DD160407A1 - Verfahren zur herstellung hochdisperser kieselsaeure - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung hochdisperser Kieselsaeure auf dem Faellungswege. Die angestrebte hohe Reinheit und die vorteilhaften anwendungstechnischen Eigenschaften der hochdispersen Kieselsaeure werden erreicht, indem das als Kieselsaeuretraeger eingesetzte, durch Ionenaustausch aus Wasserglasloesung gewonnene Kieselsol in einem definierten Alterungszustand eingesetzt und die Faellung in zwei Stufen durchgefuehrt wird. Durch die damit moegliche Unterdrueckung der Gelbildungsneigung wird einsehr feinteiliges Produkt erhalten, das eine sehr gute Verdickungswirkung in fluessigen Systemen aufweist. Weiterhin wird der aufwendige Waschprozess durch die Wahl eines Faellelektrolyten umgangen, der einen optimalen Temperaturbereich der thermischen Zersetzung aufweist.

Description

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Beschreibung der Erfindung

Verfahren zur Herstellung hochdisperser Kieselsäure

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung hochdisperser Kieselsäure großer Reinheit, welche, als hochwertiger Füllstoff und als Verdickungs- und Thixotropiermittel für flüssige wäßrige und nichtwäßrige Systeme eingesetzt werden kann.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die Herstellung hochdisperser Kieselsäure geschieht prinzipiell auf zwei liegen:

1· Verfahren des trockenen Weges Agglomeration der Teilchen eines' SiOg-Aerosols, hergestellt durch Reaktion gasförmiger Si-Verbiny'düngen (SiCl₄, SiO) mit Sauerstoff, Luftsauerstoff oder Wasserdampf bei hohen Temperaturen

2· Verfahren des nassen Weges

Ausfällen der SiOrj-Teilchen aus Kieselsäurelösungen, Hydrolyse siliziumorganischer Verbindungen im flüssigen wäßrig-alkoholischen Medium. Trocknung von Kieselsäurehydrogelen nach speziellen Verfahren.

Die nach beiden Wegen hergestellten hochdispersen Kiesel· säuren unterscheiden sich hinsichtlich ihrer speziellen Oberflächeneigenschaften, chemischen Reinheit, 'sowie ihrer bevorzugten Anwendungsgebiete und Herstellungskosten.

Ausgangsprodukt für die Verfahren des nassen Weges ist im allgemeinen Natriumsilikatlösung (technisches Wasserglas)· Durch Neutralisation des Alkaligehaltes im Natronwasserglas wird die Kieselsäure ausgefällt· Dabei besteht im Bereich des Neutralpunktes die Gefahr der Gelbildung. Diese ist unerwünscht, da das daraus resultierende Produkt nicht die für die obenerwähnten Einsätzgebiete notwendigen Eigenschaften aufweist.

Die Gelbildung wird nach dem Stand der Technik dadurch umgangen, daß man entweder die Säure im Bereich des Neutralpunktes unter starkem Rühren sehr langsam zugibt (z. B. BRD-AS 1 089 736, BRD-OS 1 567 526), oder die Fällung in Gegenwart von Elektrolyten (sogen. Fällsalzen), durchführt (z. B. DDR-PS 63 366, BRD-AS 1 025 403, BRD-AS 1 049 834)«

Bei der Neutralisation von Alkalisilikatlösungen mit Säuren, sauren Salzlösungen ubw» wird die Kieselsäure mit dem gebildeten Neutralsalz durchsetzt«, Die Verfahren des nassen Weges haben deshalb alle den Nachteil, daß die gefällte Kieselsäure durch langwierige Waschprozesse von Elektrolyten befreit v/erden muß» Dabei werden stets Reste von Elektrolyten hartnäckig zurückgehalten, die die Eigenschaften der Kieselsäure nachteilig beeinflussen.

Um diese Nachteile zu umgehen, wurde gemäß DDR-PS 56 vorgeschlagen, den erforderlichen aufwendigen Waschprozeß dadurch zu umgehen, daß

- als Kieselsäureträger anstelle einer Alkalisilikatlösung ein nahezu salzfreies Kieselsäuresol benutzt wird/ welches auf dem Wege des Ionenaustausches aus Natronwasserglaslösung hergestellt wurde;

- als Fällsalz abrauchbare Salzlösungen, beispielsweise Ammoniumchlorid eingesetzt werden, die durch Erhitzen aus dem Produkt entfernt werden können»

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Das gemäß der DDR-PS 56 769 enthaltene Material entspricht in seiner Qualität Produkten vom Typ der aus Hatronwasserglas hergestellten Füllstoffe, worauf auch in der Beschreibung hingewiesen wird. Sein Einsatz ist auf bestimmte Verwendungszwecke, beispielsweise zur Puderung, beschränkt.

Durch fehlende Beschreibung der zeitabhängigen Eigenschaften des eingesetzten Soles und des Fällvorganges als wichtigste Verfahrensstufe, kann nach der DDR-PS 56 769 kein Produkt erhalten werden, das in seinen anwendungstechnischen Eigenschaften den pyrogenen Kieselsäuren nahekommt.

Ziel der Erfindung

Ziel der nachstehend beschriebenen Erfindung ist ein naßchemisches Verfahren zur Herstellung eines hochwertigen Kieselsäurefüllstoffes mit hoher Reinheit, das durch die Wahl der Parameter der Ausgangsstoffe und durch spezielle Reaktionsführung eine wesentliche Erhöhung der-Qualität gegenüber dem bisherigen Stand der Technik auf dem Gebiet naßchemisch hergestellter Kieselsäuren ermöglicht.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Verwendung von nahezu salzfreiem Kieselsol als Kieselsäureträger ist ein Fortschritt gegenüber den bekannten Verfahren, die direkt vom !Tatronwasserglas ausgehen. Dadurch wird der sehr aufwendige Y/aschprozeß umgangen.

Beim Einsatz dieses neuen Kieselsäureträgers sind jedoch einige für die Qualität der daraus hergestellten hochdispersen Kieselsäure wichtigen Besonderheiten zu beachten·

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Das durch Ionenaustausch aus Wasserglaslösung hergestellte Kieselsol ist ein zeitlich veränderliches System, da die Kieselsäure nach der Freisetzung aus dem Wasserglas durch Polykondensation ständig ihr Molekulargewicht vergrößert, bis durch dreidimensionale Vernetzung die Gelierung einsetzt.

Für die Erzielung optimaler Qualität der hochdispersen Kieselsäure ist deshalb die Einhaltung eines bestimmten Alterungszustandes des Kieselsoles unumgänglich. Zur Erzielung der erfindungsgemäßen Eigenschaften des Kieselsäurefullstoffes ist es weiterhin notwendig, beim Fällvorgang solche Bedingungen anzuwenden, die die Gelierung des Kieselsols unterdrücken, um ein sehr feinteiliges Produkt zu erhalten. Durch Abstimmung der Zulaufgeschwindigkeit des Kieselsäuresole mit der Rührintensität und insbesondere durch die Beachtung der zwei unterschiedlichen Phasen des Fällungsprozesses wird erreicht, daß die in kolloider lösung zugesetzte Kieselsäure sofort ausgefällt wird und die Konzentration an gelierfähiger Kieselsäure im kolloiden Zustand vernachlässigbar klein bleibt· Um den aufwendigen Waschprozeß zu umgehen, wird bekanntermaßen ein thermisch zersetzbares Salz zur Fällung eingesetzt. Die Vfahl des Salzes unterliegt jedoch noch weiteren Bedingungen. Der Trocknungsprozeß wird durch die Wasserverdampfung bestimmt. Um eine nahezu gleichzeitige Entfernung von Wasser und Fällsalz aus dem Filterkuchen zu erreichen, darf die Zersetzungstemperatur des Fällsalzes nicht über dem Siedepunkt des Vfassers bei dem zur Trocknung angewandten Druck liegen, da bei einem Nacheinander der Entfernung von Wasser und Fällsalz eine Verhärtung des Produktes eintritt·

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Die beschriebenen Nachteile der bisherigen Verfahren werden erfindungsgemäß dadurch überwunden, daß

- das entsprechend dem Stand der Technik hergestellte nahezu salzfreie Kieselsäuresol in einem bestimmten Alterungszustand zum Einsatz kommt;

- der Fällungsvorgang als wesentlich qualitätsbestimmender Verfahrensschritt in einer vorgeschriebenen T/eise in zwei Stufen unter Beachtung der Besonder-, heiten des Überganges der Kieselsäure aus dem kolloidgelösten in den filtrierbaren Zustand durchgeführt wird;

- durch die Y/ahl des zur Fällung verwandten Elektrolyten die Trocknungstemperatu~ren trotz des Salzgehaltes nicht höher liegen als bei der Trocknung salzfreier Filterkuchen, wodurch die Agglomerationsneigung wesentlich zurückgedrängt wird·

- 6 Ausführung,3beispiele

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Beispiel 1: In einem mit einem schnellaufenden Rührer und Strombechern ausgestatteten Rührgefäß mit einem Volumen von 250 1 werden 72 1 einer Ammoniumhydrogenkarbonatlösung der Dichte von 1,070 g/cnr vorgelegt und mit hoher Turbulenz gerührt. Aus einer Vorlage werden insgesamt 100 1 instabiles Sol der Parameter: Dichte: 1,064 g/crn^ pH-Werti 3,1 Temperatur: 20 ⁰C und Alter : 2 Stunden · wie folgt eingeleitet:

Bis 30 1 mit einer Geschwindigkeit von 60 l/h. danach mit einer Geschwindigkeit von 200 l/h.

Nach Beendigμng des Einleitens wird 10 Minuten nachgerührt und dann absetzen lassen. Die Suspension wird dekantiert, danach zentrifugiert und der Filterkuchen bei Normaldruck bei 100 ⁰C getrocknet. Die Mahlung erfolgt auf einer Luftstrahlmühle auf eine Feinheit von 90 % unter 10 Jim. Die auf diese Weise erhaltene hochdisperse Kieselsäure besitzt eine Schüttdichte von 60 g/l und eine Öladsorption nach der Methode von Coleman und Gardner von 440 %.

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Beispiel 2: Die wie unter Beispiel 1 hergestellte

Kieselsäuresuspension wird 30 Minuten bei Normaldruck gekocht. Danach erfolgt die Fest-Flüssig-Trennung durch Dekantieren und Zentrifugieren. Die Trocknung erfolgt bei einem Druck von ρ = 200 Torr und einer Heizmanteltemperatur von 120 ⁰C in einem mit einem Rührwerk ausgestatteten , beheizbaren Vakuumschaufeltrockner·

Anschließend wird das Produkt auf der

Strahlmühle auf,eine Feinheit von 90 %

unter 10 jam vermählen.

Es wird ein Produkt mit folgenden Werten

erhalten:

Schüttdichte: 50 g/l

Ölaufnähme nach Coleman und Gardner: 480 %»

Claims (3)

- 8 Erfindungsanspruch

1. Verfahren zur Herstellung hochdisperser Kieselsäure großer Reinheit und hoher Verdickungewirkung durch Ausfällung aus einem nahezu salzfreien instabilen Kieselsäuresol mit einem SiOp-Gehalt von 5 - 12 % mit Hilfe einer thermisch >xersetzbaren Salzlösung gekennzeichnet dadurch, daß

- das instabile Kieselsäuresol in einem definierten Alterungszustand zur Fällung eingesetzt wird, der bestimmt ist durch folgende physikalisch-chemischen Größen:

pH-Wert 2,0 - 4,0 vorzugsweise 2,5-3,2 Temperatur 2 - 30 ⁰C vorzugsweise 15 - 20 ⁰C Alterungszeit nach dem Ionenaustausch 30 - 300 min·

vorzugsweise 60 - 180 min.

- als thermisch zersetzbare Salzlösung eine Ammoniumhydrogenkarbonat (AHC-)lösung von 150 200 g/l eingesetzt wird;

- die AHC-Lösung vorgelegt, mit hoher Turbulenz gerührt und das instabile Kieselsol in zwei Stufen mit unterschiedlicher Binleitungsgeschwindigkeit zugegeben wird, wobei bis zu einer SiOp-Konzentration in der-Suspension von 15 - 30 g/l das Sol mit einer Geschwindigkeit von maximal 1,0 Mol SiOp/Mol AHC · h und danach mit einer Geschwindigkeit von 1,0 - 3,0 Mol SiOg/Mol AHC . h eingeleitet wird;

- die Kieselsäuresuspension nach der Fällung eine Mindestkonzentration von 25 g SiO₂A und ein MoI-verhältnis SiO₂:AHC von 1:2 bis 1:6 aufweist·

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2»Verfahren zur Herstellung hochdisperser Kieselsäure nach Punkt 1, . gekennzeichnet dadurch, daß die durch Fällung erhaltene Kieselsäuresuspension nach beendeter Zugabe des Kieselsäuresols noch 5 - 60 Minuten vorzugsweise 10 -15 Minuten nachgest rührt und danach zur Verbesserung der Teilchenstruktur bei Temperaturen zwischen 20 und 100 30 - 1200 Minuten gealtert wird.

3· Verfahren zur Herstellung hochdisperser Kieselsäure naxsh Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß der durch eine beliebige Art der Fest-Flussig-Trennung gewonnene Filterkuchen bei Drücken zwischen 20 und 760 Torr und Produkttemperaturen zwischen 20 und 150 ⁰C ohne vorheriges Waschen direkt unter ^thermischer Zersetzung des Ammoniumhydrogenkarbonats getrocknet wird»