DE102004021515A1 - Production of hollow micro-spheres from boron silicate comprises use of solution of caustic soda and sodium silicate - Google Patents
Production of hollow micro-spheres from boron silicate comprises use of solution of caustic soda and sodium silicate Download PDFInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Mikrohohlkugeln aus Borsilikat mittels einer Lösung aus Na2O, SiO2 und B2O3 gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung Mikrohohlkugeln aus Borsilikat gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 9 und eine Lösung aus Na2O, SiO2 und B2O3 zur Herstellung von Mikrohohlkugeln gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 10.The invention relates to a method for producing hollow microspheres of borosilicate by means of a solution of Na 2 O, SiO 2 and B 2 O 3 according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to hollow microspheres of borosilicate according to the preamble of claim 9 and a solution from Na 2 O, SiO 2 and B 2 O 3 for the production of hollow microspheres according to the preamble of claim 10.
Aus
Derart hergestellte Mikrohohlkugeln müssen in Ihrer anfänglich bereits vorhandenen sphärischen Form durch den Verkleinerungsvorgang zerstört und mittels eines zusätzlichen Er wärmungsvorganges erneut hohlkugelartig ausgebildet werden.so produced hollow microspheres need in your initial already existing spherical shape destroyed by the reduction process and by means of an additional He warming up be formed again hollow spherical.
Die auf diese Weise hergestellten Mikrohohlkugeln weisen in der Regel einen relativ hohen pH – Wert auf, der bei bestimmten Verwendungen der derart hergestellten Mikrohohlkugeln aufgrund der damit einhergehenden geringen Hydrolysestabilität unerwünscht ist.The As a rule, hollow microspheres produced in this way exhibit a relatively high pH, in certain uses of the hollow microspheres thus produced is undesirable due to the associated low hydrolytic stability.
Demzufolge liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Mikrohohlkugeln zur Verfügung zu stellen, welches die Herstellung von Mikrohohlkugeln aus Borsilikat mit einem pH – Wert im Bereich von ca. 6 – 8 und mittels einer alternativen Lösungszusammensetzung auf einfache Weise ermöglicht. Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, derartige Mikrohohlkugeln und eine dafür erforderliche Lösung zur Verfügung zu stellen.As a result, The present invention is based on the object, a method for the production of hollow microspheres to provide, which the Preparation of hollow microspheres made of borosilicate with a pH value of Range of about 6 - 8 and by an alternative solution composition in a simple way. It is a further object of the invention, such hollow microspheres and one for that required solution to disposal to deliver.
Diese Aufgabe wird verfahrensseitig durch die Merkmale des Patentanspruches 1 und produktseitig durch die Merkmale der Ansprüche 9 und 10 gelöst.These Task is procedurally by the features of claim 1 and product side solved by the features of claims 9 and 10.
Ein wesentlicher Punkt der Erfindung liegt darin, dass bei einem Verfahren zur Herstellung von Mikrohohlkugeln aus Borsilikat mittels einer Lösung aus Na2O, SiO2 und B2O3 folgende Schritte durchgeführt werden:
- – Vermischen von Borsäure mit Natronlauge zu einer Natronlauge – Borsäure – Lösung;
- – Vermischen der Natronlauge – Borsäure – Lösung mit einer Natriumsilikatlösung zu der Lösung aus Na2O, SiO2 und B2O3;
- – Sprühtrocknen der Lösung in einem Sprühturm unter Bildung von Mikrohohlkugeln;
- – Vermischen der Mikrohohlkugeln mit einem sie umhüllendes Aluminiumsilikathydrat zu einem Endgemisch und
- – Erwärmen des Endgemisches auf eine Temperatur von mehr als 300°C über eine Zeit spanne von mehr als 0,1 Sekunden.
- - Mixing boric acid with sodium hydroxide solution to a sodium hydroxide - boric acid solution;
- - Mixing the sodium hydroxide - boric acid solution with a sodium silicate solution to the solution of Na 2 O, SiO 2 and B 2 O 3 ;
- Spray-drying the solution in a spray tower to form hollow microspheres;
- - Mixing the hollow microspheres with an enveloping aluminum silicate hydrate to a final mixture and
- - Heating the final mixture to a temperature of more than 300 ° C over a period of time of more than 0.1 seconds.
Somit wird auf einfache Weise eine alternative Lösungsherstellung zur Produktion von Mikrohohlkugeln aus Borsilikat erhalten. Durch die Verwendung von H3BO3 als Borsäure und NaOH als Natronlauge kann zudem eine kostengünstige Herstellung der Lösung ermöglicht werden. Ein hieraus resultierendes Lösungs – Mengenverhältnis von Na2O, SiO2 und B2O3 in einem Bereich von 1 : 1,0 : 0,44 bis 1 : 2,49 : 0,44, vorzugsweise von 1 : 2,1 : 0,44 ermöglicht die Bildung von Mikrohohlkugeln mittels des Erwärmungsvorganges mit einer Tempera tur über 300°C als Nachtemperierungsvorgang. Derartige Mikrohohlkugeln sind oleophil.Thus, an alternative solution preparation for the production of hollow microspheres of borosilicate is obtained in a simple manner. The use of H 3 BO 3 as boric acid and NaOH as sodium hydroxide solution also makes it possible to produce the solution cost-effectively. A resulting solution / ratio of Na 2 O, SiO 2 and B 2 O 3 in a range from 1: 1.0: 0.44 to 1: 2.49: 0.44, preferably from 1: 2.1: 0.44 allows the formation of hollow microspheres by means of the heating process with a temperature above 300 ° C as Nachtemperierungsvorgang. Such hollow microspheres are oleophilic.
Es hat sich herausgestellt, dass ein Nachtemperierungsvorgang der Mikrohohlkugeln alleine nicht ausreicht, um die gewünschte Hydrolysestabilität der Mikrohohlkugeln zu erreichen. Vielmehr ist hierzu das zusätzliche Hinzumischen eines Additivs, wie Kaolin, Talkum oder kalziniertes Kaolin erforderlich, bevor der Nachtemperierungsvorgang stattfindet. Erst durch eine derartige Hinzumischung des Additivs kann während des Nachtemperierungsvorganges eine merkliche Senkung des pH – Wertes, beispielsweise von 11 auf ca. 7, erreicht werden. Hierbei dient der ermittelte pH – Wert als Bewertungsgröße für die Hydrolysestabilität. Je näher der Neutralpunkt bzgl. des pH – Wertes erreicht ist, desto höher ist die Hydrolysestabilität des Endproduktes.It has been found that a Nachtemperierungsvorgang of the hollow microspheres alone is not sufficient to achieve the desired hydrolytic stability of the hollow microspheres. Rather, this is the additional addition of an additive, such as kaolin, talc or calcined kaolin required before the Nachtemperierungsvorgang takes place. Only by such a mixing in of the additive can a noticeable reduction in the pH, for example from 11 to about 7, be achieved during the overnight tempering process. In this case, the determined pH serves as an evaluation variable for the hydrolysis stability. The closer the neutral point with respect to the pH is reached, the higher the hydrolysis stability of the end product.
Derartige Additive werden anschließend vorzugsweise mit einem Aufschwimm- oder Windsichtungsvorgang von den eigentlichen Mikrohohlkugeln wieder getrennt, um für deren Weiterverarbeitung, beispielsweise in einem Polymer, keine unnötigen Zusatzstoffe vorliegen zu haben.such Additives are subsequently added preferably with a float or air sifting process of the actual hollow microspheres separated again, for their Further processing, for example in a polymer, no unnecessary additives to have available.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Lösungszusammensetzung und dem erfindungsgemäßen Ablauf der Verfahrensschritte sind Mikrohohlkugeln mit einem mittleren Durchmesser von 6 – 50 μm erhältlich, ohne das ein zusätzlicher Zerkleinerungsschritt – wie bisher – erforderlich ist.by virtue of the solution composition according to the invention and the sequence of the invention Process steps are hollow microspheres with a mean diameter from 6 to 50 μm available, without that an additional Crushing step - like so far - required is.
Das hinzugefügte Aluminiumsilikathydrat kann Kaolin mit einer Schüttdichte von 0,01 – 1 g/ml sein. Ein derartiges Kaolin wird mit den Mikrohohlkugeln vorzugsweise in einem Mischungsmengenverhältnis von Mikrohohlkugeln zu Kaolin von 1 : mindestens 0,001 Vol-% vermengt.The added Aluminum silicate hydrate can be kaolin with a bulk density of 0.01 - 1 g / ml be. Such a kaolin is preferred with the hollow microspheres in a mixing amount ratio from hollow microspheres to kaolin of 1: at least 0.001% by volume mixed.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further advantageous embodiments emerge from the dependent claims.
Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit dem aufgeführten Beispiel und der Zeichnung zu entnehmen.advantages and expediencies The invention is related to the following description with the listed Example and to take the drawing.
Beispielexample
Borsäure (H3BO3) wird mit Natronlauge (NaOH) gelöst. Anschließend wird diese Natronlauge-Borsäurelösung mit einer Natriumsilikatlösung vermischt. Die daraus erhaltene Lösung aus Na2O, SiO2 und B2O3 weist ein Verhältnis von 1 : 2,1 : 0,44 bezogen auf Na2O, SiO2 und B2O3 auf.Boric acid (H 3 BO 3 ) is dissolved with sodium hydroxide (NaOH). Subsequently, this sodium hydroxide-boric acid solution is mixed with a sodium silicate solution. The solution of Na 2 O, SiO 2 and B 2 O 3 obtained therefrom has a ratio of 1: 2.1: 0.44, based on Na 2 O, SiO 2 and B 2 O 3 .
Anschließend wird mittels eines Sprühtrocknungsvorganges in einer handelsüblichen Sprühkammer aus dieser Lösung eine Vielzahl von Mikrohohlkugeln gebildet. Diese Mikrohohlkugeln weisen als Ausgangsparameter folgende Werte auf:Subsequently, will by means of a spray-drying process in a commercial Spray chamber off this solution formed a plurality of hollow microspheres. These hollow microspheres have the following values as output parameters:
Tabelle 1 Table 1
Ein weiterer Zerkleinerungsvorgang findet nicht statt. Stattdessen werden die Mikrohohlkugeln in dieser sphärischen Form mit ihrer Korngröße nachtemperiert.One further comminution process does not take place. Instead, become the hollow microspheres are tempered in this spherical shape with their grain size at night.
Bei diesem Nachtemperierungsvorgang werden die Mikrohohlkugeln zunächst mit einem Aluminiumsilikathydrat, wie Kaolin, mit einer Schüttdichte von 0,01 – 1 g/ml trocken gemischt.at This Nachtemperierungsvorgang the hollow microspheres are initially with an aluminum silicate hydrate, such as kaolin, having a bulk density from 0.01 - 1 g / ml dry mixed.
Hierbei wird ein Mischungsverhältnis von 1 Volumenanteil an Mikrohohlkugeln zu mindestens 0,001 Volumenanteil an Kaolin verwendet. Diese Mischung wird ausreichend homogenisiert und schließlich bei einer Temperatur von mehr als 300°C über eine Zeitspanne von mindestens 0,1 Sekunden erhitzt.in this connection becomes a mixing ratio from 1 volume fraction of hollow microspheres to at least 0.001 volume fraction used on kaolin. This mixture is sufficiently homogenized and finally at a temperature of more than 300 ° C over a period of at least Heated for 0.1 seconds.
Bei einem derartigen Nachtemperierungsvorgang ändern sich die sphärische Form, die Korngröße und die Schüttdichte der Mikrohohlkugeln nicht. Als Ergebnis des Nachtemperierungsvorganges werden Mikrohohlkugeln erhalten, die bei einem Vermischungsvorgang mit Wasser einen deutlich geringeren alkalischen pH – Wert aufzeigen als vor dem Nachtemperierungsvorgang. Beispielsweise weisen die Mikrohohlkugeln vorher einen pH – Wert von 11 und nachher einen pH – Wert von ca. 7, vorzugsweise 6,8 auf.at such a Nachtemperierungsvorgang change the spherical shape, the grain size and the bulk density the hollow microspheres not. As a result of the Nachtemperierungsvorganges Micro hollow balls are obtained in a mixing process show a significantly lower alkaline pH with water as before the Nachtemperierungsvorgang. For example, the Micro hollow spheres before a pH value of 11 and afterwards one PH value of about 7, preferably 6.8.
Anhand der nachfolgenden Tabelle 2 wird gezeigt, welche Auswirkungen das Anwenden verschiedener Temperaturen während des Nachtemperierungsvorganges auf den pH – Wert der Mikrohohlkugeln und ihren Zustand haben.The following table 2 shows the effects of the application Temperatures during the Nachtemperierungsvorganges on the pH of the hollow microspheres and have their state.
Tabelle 2 Table 2
Bei der in Tabelle 2 aufgeführten Versuchsreihe wurden Mikrohohlkugeln ohne Zusatz von Additiven, wie Aluminiumsilikathydrat, verwendet. Der Tabelle 2 ist deutlich zu entnehmen, dass zwar eine gewisse pH – Wert – Reduzierung allein durch den Nachtemperierungsvorgang erhalten werden kann, jedoch nur bis zu einem minimalen pH – Wert von 10,7. Zudem treten hierbei bei den Mikrohohlkugeln Zustandsveränderungen, wie geringes Agglomerieren, stärkeres Agglomerieren und Sinterungszustände auf. Demzufolge reicht ein Nachtemperierungsvorgang alleine nicht aus, um eine gewünschte Hydrolysestabilität der Mikrohohlkugeln bei gleichzeitigem Aufrechterhalten der gewünschten Mikrohohlkugel – Struktur zu erhalten.at those listed in Table 2 Experimental series were hollow microspheres without the addition of additives, such as Aluminum silicate hydrate used. Table 2 is clearly too It can be seen that although a certain pH - reduction alone by the Nachtemperierungsvorgang can be obtained, but only until to a minimum pH from 10,7. In addition, in the case of hollow microspheres, state changes occur, such as low agglomeration, stronger Agglomeration and sintering conditions on. Consequently, a Nachtemperierungsvorgang alone is not enough off to a desired one hydrolytic stability the hollow microspheres while maintaining the desired Micro hollow sphere - structure to obtain.
Der nachfolgenden Tabelle 3 ist eine Versuchsreihe zu entnehmen, bei der Mikrohohlkugeln unter Zusatz von Additiven, wie Kaolin, Talkum oder kalziniertem Kaolin, nachtemperiert werden, um einen gewünschten pH – Wert zu erhalten.Of the Table 3 below shows a series of experiments, in the hollow microspheres with the addition of additives such as kaolin, talc or calcined kaolin, be tempered at a desired temperature PH value to obtain.
Tabelle 3 Table 3
Dieser Tabelle 3 ist zu entnehmen, dass in Abhängigkeit von der Verwendung verschiedener Additive und verschiedener Mengenverhältnisse von Mikrohohlkugeln zu Additiven eine pH – Wert – Reduzierung bis auf 6,8 möglich ist.This Table 3 shows that, depending on the use of various additives and various ratios of hollow microspheres to additives a pH - reduction up to 6.8 is possible.
Vorteilhaft kann nach dem Nachtemperierungsvorgang ein Trennungsvorgang von Mikrohohlkugeln und Additiv durchgeführt werden. Dies kann beispielsweise durch Aufschwimmen oder durch Windsichtung erfolgen.Advantageous can after the Nachtemperierungsvorgang a separation process of Micro hollow spheres and additive are performed. This can be, for example by floating or by air sifting done.
Die nachfolgende Tabelle 4 zeigt Spezifikationsdaten der eingesetzten Additive.The Table 4 below shows specification data of the used Additives.
Tabelle 4 Table 4
Den
Der nachfolgenden Tabelle 5 und Tabelle 6 sind Versuchsreihen zu entnehmen, welche die Hydrolysestabilität der erfindungsgemäß hergestellten Mikrohohlkugeln bei Langzeitmessungen wiedergibt.Of the Table 5 and Table 6 below show test series. which the hydrolysis stability the invention produced Microbubbles in long-term measurements reflects.
Tabelle 5 Table 5
Tabelle 6 Table 6
Der Tabelle 5 ist deutlich zu entnehmen, dass eine nach 7 Tagen durchgeführte Messung einzelner in Tabelle 3 aufgeführter Mikrohohlkugel – Zusammensetzungen als Ergebnis eine nur geringfügige Erhöhung des pH – Wertes ergaben. Zudem ist zu beobachten, dass der Trennungsvorgang zum gewünschten Aufschwimmen der Mikrohohlkugeln geführt hat. Gemäß Tabelle 6 wurde die Messung nach 30 Tagen wiederholt. Dieser Tabelle ist deutlich zu entnehmen, dass insbesondere bei der Verwendung von Kaolin als Additiv eine Langzeit – Hydrolysestabilität der Mikrohohlkugeln vorhanden ist, da diese eine nur geringe Erhöhung des pH-Wertes aufweisen. Demzufolge kann die Hydrolysestabilität der erfindungsgemäß hergestellten Mikrohohlkugeln, gemessen als pH – Wert, auch über einen längeren Zeitraum stabil gehalten werden. Die gewünschte Struktur der Mikrohohlkugel bleibt hierbei erhalten.Of the Table 5 clearly shows that a measurement made after 7 days individual listed in Table 3 Micro hollow sphere - compositions as a result, only a minor one Increase of pH value revealed. In addition, it can be observed that the separation process for desired Floating the hollow microspheres has led. According to table 6, the measurement was repeated after 30 days. This table is to see clearly that, especially when using Kaolin as an additive a long-term hydrolysis stability of the hollow microspheres is present, since these have only a slight increase in the pH. Accordingly, the hydrolytic stability of the inventively prepared Hollow microspheres, measured as pH, also over one longer Period are kept stable. The desired structure of the hollow microsphere remains hereby.
Selbstverständlich kann zur Trennung des Additivs von den Mikrohohlkugeln neben dem in den Tabellen aufgezeigten Aufschwimmverfahren jedes andere bekannte Trennverfahren verwendet werden.Of course you can for the separation of the additive from the hollow microspheres next to the in the Tables indicated floating method any other known Separation method can be used.
Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.All Features disclosed in the application documents are considered to be essential to the invention as long as they are individually or in combination with respect to State of the art are new.
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