DD160407A1 - PROCESS FOR PREPARING HIGH-DISPERSE SILICA - Google Patents
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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.The invention relates to a novel process for the preparation of highly disperse silica on the Faellungswege. The desired high purity and the advantageous performance properties of fumed silica are achieved by using the silicic acid used as silica gel carrier, obtained by ion exchange from water glass solution in a defined state of aging and pulping is carried out in two stages. By thus suppressing the tendency to gelation a very finely divided product is obtained, which has a very good thickening effect in liquid systems. Furthermore, the elaborate washing process is circumvented by the choice of a Faellelektrolyten having an optimum temperature range of thermal decomposition.
Description
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Verfahren zur Herstellung hochdisperser KieselsäureProcess for the preparation of highly dispersed silicic acid
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.The invention relates to a process for the preparation of highly dispersed silicic acid of high purity, which can be used as a high quality filler and as a thickener and thixotropic agent for liquid aqueous and non-aqueous systems.
Die Herstellung hochdisperser Kieselsäure geschieht prinzipiell auf zwei liegen: The production of fumed silica happens in principle on two lying:
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 Temperaturen1) Method of the dry way Agglomeration of the particles of an SiO 2 aerosol prepared by reaction of gaseous Si-verbinic fertilizers (SiCl 4 , SiO 2 ) with oxygen, atmospheric oxygen or water vapor at high temperatures
2· Verfahren des nassen Weges2 · Wet way procedure
Ausfällen der SiOrj-Teilchen aus Kieselsäurelösungen, Hydrolyse siliziumorganischer Verbindungen im flüssigen wäßrig-alkoholischen Medium. Trocknung von Kieselsäurehydrogelen nach speziellen Verfahren.Precipitation of the SiOrj particles from silicic acid solutions, hydrolysis of organosilicon compounds in the liquid aqueous-alcoholic medium. Drying of silica hydrogels according to special procedures.
Die nach beiden Wegen hergestellten hochdispersen Kiesel· säuren unterscheiden sich hinsichtlich ihrer speziellen Oberflächeneigenschaften, chemischen Reinheit, 'sowie ihrer bevorzugten Anwendungsgebiete und Herstellungskosten.The fumed silicic acids prepared according to both methods differ with regard to their special surface properties, chemical purity, and their preferred fields of application and production costs.
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.The starting material for the processes of the wet route is generally sodium silicate solution (technical glass of water). The silica is precipitated by neutralization of the alkali content in the sodium silicate. There is a risk of gel formation in the region of the neutral point. This is undesirable because the resulting product does not have the properties necessary for the above-mentioned applications.
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)«The gelation is bypassed in the prior art by either very slowly adding the acid in the region of the neutral point with vigorous stirring (for example, BRD-AS 1 089 736, Federal Republic of Germany 1 567 526), or the precipitation in Presence of electrolytes (so-called precipitation salts), carried out (eg 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.In the neutralization of alkali silicate solutions with acids and acidic salt solutions, the silica is permeated with the neutral salt formed. The wet methods therefore all have the disadvantage that the precipitated silica must be freed of electrolytes by protracted washing Residues of electrolytes are persistently retained, which adversely affect the properties of the silica.
Um diese Nachteile zu umgehen, wurde gemäß DDR-PS 56 vorgeschlagen, den erforderlichen aufwendigen Waschprozeß dadurch zu umgehen, daßIn order to circumvent these disadvantages, it was proposed according to DDR PS 56 to avoid the necessary complicated washing process in that
- als Kieselsäureträger anstelle einer Alkalisilikatlösung ein nahezu salzfreies Kieselsäuresol benutzt wird/ welches auf dem Wege des Ionenaustausches aus Natronwasserglaslösung hergestellt wurde;- Is used as silica carrier instead of an alkali metal silicate solution, a nearly salt-free silica sol / which was prepared by way of ion exchange from sodium hydroxide solution;
- als Fällsalz abrauchbare Salzlösungen, beispielsweise Ammoniumchlorid eingesetzt werden, die durch Erhitzen aus dem Produkt entfernt werden können»- saline solutions which can be used as precipitation salt, for example ammonium chloride, which can be removed by heating from the product »
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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.The material contained in accordance with the DDR-PS 56 769 corresponds in quality to products of the type produced from Hatronwasserglas fillers, to which reference is also made in the description. Its use is limited to certain uses, such as for powdering.
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.Due to a lack of description of the time-dependent properties of the sol used and the precipitation process as the most important process stage, no product can be obtained according to the DDR PS 56 769, which comes close to the pyrogenic silicic acids in its performance properties.
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.The aim of the invention described below is a wet chemical method for producing a high-quality silica filler with high purity, which allows a significant increase in the quality over the prior art in the field of wet-chemical silicas by the choice of the parameters of the starting materials and by special reaction.
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.The use of almost salt-free silica sol as a silica carrier is an advance over the known processes that proceed directly from the Tatron water glass. As a result, the very complex Y / aschprozeß is bypassed.
Beim Einsatz dieses neuen Kieselsäureträgers sind jedoch einige für die Qualität der daraus hergestellten hochdispersen Kieselsäure wichtigen Besonderheiten zu beachten·When using this new silica carrier, however, some of the peculiarities peculiar to the quality of the fumed silica produced therefrom must be considered ·
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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.The silica sol prepared by ion exchange from water glass solution is a time-varying system, since the silica after release from the water glass by polycondensation constantly increases its molecular weight until the three-dimensional cross-linking uses the gelation.
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·For the achievement of optimum quality of fumed silica, therefore, the maintenance of a certain aging state of the silica sol is essential. In order to obtain the properties of the silica filler according to the invention, it is furthermore necessary to use such conditions during the precipitation process which suppress the gelation of the silica sol in order to obtain a very finely divided product. By matching the feed rate of the silica sol with the stirring intensity and in particular by observing the two different phases of the precipitation process, the silica added in the colloidal solution is precipitated immediately and the concentration of gellable silica in the colloidal state remains negligibly small. The complex washing process To circumvent, a thermally decomposable salt is known to be used for precipitation. The variety of salt, however, is subject to further conditions. The drying process is determined by the evaporation of water. In order to achieve an almost simultaneous removal of water and precipitated salt from the filter cake, the decomposition temperature of the precipitation salt must not exceed the boiling point of the Vfassers at the applied pressure for drying, as in a succession of the removal of water and precipitation salt hardening of the product occurs ·
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Die beschriebenen Nachteile der bisherigen Verfahren werden erfindungsgemäß dadurch überwunden, daßThe described disadvantages of the previous method are inventively overcome in that
- das entsprechend dem Stand der Technik hergestellte nahezu salzfreie Kieselsäuresol in einem bestimmten Alterungszustand zum Einsatz kommt;the virtually salt-free silica sol prepared according to the prior art is used in a certain state of aging;
- 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;- the precipitation process is carried out as a substantially quality-determining process step in a prescribed manner in two stages, taking into account the peculiarities of the transition of the silica from the colloid-dissolved to the filterable state;
- 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·in spite of the salt content, the drying temperatures, despite the salt content, are no higher than those of the drying of salt-free filter cakes, as a result of which the tendency to agglomerate is considerably suppressed,
- 6 Ausführung,3beispiele - 6 versions, 3 examples
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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:Example 1: In a stirred vessel with a volume of 250 liters, equipped with a high-speed stirrer and electric beakers, 72 l of an ammonium bicarbonate solution with a density of 1.070 g / cnr are introduced and stirred with high turbulence. Density: 100 1 instable sol of the parameters from a template 1.064 g / crn ^ werti pH 3.1 Temperature: 20 0 C and age: initiated 2 hours · as follows:
Bis 30 1 mit einer Geschwindigkeit von 60 l/h. danach mit einer Geschwindigkeit von 200 l/h.Up to 30 l at a speed of 60 l / h. afterwards with a speed of 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 %.After completion of the introduction is stirred for 10 minutes and then let settle. The suspension is decanted, then centrifuged and the filter cake dried at atmospheric pressure at 100 0 C. Milling is done on an air jet mill to a fineness of 90 % below 10 Jim. The fumed silica obtained in this way has a bulk density of 60 g / l and an oil adsorption by the method of Coleman and Gardner of 440%.
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Beispiel 2: Die wie unter Beispiel 1 hergestellteExample 2: The as prepared in Example 1
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·Silica suspension is boiled for 30 minutes at atmospheric pressure. Thereafter, the solid-liquid separation by decantation and centrifugation. Drying is carried out at a pressure of ρ = 200 Torr, and a heating jacket temperature of 120 0 C in a flask equipped with a stirrer, heated vacuum paddle dryer ·
Anschließend wird das Produkt auf derSubsequently, the product is on the
Strahlmühle auf,eine Feinheit von 90 % Jet mill on, a fineness of 90 %
unter 10 jam vermählen.mate under 10 jam.
Es wird ein Produkt mit folgenden WertenIt will be a product with the following values
erhalten:receive:
Schüttdichte: 50 g/lBulk density: 50 g / l
Ölaufnähme nach Coleman und Gardner: 480 %»Oil consumption according to Coleman and Gardner: 480% »
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DD160407A1 true DD160407A1 (en) | 1983-07-27 |
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