados columnares medidos con respecto a 10 o más partículas en el campo de visión ampliada 1.000 veces o más por medio de SEM, donde el grado columnar es la proporción D2/D1 de una achura terminal (diámetro) D2 de una partícula con respecto a la otra anchura terminal (diámetro) D1 de la partícula.

2. Las partículas de la reivindicación 1, que tienen la forma de columna cuadrada o columna hexagonal.

3. Las partículas de la reivindicación 1, que tienen una longitud media columnar de 1 a 10 μm, una anchura media

columnar de 0, 5 a 1 μm, y una proporción media de aspecto de 2 a 6. 20

4. Las partículas de la reivindicación 1, que tienen un área superficial específica BET de 1 a 10 m2/g.

5. Las partículas de la reivindicación 1, que tienen al menos un revestimiento seleccionado entre ácidos grasos

superiores, ésteres fosfóricos, ésteres de ácido graso de poli (alcoholes hídricos) , tensioactivos aniónicos y agentes 25 de acoplamiento de silano, titanato y aluminio sobre una superficie.

6. Un proceso para producir partículas de óxido de cinc de la reivindicación 1, que comprende las etapas de (I) hacer reaccionar una disolución acuosa que contiene sal de cinc (a) y una sal de metal trivalente o tetravalente (b) con una disolución acuosa que contiene un compuesto (c) de metal alcalino de manera que la mezcla de reacción al final de la reacción tenga un pH dentro del intervalo de 5, 0 a 7, 0,

(II) lavar las partículas obtenidas de este modo,

(III) emulsionar las partículas lavadas y posteriormente tratarlas por vía hidrotérmica, y

(IV) secar las partículas tratadas por vía hidrotérmica. 35

7. Partículas calcinadas (A) obtenidas por medio de calcinación de las partículas de óxido de cinc de la reivindicación 1 a una temperatura de 300 a 1.100 º C en una atmósfera no reductora.

8. Las partículas calcinadas (A) de la reivindicación 7, que tienen al menos un revestimiento seleccionado entre

ácidos grasos superiores, ésteres fosfóricos, ésteres de ácido graso de poli (alcoholes hídricos) , tensioactivos aniónicos y agentes de acoplamiento de silano, titanato y aluminio sobre una superficie.

9. Una composición de resina (A) que comprende 100 partes en peso de una resina y de 150 a 400 partes en peso de las partículas calcinadas (A) de la reivindicación 7. 45

10. Partículas calcinadas (B) obtenidas por medio de calcinación de las partículas de óxido de cinc de la reivindicación 1 a una temperatura de 300 a 1.100 º C en una atmósfera reductora.

11. Las partículas (B) de la reivindicación 10, que tienen al menos un revestimiento seleccionado entre ácidos

grasos superiores, ésteres fosfóricos, ésteres de ácido graso de poli (alcoholes hídricos) , tensioactivos aniónicos y agentes de acoplamiento de silano, titanato y aluminio sobre una superficie.

12. Una composición de resina (B) que comprende 100 partes en peso de una resina y de 200 a 400 partes en peso de las partículas calcinadas (B) de la reivindicación 10. 55

Fig.12

Resistencia (cps)