CZ148596A3 - Způsob výroby amorfního oxidu křemičitého s antikorozními vlastnostmi - Google Patents

Abstract

Zředěný roztok vodního skla se sráží směsí kyseliny chlorovodíkové a roztoku chloridu vápenatého v takovém poměru, aby pH ve srážecí směsi bylo 6-8 a poměr chloridu vápenatého k oxidu křemičitému ve srážecí směsi byl 1,2 - 2,5.

Description

Vynález se týká výroby oxidu křemičitého, jenž se vyžTraČujcantikoroznínTi^řasLiiustrrrr při aplikaci v nátěrových hmotách.

Dosavadní stav techniky

Amorfní oxid křemičitý může být zhruba rozdělen do 3 kategorií: skelný oxid křemičitý, tedy sklo vyráběné tavením křemene, oxid křemičitý vyráběný ozářením buď amorfního nebo krystalického oxidu křemičitého neutrony vysoké rychlosti, a mikroamorfní oxid křemičitý. Mikroamorfní oxid křemičitý zahrnuje koloidní roztoky, gely, prášky a porézní skla, z nichž všechna jsou složena z elementárních částic nebo strukturních jednotek průměru menšího než 1 pm. Tyto oxidy křemičité mají velký měrný povrch, obecně větší než jednotky nT g'¹. Mikroamorfní oxid křemičitý může být dále rozdělen na mikročásticový oxid křemičitý, mikroskopické destičky a vlákna, a hydratovaný amorfní oxid křemičitý. Komerčně nej významnější skupinou je mikročásticový oxid křemičitý, který zahrnuje pyrogenní oxid křemičitý a oxidy vysrážené z vodných roztoků křemičitanů alkalických kovů nebo oxidu křemičitého. Pyrogenní oxid křemičitý je tvořen při vysokých teplotách kondenzací S1O2 z plynné fáze, nebo při nižších teplotách chemickou reakcí v plynné fázi a následnou kondenzací. Mikroskopické destičky amorfního oxidu křemičitého se připravují oxidací a hydrolýzou plynného S1CI4 nebo S1F4 a následnou polymerací ortokřemičité kyseliny ve vodě, zmrazením nebo koagulací koloidního roztoku nebo hydrolýzou HS1CI3 v eteru a následným odpařením eteru. Vlákna amorfního oxidu křemičitého se připravují sušením tenkých filmů koloidních roztoků [EP 296 401(1988)], oxidací SiO, nebo prudkým ochlazením vláknitých oxidů křemičitých s velkým měrným povrchem. Hydratovaný amorfní oxid křemičitý se připravuje polymerací kys. ortokřemičité ve vodě při nízké teplotě ve slabě kyselém roztoku. Obsah vody výsledného pevného oxidu křemičitého může být až 14%hm., což odpovídá 1 molu vody na 2 moly oxidu křemičitého. Tato voda je stabilní do 60 C a neodpařuje se při laboratorní teplotě. Gel oxidu křemičitého se připravuje okyselením sodného vodního skla s modulem 3,3 minerální kyselinou [JP 62 113 713 (1987), JP 62 143 817 (1987), JP 62 143 818 (1987)]. Obvykle se toto okyselení provádí kyselinou sírovou, neboje možné využiti síranu hlinitého [JP 63 060 104 (1988), JP 63 060 105 (1988)]. Jinou možností je příprava gelu ze směsi křemičitanu sodného, hlinitanu sodného a boraxu [JP 62 278 117 (1987)] nebo s použitím draselné soli [ US 46 96 808 (1987)], event. dvoustupňové elektrodialýzy [SU 12 42 463 (1986)].

Při výrobě gelů kyseliny křemičité se zpravidla přemění roztok vodního skla s kyselinou za takových podmínek, že nejdříve vznikne nestabilní hydrosol kyseliny křemičité. Aby se zabránilo nežádoucí a předčasné tvorbě hydrogelu nebo vzniku vločkovitých sraženin, je reakční směs většinou držena v kyselé oblasti pH. Tvorba hydrogelu je při technickém postupu buď diskontinuelní nebo kontinuelní. Vzniklý hydrogel kyseliny křemičité se po nějakém čase (doba zrání gelu) zbaví promytím při reakci vzniklých rozpustných solí. Po té se hydrogel usuší, rozemele a třídí proséváním. Typické pro gely kyseliny křemičité je smršťování se při sušení. Typickému smršťování se lze vyhnout, jestliže se odvodnění hydrogelu uskuteční za nadkritických podmínek, popřípadě ve spojemí s organickými rozpouštědly rozpustnými ve vodě. Velmi lehké produkty oxidu křemičitého, tzv. aerogely vznikají tímto výše popsaným způsobem.

Při výrobě srážených produktů jsou použity stejné suroviny jako při produkci gelu kys. křemičité, tj. vodní sklo a kyselina. Do roztoku vodního skla se většinou za zvýšené teploty a za míchání přidá kyselina. Na konci vysrážení se obecně hodnota pH upraví do mírně kyselé oblasti. Rychlost přidávání kyseliny, intenzita míchání a rovněž změna teploty dávají možnost měnit ve velkém rozsahu konečný produkt. Nejvíce se používá kyselina sírová, i když je neutralizace roztoku vodního skla možná také oxidem uhličitým [FR 11 34 178 (1955), DE 11 17 552 (1959)], nebo jinými minerálními kyselinami.

Hydrotermální postup patří k mokrým postupům, i když ve srovnání s technicky vyráběnými produkty podle srážecích postupů má jenom malý význam. Jako suroviny slouží v hydrotermálním postupu křemenný písek a vápno (oxid vápenatý), které reagují v autoklávu v přítomnosti vody [DE 14 67 437 (1965)]. Při úplné přeměně (např. při 180 °C po 1 hod.) se získá amorfní reakční produkt.

Podstata vynálezu

Podstatou vynálezu je způsob výroby amorfního oxidu křemičitého s antikorozními vlastnostmi vyznačující se tím, že se zředěný roztok vodního skla, obsahujícího 3-10 %hm. oxidu křemičitého, sráží směsí kyseliny chlorovodíkové a roztoku chloridu vápenatého v takovém poměru, aby pH ve srážecí směsi bylo 6-8 a poměr chloridu vápenatého k oxidu křemičitému ve srážecí směsi byl 1,2-2,5.

Postup lze realizovat tak, že suroviny, tj. zředěné vodní sklo obsahující 3-10 %hm. oxidu křemičitého, kyselina chlorovodíková a roztok chloridu vápenatého, jsou dávkovány v předepsaných poměrech do srážecího reaktoru. Kyselina chlorovodíková a roztok chloridu vápenatého jsou smíseny před vstupem do srážecího reaktoru v samostatném směšovači. Vysrážená suspenze amorfního oxidu křemičitého je ze srážecího reaktoru dopravována čerpadlem do zracího zásobníku, a po vyzrání je čerpána do kalolisu, kde je odfiltrována a promyta vodou za účelem odstranění chloridů. Filtrační koláč je buď přímo sušen na proudové sušárně, nebo je smísen s vodou na suspenzi, která je sušena na rozprašovací sušárně.

Postupem podle vynálezu lze vyrobit amorfní oxid křemičitý s obsahem chemicky vázaného vápníku cca 6 %hm. (jako CaO), který se vyznačuje alkalickou reakcí ve vodné suspenzi a antikorozními vlastnostmi. Mechanismus antikorozního účinku oxidu křemičitého s obsahem vázaného vápníku je založen na výměně iontů. Agresivní látky, obsažené v ovzduší a které difundují nátěrem ke kovovému povrchu, se oxidem křemičitým s vázaným obsahem vápníku neutralizují za uvolňování Ca²⁺ iontů, které příznivě působí na stabilitu kovu. Studium mechanismu účinků oxidu křemičitého s vázaným obsahem vápníku ukazuje, že působí jako anodický inhibitor koroze, přičemž má oxid křemičitý s vázaným obsahem vápníku též určitý vliv i na průběh katodového děje.

Amorfní oxid křemičitý vyrobený způsobem podle vynálezu je vhodný především jako antikorozní pigment do nátěrových hmot, jako nosič organických a anorganických látek, které vyžadují alkalické prostředí, lze jej využít i jako plnivo různých směsí (kaučuky, plasty, stavební hmoty apod.).

Příklad

Vodní sklo sodné o hustotě 1, 375 g.cm³ bylo naředěno vodou na obsah oxidu křemičitého 7,8 %hm. Suroviny, tj. ředěné vodní sklo, kyselina chlorovodíková o koncentraci 31 % hm. a roztok chloridu vápenatého o koncentraci 10 %hm., natékaly kontinuelně do srážecího reaktoru, přičemž kyselina chlorovodíková a roztok chloridu vápenatého byl smísen v samostatném směšovači před vstupem do srážecího reaktoru. Suroviny natékaly do srážecího reaktoru v takovém poměru a by pH reakční směsi bylo 7,1 a poměr chloridu vápenatého k oxidu křemičitému 1,7. Suspenze ze srážecího reaktoru byla po 90 minutách filtrována na kalolisu. Koláč o sušině 23 %hm. byl promyt a byla z něho připravena suspenze o koncentraci 13 %hm., která byla sušena na rozprašovací sušárně horkými spalinami zemního plynu.

Charakteristika získaného produktu:

obsah oxidu křemičitého (%hm.) 90 sypná hustota (kg.m‘³) 153,7 obsah vápníku jako CaO (%hm.) 5,5 pH 5 % vodné suspenze 9,07 vlhkost (%hm.) 3,21 bělost (%, proti BaO) 93,4 měrný povrch (m².g^_1) 127 absorpce oleje (g.lOOg^-1) 66,2

Claims (1)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob výroby amorfního oxidu křemičitého s antikorozními vlastnostmi vyznačující se tím, že se zředěný roztok vodního skla obsahujícího 3-10 %hm. oxidu křemičitého sráží směsí kyseliny chlorovodíkové a roztoku chloridu vápenatého v takovém poměru, aby pH ve srážecí směsi bylo 6-8 a poměr chloridu vápenatého k oxidu křemičitému ve srážecí směsi byl 1,2 - 2,5.