DE102008054592A1

DE102008054592A1 - Pyrogene Kieselsäure hergestellt in einer Produktions-Anlage mit kleiner Kapazität

Info

Publication number: DE102008054592A1
Application number: DE200810054592
Authority: DE
Inventors: Herbert Dr. Barthel
Original assignee: Wacker Chemie AG
Current assignee: Wacker Chemie AG
Priority date: 2008-12-12
Filing date: 2008-12-12
Publication date: 2010-06-17
Also published as: WO2010066828A1; KR20110106364A; EP2361149A1; CN102245291A; KR101329381B1; JP2012511416A; US20110256030A1; US9139444B2

Abstract

Flammenreaktor, dadurch gekennzeichnet, dass der Flammenreaktor eine Reaktorkammer mit einem Volumen von 1 mbis 10 m, eine Höhe von 1 m bis 10 m und eine Reaktordüse zur Zuführung der Reaktanten aufweist.

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von pyrogener Kieselsäure.
Stand der Technik
Pyrogene Metalloxide, wie beispielsweise pyrogene Kieselsäure, werden erhalten durch Hochtemperaturhydrolyse von Halogensiliziumverbindungen in einer Wasserstoff-Sauerstoff-Flamme, wie z. B. beschrieben in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry (Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 20 Sauerstoff).
Für viele Anwendungen ist neben der intrinsischen Qualität vor allem auch die Reinheit der Kieselsäure von hoher Bedeutung. Dies trifft vor allem für den Einsatz der pyrogenen Kieselsäure in Anwendungen der Industrie der Oberflächenbeschichtungen, in Anwendungen für Dichtstoffe wie zum Beispiel in unter Feuchtigkeitseinfluss bei Raumtemperatur vernetzenden Silicondichtstoffen und Polyurethandichstoffen, und für den Einsatz als Verbrauchsgut in der Fertigung von elektronischen Halbleiter-Bauteilen wie Prozessoren, Speichern, Kontrollern und integrierten Bauteilen zu.
Ein bekanntes Problem ist zum Beispiel mangelnde Dispergierbarkeit der pyrogenen Kieselsäure in Siliconmassen, wie Silicondichtstoffen und in Polyalkylenoxidhaltigen Dichtstoffen wie Polyurethanen.
Ein anderes oft beschriebenes Problem sind Defekte durch Kratzer die beim Einsatz von Kieselsäure in Anwendungen des chemisch-mechanischen Polierens und Planarisieren von Elektronikbauteilen auf Halbleiteroberflächen und Wafern auftritt.
Für die Herstellung von Kieselsäure in einer großen Produktionsanlage gibt es Einschränkungen in der Erreichung der gewünschten Produktqualität.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer pyrogenen Kieselsäure und eine pyrogene Kieselsäure zur Verfügung zu stellen, die eine hohe Qualität aufweist.
Gegenstand der Erfindung ist ein Flammenreaktor, dadurch gekennzeichnet, dass der Flammenreaktor eine Reaktorkammer mit einem Volumen von 1 m³ bis 10 m³, eine Höhe von 1 m bis 10 m und eine Reaktordüse zur Zuführung der Reaktanten aufweist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung von pyrogener Kieselsäure weist einen Reaktor, eine Zufuhrvorrichtung für die Reaktionsgase, eine Mischeinrichtung für die Reaktionsgase, eine Reaktordüse weitere Zufuhrvorrichtungen zur Zufuhr von Luft auf.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung von pyrogener Kieselsäure weist vorzugsweise folgende Einheiten auf: (a) Silanbereitstellung, Silanverdampfer, wahlweise Gasmischsysteme, wahlweise Luftaufbereitung, (b) Reaktor, (c) Energierückgewinnung und Kühlung, (d) wahlweise Vor-Abtrennung der Kieselsäure SiO₂ durch bevorzugt einen, oder mehrere, Zyklone, (e) Abtrennung der Kieselsäure SiO₂ durch vorzugsweise Filter, bevorzugt Gewebefilter, besonders bevorzugt Oberflächenfilter, (f) Reinigung der Kieselsäure von letzten Spuren Chlorwasserstoff HCl in einem Trockner, bevorzugt einem rotierenden Trommeltrockner, bevorzugt mit Einbauten, die bevorzugt eine kombinierte Radial und Vertikalbewegung erzielen, oder bevorzugt in einem Wirbelbett, oder einem Fließbett, bevorzugt unter Zuführung von Gasen wie Luft oder Stickstoff oder Inertgas, bevorzugt bei Temperaturen größer 100°C, besonders bevorzugt größer 300°C, ganz besonders bevorzugt größer 500°C, mit einer Leerrohgasgeschwindigkeit von 0,1–100 cm/s, besonders bevorzugt 1–10 cm/s, und (g) bevorzugt Homogenisierung zum Beispiel durch Mischung und Fluidisierung in einem Silo einer bestimmten definierten Menge von Kieselsäure zu einer homogenen Charge, z. B. 1–20 to, bevorzugt 5–15 to, (h) Lagerung in Silos und (i) gegebenenfalls Verdichtung, zum Bespiel mit Walzenverdichtern, Schneckenverdichtern, Kolbenverdichtern, bevorzugt Walzenverdichter, (j) Abfüllung in Gebinde, beispielsweise in 5–20 kg Säcke, in Big Bags von 50–500 kg, oder in Großgebinden wie Silowagen, Silotainer von 500–5000 kg Inhalt.
Bevorzugt ist eine Vorrichtung zur Herstellung von pyrogener Kieselsäure, wobei diese Vorrichtung zumindest an einem anderen Ort als der Reaktordüse in der Reaktorkammer eine Zuführvorrichtung für ein Brenngas aufweist.
Bevorzugt hat der Flammenreaktor, eine Höhe von 1 bis 10 m, bevorzugt 3 bis 6 m, besonders bevorzugt von 4 bis 5 m und eine Länge des Reaktionsraum von 0,7 bis 9 m, bevorzugt von 2 bis 5 m, besonders bevorzugt von 3,5 bis 4,5 m.
Bevorzugt hat der Flammenreaktor eine Querschnittsfläche von 0,1 m² bis 1 m², besonders bevorzugt 0,2 m² bis 0,9 m², besonders bevorzugt von 0,35 m² bis 0,75 m².
Bevorzugt hat der Flammenreaktor ein Volumen von 1 m³ bis 10 m³, besonders bevorzugt 0,5 m³ bis 7 m³, besonders bevorzugt von 1,5 m³ bis 4 m³.
Bevorzugt hat der Flammenreaktor ein Verhältnis von Volumen zu Höhe von 0,1 m² bis 1 m², besonders bevorzugt 0,2 m² bis 0,9 m², besonders bevorzugt von 0,35 m² bis 0,75 m².
Die Ausrichtung der Flamme kann waagrecht oder senkrecht sein oder in einen beliebigen Winkel gegen die Senkrechte einnehmen. Die Richtung der Flamme kann von unten nach oben oder von oben nach unten sein. Die Richtung von oben nach unten ist bevorzugt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Reaktorkammer offen, und steht im offenen Austausch mit dem atmosphärischen Druck. Dies kann bedeuten, dass der Reaktor im Freien steht oder in einer Halle die offen zur Atmosphäre ist.
Bevorzugt hat die Reaktorkammer am Kopf einen Durchmesser von 0,1 bis 1,0 m, besonders bevorzugt 0,2 bis 0,5 m. Bevorzugt weist die Reaktionsdüse einen kreisförmigen Querschnitt auf.
Bevorzugt hat die Reaktorkammer einen kreisförmigen Querschnitt.
Bevorzugt hat die Reaktorkammer einen um 1%, besonders bevorzugt um 10%, im Besonderen bevorzugt um 50% weiteren Durchmesser als der Durchmesser der Reaktorkammer am Reaktorkopf.
Bevorzugt ist die Reaktordüse 0,05 bis 0,25 m, besonders bevorzugt 0,05 bis 0,15 m, ganz besonders bevorzugt 0,1 bis 0,15 m im Durchmesser.
Bevorzugt ist die Austrittsfläche der Reaktordüse 0,001 m² bis 0,1 m², besonders bevorzugt 0,002 m² bis 0,05 m², ganz besonders bevorzugt 0,0075 m² bis 0,015 m² groß.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von pyrogener Kieselsäure, wobei in einem Reaktor Silizium-haltige Reaktionsgase in einer Flamme zur Reaktion gebracht werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an organischen Nichtsiliziumverbindungen in dem Reaktionsgas kleiner als 5 Mol% ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von pyrogener Kieselsäure, wobei in einem Reaktor Silizium-haltige Reaktionsgase zu einer Menge von vorzugsweise 10 bis 500 kg/h, bevorzugt 50 bis 350 kg/h, besonders bevorzugt 100 bis 300 kg/h Siliciumdioxid, entsprechend 100 bis 5000 Tonnen pro Kalenderjahr, bevorzugt 250 bis 4000 Tonnen pro Kalenderjahr, besonders bevorzugt 500 bis 3000 Tonnen pro Kalenderjahr, ganz besonders bevorzugt 500 bis 1000 Tonnen pro Kalenderjahr, umgesetzt werden. Hierzu werden die Reaktionsgase zugeführt, die folgende Zusammensetzung umfassen: dampf- oder gasförmige Siliciumverbindungen in einer Menge von vorzugsweise 1000 bis 10000 Mole pro Stunde, bevorzugt 2000 bis 8000 Mole pro Stunde, besonders bevorzugt 3000 bis 6000 Mole pro Stunde, bzw. 100 bis 2000 kg/h, bevorzugt 20 bis 1000 kg/h, besonders bevorzugt 100 bis 500 kg/h, wobei die Düsenaustritts-Gasgeschwindigkeit oder Gasgeschwindigkeit der eingesetzten Gase, an der Reaktordüse, bezogen auf Normvolumina, zwischen 10 und 100 m/s liegt, bevorzugt zwischen 200 und 80 m/s, besonders bevorzugt zwischen 40 und 70 m/s liegt, und die Gasgeschwindigkeit über den Düsenquerschnitt radial, bevorzugt homogen, verteilt wird, und über den Reaktorquerschnitt radial, bevorzugt homogen, verteilt wird, in einer Flamme zur Reaktion gebracht werden.
Vorzugsweise ist die Kapazität einer Produktionsanlage nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kleiner als 5000 Tonnen, besonders bevorzugt kleiner 4000 Tonnen, ganz besonders bevorzugt kleiner 3000 Tonnen, im Besonderen bevorzugt kleiner 1000 Tonnen pyrogene Kieselsäure, bezogen auf ein Kalenderjahr. Ein Kalenderjahr soll dabei bezogen sein auf 7884 Stunden Produktionszeit, bei 85% zeitlicher Verfügbarkeit. 365 d·24 h/d·0,85 = 7884 h
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die pyrogene Kieselsäure in einem einzelnen Reaktor mit einer Kapazität von kleiner als 500 kg/h, besonders bevorzugt kleiner 400 kg/h, im Besonderen bevorzugt kleiner 250 kg/h, ganz besonders bevorzugt kleiner 100 kg/h hergestellt.
Bei den Reaktionsgasen handelt es sich vorzugsweise um Sauerstoff, also um zum Beispiel Luft, die frisch oder getrocknet sein kann, um ein Brenngas, zum Beispiel Wasserstoff, einen dampfförmigen Kohlenwasserstoff (gesättigt oder ungesättigt, also Doppel- und/oder Dreifachbindungen enthaltend), wie Methan, Ethan, iso-Propan, n-Propan, Iso-Butane, n-Butan, Ethen, Ethin, Propen, iso-Guten und n-Buten, und andere höhere iso-, oder n- oder neo-Alkane, -Alkene und -Alkine, niedere Alkohole, wie Methanol, Ethanol, Propanol, wobei Methan bevorzugt ist, oder dessen Mischungen, wobei ein Brenngas enthaltend größer 90 Vol.% Wasserstoff bevorzugt ist, und wobei als ein zweites zusätzliches Brenngas enthaltend größer 1 Vol.% Erdgas, enthaltend größer 90 Vol.% Methan, bevorzugt ist, und Silan, enthaltend mindestens eine dampfförmige Silicium-haltige Verbindung, wie R_xH_ySi_aX_zY_b mit
R Alkylrest mit 1 bis 8 C-Atome, bevorzugt Methylrest,
H ist Wasserstoff,
X ist ein Halogen oder eine Alkoxygruppe OR, bevorzugt OCH₃,
Y ist Sauerstoff.
und a > 0 und eine ganze Zahl ist.
Wenn a = 1, dann ist b = 0, und dann ist x + y + z = 4; bevorzugte Beispiele sind: X ist Chlor und x = 1 oder y = 1 und z = 3, besonders bevorzugt ist X gleich Chlor und ist z = 4.
Wenn a = 2, dann ist x + y + z = 6 und b ist 0 oder 1.
a ist bevorzugt 1 bis 5, besonders bevorzugt 1.
Des Weiteren können weitere Dämpfe oder Gase, bevorzugt kleiner 10 Vol.%, die die Reaktion nicht stören wie N₂, Ar, He, CO₂, enthalten sein.
Bevorzugt werden die Reaktionsgase vor der Reaktion vorgemischt.
Hierzu finden bevorzugt kontinuierliche Gasmischer wie zum Beispiel bevorzugt Statikmischer Verwendung.
Der Anteil von gasförmigen oder dampfförmigen oder flüchtigen Silicium-haltigen Verbindungen in dem Reaktionsgas, das der Reaktion zugeführt wird, ist dabei vorzugsweise 1 Mol.% bis 20 Mol.%, bevorzugt 1 Mol.% bis 10 Mol.%, besonders bevorzugt 4 Mol.% bis 6 Mol.%.
Der Gehalt an organischen Nichtsiliziumverbindungen in dem Reaktionsgas ist vorzugsweise kleiner als 5 Mol%, bevorzugt kleiner 3 Mol.%, besonders bevorzugt kleiner als 2 Mol.%, ganz besonders bevorzugt kleiner 1 Mol.%.
Der Gehalt an anorganischen Nichtsiliziumverbindungen in dem Reaktionsgas ist vorzugsweise kleiner als 1 Gew.-%, bevorzugt kleiner 10 ppm, besonders bevorzugt kleiner als 500 ppb, ganz besonders bevorzugt kleiner 5 ppb.
Der Gehalt an Borverbindungen in den Reaktionsgasen ist vorzugsweise kleiner als 100 ppm, bevorzugt kleiner 50 ppm, besonders bevorzugt kleiner 10 ppm, bezogen auf Bor.
Der Gehalt an Germaniumverbindungen in den Reaktionsgasen ist vorzugsweise kleiner als 100 ppm, bevorzugt kleiner 50 ppm, besonders bevorzugt kleiner 10 ppm, bezogen auf Germanium.
Der Gehalt an Titanverbindungen in den Reaktionsgasen ist vorzugsweise kleiner als 100 ppm, bevorzugt kleiner 50 ppm, besonders bevorzugt kleiner 10 ppm, bezogen auf Titan.
Der Gehalt an Eisenverbindungen in den Reaktionsgasen ist vorzugsweise kleiner als 100 ppm, bevorzugt kleiner 50 ppm, besonders bevorzugt kleiner 10 ppm, bezogen auf Eisen.
Der Gehalt an Aluminiumverbindungen in den Reaktionsgasen ist vorzugsweise kleiner als 100 ppm, bevorzugt kleiner 50 ppm, besonders bevorzugt kleiner 10 ppm, bezogen auf Aluminium.
Der Gehalt an Zinnverbindungen in den Reaktionsgasen ist vorzugsweise kleiner als 100 ppm, bevorzugt kleiner 50 ppm, besonders bevorzugt kleiner 10 ppm, bezogen auf Zinn.
Der Gehalt an Arsenverbindungen in den Reaktionsgasen ist vorzugsweise kleiner als 100 ppm, bevorzugt kleiner 50 ppm, besonders bevorzugt kleiner 10 ppm, bezogen auf Arsen.
Der Gehalt an Schwefelverbindungen in den Reaktionsgasen ist vorzugsweise kleiner als 1000 ppm, bevorzugt kleiner 500 ppm, besonders bevorzugt kleiner 100 ppm, bezogen auf Schwefel.
Der Gehalt an Phosphorverbindungen in den Reaktionsgasen ist vorzugsweise kleiner als 1000 ppm, bevorzugt kleiner 500 ppm, besonders bevorzugt kleiner 100 ppm, bezogen auf Phospor.
Der Anteil von Sauerstoff in dem Reaktionsgas, das der Reaktion zugeführt wird, ist dabei vorzugsweise 10 Mol.% bis 50 Mol.%, bevorzugt 15 Mol.% bis 30 Mol.%, besonders bevorzugt 16 Mol.% bis 21 Mol.%.
Der Anteil von Brenngas in dem Reaktionsgas, das der Reaktion zugeführt wird ist, dabei vorzugsweise 1 Mol.% bis 25 Mol.%, bevorzugt 5 Mol.% bis 15 Mol.%, besonders bevorzugt 4 Mol.% bis 13 Mol.%, ganz besonders bevorzugt 5 Mol.% bis 8 Mol.%.
Die Reaktionsgase, enthaltend zumindest eine, vorzugsweise gasförmige oder dampfförmige, Siliciumverbindung oder ein Gemisch von Siliciumverbindungen, werden in einer Menge von vorzugsweise 100 bis 5000 Nm³/h bevorzugt 500 bis 4000 Nm³/h besonders bevorzugt 1000–3000 Nm³/h in die Reaktionskammer oder Flamme eingeführt.
Die Reaktionsgase enthalten bevorzugt Wasserstoff als Brenngas, bevorzugt in Mengen von 4 bis 15 Mol.%, bevorzugt 4–10 Mol.%.
Bevorzugt tritt in der Reaktorkammer Rückströmung der Reaktionsgase unter 50 Vol.%, besonders bevorzugt unter 10 Vol.%, ganz besonders bevorzugt unter 1 Vol.%, im Besonderen bevorzugt unter 0,1 Vol.% der Gesamtgase auf. Hervorgehoben bevorzugt tritt keine messbare Rückströmung auf
Bevorzugt ist die Gasaustrittsgeschwindigkeit an der Düse möglichst niedrig.
Bevorzugt ist die Gasgeschwindigkeit in der Reaktorkammer möglichst niedrig.
Vorzugsweise erfolgt die Zugabe der Reaktionsgase als Dampf oder als Gas.
Vorzugsweise werden die Reaktionsgase vor Eintritt in den Reaktor vorgemischt, bevorzugt homogen vorgemischt. Bevorzugt werden die Reaktionsgase im Gasstrom, der in die Düse in den Reaktor eingebracht wird, vorgemischt, insbesondere intensiv vorgemischt.
In einer bevorzugten Ausführung werden die heißen Prozessgase im Reaktor durch Zufügen von heißem, bevorzugt leicht überhitztem, Wasserdampf, der bevorzugt mit Luft, bevorzugt heißer Luft, verdünnt ist, gequenscht, das heißt die Reaktion wird mit Wasser moderiert oder gestoppt.
Beispiele für die Siliciumverbindungen sind vorzugsweise Siliciumtetrachlorid, Wasserstoffsiliciumtrichlorid, Methylsiliciumtrichlorid, und deren Mischungen. Bevorzugt, aus Gründen der Wirtschaftlichkeit und der Qualität, sind Mischungen, die als Hauptbestandteil Siliciumtetrachlorid enthalten.
Bevorzugt stammt das Silan aus Prozessen, die der Herstellung von amorphen, polykristallinen oder monokrystallinen Siliciummetall dienen, wie zum Beispiel Silicium für die Elektronik- oder die Halbleiter- oder die Photovoltaik-Industrie.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung stammt das Silan vorzugsweise aus Prozessen, die der Herstellung von Methylchlorsilanen zum Beispiel als Rohstoff zur Herstellung von Siliconen wie Siliconölen, wie Polydimethylsiloxanen, oder Siliconkautschuken, wie vernetzten Polydimethylsiloxanen, oder Siliconharzen dienen, zum Beispiel für die Bauindustrie, die Industrie der Beschichtungsstoffe, oder die Automobilindutrie.
Die Siliciumverbindungen oder ihre Gemische können auf Grund ihres Herstellungsverfahrens gasförmige, dampfförmige oder verdampfbare und flüchtige Verunreinigungen enthalten, wie Methan, Ethan, iso-Propan, n-Propan, iso-Sutane, n-Butan, Ethen, Ethin, Propen, iso-Guten und n-Buten, und andere höhere iso-, oder n- oder neo-Alkane, -Alkene und Alkine, niedere Alkohole, wie Methanol, Ethanol, Propanol, oder deren Mischungen, oder Alkyl-, gegebenenfalls Halogen-alkyl, wie Chloralkyl-substituierte gasförmige, dampfförmige oder verdampfbare Organosiliciumverbindungen, oder Wasserstoff oder Stickstoff oder Argon oder Erdgas oder Kohlenoxide, wie Kohlenmonoxid oder Kohlendioxid.
In einer bevorzugten Ausführung kann dies Siliciumtetrachlorid aus der Disproportionierung und Umsetzung von Wasserstoffsiliciumtrichlorid bei Temperaturen größer 500°C, bevorzugt größer 700°C, besonders bevorzugt größer 850°C, unter Bildung von Siliciumtetrachlorid, Silizium-Metall und Wasserstoff, sein. Das Siliciumtetrachlorid kann destillativ abgetrennt und gereinigt werden.
In einer aus technischen und wirtschaftlichen Gründen oder auch Gründen der Produktqualität bevorzugten Ausführung hat die Silicium-haltige Verbindung, oder deren Mischungen, oder das Silan, einen Gehalt von größer 10 Vol.% Siliciumtetrachlorid, besonders bevorzugt größer 90 Vol.% Siliciumtetrachlorid; besonders bevorzugt größer 95 Vol.% Siliciumtetrachlorid, ganz besonders bevorzugt größer 99% Vol.% Siliciumtetrachlorid, wobei der Rest-Anteil in der Mischung Wasserstoffsiliciumtrichlorid und Diwasserstoffsiliciumdichlorid sein kann.
In einer anderen, aus wirtschaftlichen Gründen, bevorzugten Ausführung, die auf dem Vorhandensein von großen Mengen Methylsiliciumtrichlorid beruhen kann, ist Methylsiliciumtrichlorid bevorzugt, insbesondere bevorzugt in Konzentrationen größer 10 Mol.%.
In einer anderen, aus wirtschaftlichen Gründen, bevorzugten Ausführung, die auf dem Vorhandensein von großen Mengen Wasserstoffsiliciumtrichlorid beruhen kann, ist Wasserstoffsiliciumtrichlorid bevorzugt.
In einer anderen, aus wirtschaftlichen Gründen, bevorzugten Ausführung, sind Mischungen aus Siliciumtetrachlorid und Wasserstoffsiliciumtrichlorid bevorzugt.
In einer anderen, aus wirtschaftlichen Gründen, bevorzugten Ausführung, sind Mischungen aus Siliciumtetrachlorid, Methylsiliciumtrichlorid und Wasserstoffsiliciumtrichlorid bevorzugt.
In einer besonders bevorzugten Ausführung werden Mischungen, die vorzugsweise kleiner oder gleich 80 Mol.% Wasserstoffsiliciumtrichlorid, ganz besonders bevorzugt kleiner oder gleich 20 Mol.% Wasserstoffsiliciumtrichlorid enthalten, im Besonderen bevorzugt kleiner 10 Mol.% Wasserstoffsiliciumtrichlorid enthalten, eingesetzt.
In einer anderen bevorzugten Ausführung werden Mischungen die 30 Mol.% Wasserstoffsiliciumtrichlorid enthalten, eingesetzt.
In einer anderen besonders bevorzugten Ausführung werden Mischungen die mehr als 10 Mol.% Methylsiliciumtrichlorid, ganz besonders bevorzugt mehr als 20 Mol.% Methylsiliciumtrichlorid, im Besonderen bevorzugt mehr als 50 Mol.% Methylsiliciumtrichlorid enthalten, eingesetzt.
In einer anderen bevorzugten Ausführung werden Mischungen die größer als 40 Mol.% Methylsiliciumtrichlorid, ganz besonders bevorzugt 45 Mol.% Methylsiliciumtrichlorid enthalten, eingesetzt. Bevorzugt enthalten diese Mischungen dann kleiner 20 Mol.%, bevorzugt kleiner 10 Mol.%, besonders bevorzugt kleiner 5 Mol.% Kohlenstoff-haltige Siliciumverbindungen, die nicht Methylsiliciumtrichlorid sind, sowie kleiner 20 Mol.%, bevorzugt kleiner 10 Mol.%, besonders bevorzugt kleiner 5 Mol.% Wasserstoff-haltige Siliciumverbindungen sowie kleiner 5 Mol.% nicht Silicium-haltige, gegebenenfalls substituierte, Kohlenwasserstoffe.
In einer anderen bevorzugten Ausführung werden Mischungen die größer als 40 Mol.% Siliciumtetrachlorid, ganz besonders bevorzugt 45 Mol.% Siliciumtetrachlorid enthalten, eingesetzt. Bevorzugt enthalten diese Mischungen dann kleiner 20 Mol.%, bevorzugt kleiner 10 Mol.%, besonders bevorzugt kleiner 5 Mol.% Kohlenstoff-haltige Siliciumverbindungen sowie kleiner 20 Mol.%, bevorzugt kleiner 10 Mol.%, besonders bevorzugt kleiner 5 Mol.% Wasserstoff-haltige Siliciumverbindungen sowie kleiner 5 Mol.% nicht Silicium-haltige, gegebenenfalls substituierte, Kohlenwasserstoffe.
In einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführung wird ein Gasgemisch mit einer Dosierung von 500 bis 5000 Nm³/hm, bevorzugt 750 bis 3000 Nm³/h, besonders bevorzugt 1000 bis 2500 Nm³/h, das bevorzugt 0,1–100 Mol.%, besonders bevorzugt 150 Mol.%, besonders bevorzugt 1–5 Mol.% Tetrachlorsilan, 0–100 Mol.%, besonders bevorzugt 1–5 Mol.% Methyltrichlorsilan, 1–20 Mol.%, bevorzugt 2,5–15 Mol.% Wasserstoff, 0,001 bis 15 Mol.%, bevorzugt 1–10 Mol.% Kohlendioxid, 10–30 Mol.%, bevorzugt 15 – 25 Mol.% Sauerstoff, 50–100 Mol.%, bevorzugt 65–75 Mol.% Stickstoff, 0–50 Mol.% besonders bevorzugt 0,1–10 Mol.%, ganz besonders bevorzugt 0,5–5 Mol.% Hydrogenmethyldichlorsilan, 0,001–100 Mol.%, besonders bevorzugt 0,1–10 Mol.% Hydrogentrichlorsilan, 0–50 Mol.%, besonders bevorzugt 0,1–10 Mol.% Tetramethylsilan, 0–50 Mol.%, besonders bevorzugt 0,1–10 Mol.% Trimethylchlorsilan und 0–20 Mol.%, besonders bevorzugt 0,5–10 Mol.% Gemische aus Alkan, Alken oder Halogenalkyl, also zum Beispiel Gemische aus Propanen, Butanen und Pentanen, aus Propenen, Butenen und Pentenen sowie aus Chlorpropanen, Chlorbutanen und Chlorpentanen und das aus einer Düse mit einer Gasgeschwindigkeit von 10 bis 100 m/s, besonders bevorzugt 30–70 m/s am Kopf einer Brennkammer über eine Düse in eine Brennerkammer eintritt, wobei die Brennkammer ein Volumen von 1–10 m³, besonders bevorzugt 2,5–5 m³ hat, und ein Verhältnis Volumen zu Höhe von 0,1–1 m², besonders bevorzugt 0,25–0,75 m² und eine Querschnittsfläche von 0,1–1 m², besonders bevorzugt 0,25–0,75 m² aufweist, in der Brennkammer bei 1000°C bis 2000°C zur Reaktion gebracht.
Vorzugsweise wird der Sauerstoff für den Einsatz im Reaktor aus der Luft aus der umgebenden Atmosphäre entnommen. Das heißt dem Reaktor wird bevorzugt Luft zugeführt. Der Sauerstoff O₂ in der Luft kann angereichert sein auf größer 20 Vol.%, zum Beispiel durch Zusatz von reinem Sauerstoff O₂ oder durch Zusatz von Luft, die größer 20 Vol.% Sauerstoff O₂ enthält.
Die Luft kann als solche eingesetzt werden, oder kann durch Kondensation und/oder Absorption des Wassers bei kleiner 0°C, bevorzugt bei Temperaturen von kleiner –10°, besonders bevorzugt bei Temperaturen von kleiner –20°C, vorgetrocknet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung von pyrogener Kieselsäure kann über eine weitere Reaktordüse, die die Reaktordüse, aus der die Reaktionsgase austreten, ringförmig umschließt, zusätzlich reiner Sauerstoff oder Luft oder Luft-Sauerstoffgemische oder zusätzlich reiner Stickstoff oder Luft oder Luft-Stickstoffgemische zugeführt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung von pyrogener Kieselsäure kann weitere Luft außerhalb der Düse am Kopf der Brennkammer in die Brennkammer eingebracht werden.
Bevorzugt ist die Reaktorkammer offen, und steht im offenen Austausch mit dem atmosphärischen Druck.
In einer bevorzugten Ausführung wird der bei der Reaktion gebildete Chlorwasserstoff HCl durch Absorption und Desorption zurückgewonnen, gereinigt und getrocknet und wiederverwendet.
In einer im Weiteren bevorzugten Ausführung wird der so erhaltenen trockene Chlorwasserstoff HCl zur Herstellung von Chlorsilanen wie vorzugsweise Siliciumtetrachlorid, Wasserstoffsiliciumtrichlorid, Diwasserstoffsiliciumdichlorid und Triwasserstoffsiliciumchlorid, im Besonderen bevorzugt Wasserstoffsiliciumtrichlorid aus Siliziummetall verwendet.
Beispiele für eine bevorzugte Verwendung sind eine Reaktion und Produktion von Methylchlorsilanen gemäß einer allgemein vereinfachten Summenformel Si + 3HCl -> HSiCl₃ + H₂ wobei Nebenreaktionsprodukte wie Siliciumtetrachlorid, Wasserstoffsiliciumtrichlorid und andere, entstehen können, oder eine Reaktion und Produktion von Methylchlorsilanen gemäß einer allgemein vereinfachten Summenformel HCl + CH₃OH -> CH₃Cl + H₂O und nach Trennung von Methylchlorid und Wasser, wird, gegebenenfalls getrocknetes, Methylchlorid zur Reaktion mit metallischem Silicium gebracht, gegebenenfalls unter Zusatz von Katalysatoren und Promotoren wie z. B. Kupfer- oder Zinn-Verbindungen. Si + 2CH₃Cl -> (CH₃)₂SiCl₂ wobei Nebenreaktionsprodukte, wie Methylsiliciumtrichlorid, CH₃SiCl₃, Trimethylsiliciumchlorid, (CH₃)₃SiCl und andere entstehen können.
Beispiele für erfindungsgemäße chemische Reaktionen zur erfindungsgemäßen Herstellung der erfindungsgemäßen pyrogenen Kieselsäure sind die Oxidation des Brenngases mit Luftsauerstoff, bei denen Temperaturen von 1000° bis 2000°C, in der Reaktionszone, erreicht werden und Hochtemperaturhydrolyse durch das gebildete Wasser für a = 1 und X = Cl und z = 4 oder Oxidation des Silans und Hochtemperaturhydrolyse für andere Werte für a, b, x, y und z der Si-X Bindungen durch das gebildete Wasser.
Bevorzugte Beispiele für die Reaktionen sind:

Bildung von Wasser O₂ + 2H₂ → 2H₂O
Hochtemperaturhydrolyse SiCl₄ + 2H₂O → 4HCl + SiO₂ (pyrogene Kieselsäure)
Oxidation und Hochtemperaturhydrolyse HSiCl₃ + O₂ + H₂ → 3HCl + SiO₂ (pyrogene Kieselsäure)
Oxidation, Bildung von Kohlendioxid und Hochtemperaturhydrolyse CH₃SiCl₃ + 2O₂ → 3HCl + CO₂ + SiO₂ (pyrogene Kieselsäure)

In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Größe der Reaktionszone verändert werden, indem die Menge der Brenngase verändert wird.
In einer weiteren bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführung wird das Reaktionsgemisch aus der Brennkammer, bevorzugt im Bereich des unteren Endes der Brennkammer, ausgeführt, bevorzugt abgesaugt, anschließend wird das Reaktionsgemisch bevorzugt abgekühlt, besonders bevorzugt unter Energierückgewinnung, auf bevorzugt Temperaturen von kleiner als 300°C, ganz besonders bevorzugt kleiner als 200°C, sodann wird bevorzugt das Gas, das den Großteil des entstandenen Chlorwasserstoffgases enthält, von der entstandenen pyrogenen Kieselsäure abgetrennt, besonders bevorzugt abgetrennt durch den Einsatz von Gewebefiltern, und einem weiteren parallelen Prozess bevorzugt eine Rückgewinnung von trockenem Chlorwasserstoffgas in einem, besonders bevorzugt Mehrstufen-Absorptions- und -Desorptionsprozess durchgeführt und aus Umweltschutzgründen im Weiteren eine Reduktion des entstandenen überschüssigen Chlorgases Cl₂, sowie ebenfalls aus Umweltschutzgründen eine weitere Abgasreinigung, zur Entfernung von Cl₂ und HCl durchgeführt.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführung wird bevorzugt eine Reinigung der erfindungsgemäß hergestellten pyrogenen Kieselsäure durch das Durchblasen von Gasen, bevorzugt in einem Fließbett, bevorzugt bei Temperaturen von 400 bis 800°C, besonders bevorzugt von 500°C bis 700°C durchgeführt.
Bevorzugt ist ein Prozess, bei dem eine pyrogene Kieselsäure erfindungsgemäß in einer Menge von 10–1000 kg/h, erfindungsgemäß 100–10000 Tonnen pro Jahr bei einer Jahresleistung von 7884 Stunden, d. h. bei einer zeitlichen Verfügbarkeit von 85%, mit einer spezifischen Oberfläche nach BET von 100 bis 300 m²/g, einer Klopfdichte nach Absackung im 10 kg Papiersack von 30 bis 90 g/l, mit einem pH-Wert einer 4-Gew%-igen wässrigen Dispersion von 3,6 bis 4,6, einem Siebrückstand nach Mocker größer 40 μm von 0–0,01 Gew.-%, einer Verdickungswirkung η/η0 in einem Siliconöl von 1–10, einer Verdickungswirkung η/η0 in einem unvernetztem ungesättigtem Polyesterharz von 1–10, einer mittleren Kugeläquivalenten hydrodynamischen Partikelgröße von 100–500 nm nach Ultraschalldispergierung bei 0,3 Gew.-%, einer Temperatur von 25°C und bei pH von ca. 9,5–10,5 und gemessen mit einem Malvern Zetasizer Nano ZS^® bei einem Rückstreuwinkel von 173°, erhalten.
Vorzugsweise wird zusätzlich eine Nachverbrennung von restlichem Sauerstoff und Chlorgas durchgeführt, indem an, zumindest einem anderen Ort als der Reaktordüse, in der Reaktorkammer ein Brenngas in die Flamme zugegeben wird. Vorzugsweise können an verschiedenen Orten in der Reaktionskammer, weiteres Brenngas, wie zum Beispiel Wasserstoff, in die Reaktionszone zugegeben werden. Bevorzugt wird dieser zusätzliche Wasserstoff dazu eingesetzt, um in dem Reaktor gebildetes Chlor Cl₂, zu HCl zu reduzieren. In einer anderen bevorzugten Ausführung wird zusätzlich eine Nachverbrennung von restlichem Sauerstoff und Chlorgas durchgeführt, indem an, zumindest einem anderen Ort als der Reaktorkammer, ein Brenngas unterhalb einer Temperatur als der Flammentemperatur zugegeben wird.
Bevorzugt wird dieser zusätzliche Wasserstoff dazu eingesetzt, um in dem Reaktor gebildetes Chlor Cl₂, zu HC1 zu reduzieren.
Bevorzugt ist ein Herstellungsprozess von Kieselsäure, bei dem der Chlorverlust vorzugsweise unter 10 Gew.-%, bevorzugt unter 5 Gew.-%, besonders bevorzugt unter 1 Gew.-% liegt.
Vorzugsweise kann dieser zusätzlich zugefügte Wasserstoff Stickstoff enthalten, bevorzugt 0,001 bis 90 Vol.%, bevorzugt 30–70 Vol.%.
In einer anderen bevorzugten Ausführung enthält der Wasserstoff keinen Stickstoff N₂.
Vorzugsweise wird dem Reaktor als Brenngas Wasserstoff zugeführt.
Vorzugsweise wird nur Wasserstoff und kein weiteres Brenngas eingesetzt. Vorzugsweise wird so die Bildung von Kohlenstoffoxiden, wie Kohlenmonoxid CO und die Bildung von chlorierten aromatischen Kohlenwasserstoffen, wie zum Beispiel chlorierte Dibenzodioxine, verhindert.
In einer möglichen Ausführung ist dies Wasserstoff aus der katalytisch thermischen Umsetzung von z. B. Methanol zu Kohlendioxid CO₂ und Wasserstoff.
In einer weiteren bevorzugten möglichen Ausführung ist dies Wasserstoff aus der katalytisch thermischen Umsetzung von Kohlenwasserstoffen und Wasser zu Kohlendioxid CO₂ und Wasserstoff. Kohlendioxid CO₂ kann absorptiv und adsorptiv entfernt werden, der Wasserstoff kann so gereinigt werden.
In einer anderen bevorzugten Ausführung ist dies Wasserstoff aus der Disproportionierung und Umsetzung von Wasserstoffsiliciumtrichlorid bei Temperaturen größer 500°C, bevorzugt größer 700°C, besonders bevorzugt größer 850°C, unter Bildung von vorzugsweise Siliciumtetrachlorid, Silicium-Metall und Wasserstoff.
Der Wasserstoff kann auch vorzugsweise durch Tieftemperaturkondensation von anderen Bestandteilen gereinigt werden.
In einer anderen bevorzugten Ausführung wird Wasserstoff eingesetzt, der bei der Umsetzung von Siliciummetall mit Chlorwasserstoff, HCl, zu Wasserstoffsiliciumtrichlorid entsteht.
Vorzugsweise beinhaltet das Verfahren zur Herstellung pyrogener Kieselsäure folgende, bevorzugt aufeinanderfolgende, Schritte: (1) Silanbereitstellung, Silanverdampfer, wahlweise Luftaufbereitung, (2) Reaktor, (3) Energierückgewinnung und Kühlung, (4) wahlweise Vor-Abtrennung der Kieselsäure SiO₂ durch bevorzugt einen oder mehrere Zyklone, Abtrennung der Kieselsäure SiO₂ durch bevorzugt Filter, bevorzugt Gewebefilter, besonders bevorzugt Oberflächenfilter, (5) Reinigung der Kieselsäure von, bevorzugt letzten, Spuren Chlorwasserstoff HCl in einem Trockner, bevorzugt in einem rotierenden Trommeltrockner, bevorzugt mit Einbauten, die bevorzugt eine kombinierte Radial und Vertikalbewegung erzielen, oder bevorzugt in einem Wirbelbett, oder einem Fließbett, bevorzugt unter Zuführung von Gasen wie Luft oder Stickstoff oder Inertgas, bevorzugt bei Temperaturen größer 100°C, besonders bevorzugt größer 300°C, ganz besonders bevorzugt größer 400°C, mit einer Leerrohgasgeschwindigkeit von 0,1–100 cm/s, besonders bevorzugt 1–10 cm/s, bevorzugt werden die Spuren von Chlorwasserstoff HCl, analytisch gemessen durch eine Messung des pH Wertes, bespielweise durch Suspendieren von 4 g Kieselsäure in 100 ml Wasser und (6) bevorzugt Homogenisierung zum Beispiel durch Mischung und Fluidisierung in einem Silo einer bestimmten definierten Menge von Kieselsäure zu einer homogenen Charge, z. B. 1–20 to, bevorzugt 5–15 to, (7) Lagerung in Silos und (8) gegebenenfalls Verdichtung, zum Beispiel mit Walzenverdichtern, Schneckenverdichtern, Kolbenverdichtern, bevorzugt Walzenverdichtern, (9) Abfüllung in Gebinde, beispielsweise in 5–20 kg Säcke, Säcke bestehend bevorzugt aus mehrlagigem Papier, gegebenenfalls eine oder mehrere Lagen beschichtet, bevorzugt Polyethylen-beschichtet, bevorzugt perforiert mit kleinen Löchern, oder in Big Bags von 50–500 kg, bevorzugt aus Polyethylen oder Polypropylen, bevorzugt 2 oder mehrlagig, zum Bespiel wie in EP773159B1 beschrieben, oder in Großgebinden wie Silowagen, Silotainer, bevorzugt Silotainer, die ein Innengebinde oder Innensack oder Inliner zum Schutz der Kieselsäure vor Verunreinigungen, zum Beispiel aus Polyethylen- oder Polypropylen, enthalten, von 500–5000 kg Inhalt.
Die Erzeugung der Gastemperatur in einem Wirbelbett, oder einem Fließbett, zur Reinigung der pyrogenen Kieselsäure, zum Beispiel von Chlorwasserstoff, HCl, bevorzugt unter Zuführung von Gasen wie Luft oder Stickstoff oder Inertgas, zur Reinigung der Kieselsäure von HCl kann durch elektrische Heizung des Gases erfolgen oder, aus Gründen der Wirtschaftlichkeit und der Schonung von Energieressourcen, durch Verbrennen eines Brenngases, wie Wasserstoff, Methan, Ethan, Propan, Butan) mit Luft oder Sauerstoff-haltigem Gas; bevorzugt wird hierzu Wasserstoff eingesetzt.
In einer bevorzugten Ausführung wird im gesamten Prozess kein zusätzliches Wasser zugefügt, außer dem Wasser, das durch die Reaktion der Reaktionsgase entsteht.
In einer anderen bevorzugten Ausführung wird vor, bevorzugt während, oder nach der Reinigung der pyrogenen Kieselsäure, bevorzugt zur Verbesserung der Desorption von HCl von der Kieselsäure, zusätzlich Wasserdampf zugefügt.
In einer anderen bevorzugten Ausführung wird Wasserdampf zur Vereinheitlichung und Abreaktion der Kieselsäureoberfläche und zur Stabilisierung der Kieselsäure zugefügt; hiermit kann zugleich eine Konditionierung der Kieselsäureoberfläche, bevorzugt gegenüber der Reaktion mit Luftfeuchtigkeit, erzielt werden.
Verfahren zum Verdichten
In einer weiteren bevorzugten Ausführung kann die Kieselsäure durch Anfeuchten mit einer Flüsssigkeit und anschließendem Trocknen verdichtet werden.
Anfeuchten kann erfolgen durch Einrühren oder Eindispergieren in eine Flüssigkeit.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführung kann die Befeuchtung durch Besprühen durchgeführt werden, das heißt die Kieselsäure durch Besprühen mit Flüssigkeit und anschließendes Trocknen verdichtet werden.
Bevorzugt wird pyrogene Kieselsäure eingesetzt.
Die Pyrogene Kieselsäure kann sowohl als hydrophile als auch mit siliziumorganischen Verbindungen silylierte Kieselsäure eingesetzt werden.
Bevorzugt wird hydrophile Kieselsäure eingesetzt.
Bevorzugt hat die Kieselsäure vor dem Verdichten eine Klopfdichte nach DIN von 20 bis 120 g/1, besonders bevorzugt 25 bis 45 g/l.
Bevorzugt hat die Kieselsäure nach dem Verdichten eine Klopfdichte nach DIN von 60 bis 300 g/l, besonders bevorzugt 70 bis 150 g/l.
Besprühen mit Flüssigkeiten erfolgt nach der in DE 4419234 beschriebenen Aerosoltechnik.
Trocknen der Kieselsäure erfolgt bevorzugt durch Trockentechniken wie in DE 4419234 , US 5.686.054 oder DE 10145162 , US 6.800.413 beschrieben.
Bevorzugte Flüssigkeiten zum Verdichten von Kieselsäure vorzugsweise sind niederviskose und niederflüchtige Siloxane, wie Hexamethyldisiloxan, sind niederviskose und niederflüchtige Kohlenwasserstoffe, wie n-Hexan oder Toluol, sind niederviskose und niederflüchtige Alkylalkohole wie Methanal, Ethanol oder iso-Propanol, auch solche, die durch Zusätze vergällt sind, sind Ketone, wie Aceton, oder Ether, wie Tetrahydrofuran, oder protische Lösemittel, wie Wasser, und deren Gemische.
Bevorzugte Flüssigkeiten sind solche mit hoher Dielektrizitätskonstante, besonders bevorzugt mit einer Dielektrizitätskonstante von größer als 20.
Bevorzugte Flüssigkeiten sind solche mit hoher Dichte, besonders bevorzugt mit einer Dichte von größer als 0,9 g/cm³.
Bevorzugte Flüssigkeiten sind solche mit hoher Oberflächenspannung, besonders bevorzugt mit einer Oberflächenspannung von größer als 40 mN/m.
Erfindungsgemäß hergestellte pyrogene Kieselsäure, die vorzugsweise 30 bis 500 m²/g, bevorzugt 70 bis 330 m²/g, besonders bevorzugt 80 bis 230 m²/g, besonders bevorzugt 130 bis 170 m²/g spezifische Oberfläche, bevorzugt gemessen nach BET, und eine mittlere Aggregatspartikelgröße, bevorzugt gemessen als Kugel-äquivalenter hydrodynamischer Durchmesser, von vorzugsweise 50 bis 500 nm, bevorzugt 120 bis 350 nm, besonders bevorzugt von 130 bis 200 nm und eine relative Verdickungswirkung in Flüssigkeiten η/η0 von vorzugsweise größer 2,0, bevorzugt größer 4,0, besonders bevorzugt größer 6,0 ganz besonders bevorzugt größer 7,5 und einen Anteil von kleiner als 0,03 Gew.-%, bevorzugt kleiner als 0,015 Gew.-%, besonders bevorzugt kleiner als 0,008 Gew.-% Grobpartikel, bevorzugt Grobpartikel größer als 10 μm Durchmesser, besonders bevorzugt größer als 40 μm, bezogen auf die pyrogene Kieselsäure und kleiner als 100.000 Grobpartikel, bevorzugt kleiner als 20.000 Grobpartikel, besonders bevorzugt kleiner als 10.000 Grobpartikel, ganz besonders bevorzugt kleiner als 5.000 Grobpartikel, im Besonderen bevorzugt kleiner als 1.000 Grobpartikel größer als 10 μm, besonders bevorzugt größer als 2 μm, pro 1 Milliliter (ml oder cm³) in einer wässrigen Suspension, die 1 Gramm Kieselsäure enthält, aufweist.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine pyrogene Kieselsäure, wobei diese eine Verdickungswirkung, beschrieben als relative Verdickung η/η0 in einem Siliconöl bei optimaler Dispergierung, von vorzugsweise größer als 2,0, einen mittleren kugeläquivalenten hydrodynamischen Durchmesser in Wasser bei pH größer als 9 von 150 bis 300 Nanometer, einen Gehalt an Bor von kleiner als 1 ppm, einen Gehalt an Titan von kleiner als 1 ppm, einen Gehalt an Eisen von kleiner als 1 ppm, einen Gehalt an Aluminium von kleiner 10 ppm, einen Gehalt an Nickel von kleiner 1 ppm, einen Gehalt an Kupfer von kleiner 1 ppm, einen Gehalt an Germanium von kleiner 1 ppm aufweist.
Die Kieselsäure, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wird, ist eine pyrogene Kieselsäure, vorzugsweise die 30 bis 500 m²/g, bevorzugt 70 bis 330 m²/g, besonders bevorzugt 80 bis 230 m²/g, besonders bevorzugt 80 bis 170 m²/g spezifische Oberfläche, bevorzugt gemessen nach BET, aufweist und ist eine pyrogene Kieselsäure, die eine mittlere Aggregatspartikelgröße, bevorzugt gemessen als Kugel-äquivalenter hydrodynamischer Durchmesser, von 100 bis 500 nm, bevorzugt 150 bis 350 nm, besonders bevorzugt von 150 bis 250 nm besitzt, bevorzugt gemessen wie oben beschrieben gemessen und ist eine pyrogene Kieselsäure, die eine relative Verdickungswirkung in Flüssigkeiten η/η0 von vorzugsweise größer 2,0, bevorzugt größer 4,0, besonders bevorzugt größer 6,0 ganz besonders bevorzugt größer 7,5, bevorzugt wie oben beschrieben gemessen aufweist und ist eine pyrogene Kieselsäure, die einen Anteil von kleiner als 0,03 Gew.-%, bevorzugt kleiner als 0,015 Gew.-%, besonders bevorzugt kleiner als 0,005 Gew.-% Grobpartikel, bevorzugt Grobpartikel größer als 10 μm Durchmesser, besonders bevorzugt größer als 40 μm, bezogen auf die pyrogene Kieselsäure enthält und ist eine pyrogene Kieselsäure, die kleiner als 100.000 Grobpartikel, bevorzugt kleiner als 20.000 Grobpartikel, besonders bevorzugt kleiner als 10.000 Grobpartikel, ganz besonders bevorzugt kleiner als 5.000 Grobpartikel, im Besonderen bevorzugt kleiner als 1.000 Grobpartikel größer als 10 μm, besonders bevorzugt größer als 1,5 μm, ganz besonders bevorzugt größer als 1,0 μm, im Besonderen bevorzugt größer als 0,56 μm pro 1 Milliliter (ml oder cm³), bevorzugt bezogen auf eine 1 bis 50 Gew%ige, besonders bevorzugt auf eine 10 Gew%ige wässrige Dispersion der Kieselsäure, enthält.
Des weiteren zeigt die erfindungsgemäß hergestellte pyrogene Kieselsäure vorzugsweise einen Anteil von groben Sinterpartikeln von vorzugsweise kleiner als 0,05 Gew.-%, bevorzugt kleiner 0,03 Gew.-%, besonders bevorzugt kleiner 0,015 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt kleiner 0,008 Gew.-%. Beispiel für eine geeignete Messmethode ist eine gravimetrische Bestimmung des Siebrückstandes, zum Beispiel nach Mucker (Überkorn > 40 μm).
Vorzugsweise enthält die erfindungsgemäß hergestellte pyrogene Kieselsäure weniger als 0,05 Gew.-%, bevorzugt weniger als 0,03 Gew.-%, besonders bevorzugt weniger als 0,015 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt weniger als 0,008 Gew.-% grobe Sinterpartikel mit einer Dichte von 200 bis 2500 g/l und mit einem Durchmesser von 0,5 bis 500 μm. Beispiel für geeignete Messverfahren ist die Anwendung der optischen Zentrifuge, zum Beispiel das Gerät LUMifuge^®.
Erfindungsgemäß hergestellte pyrogene Kieselsäure, und daraus hergestellte wässrige Dispersion, oder chemische Formulierung basierend auf einer solchen Dispersion, in der nach optimaler Dispergierung, zum Beispiel mit einer Ultraschallspitze oder Ultraschallgeber oder Ultraschallhomogenisator von vorzugsweise größer 1 Minute, bevorzugt 2 bis 5 Minuten, und optimaler Stabilisierung, vorzugsweise alkalischer Stabilisierung bei pH 9–11, bevorzugt pH 9,9 bis 10,2, und in der nach Abtrennung der feinteiligen pyrogenen Kieselsäure Nicht-Kieselsäure-Partikel und Kieselsäure-Grobpartikel, wie grobe und oder dichte Sinterpartikel mit einer Dichte von 200 bis 2500 g/l und mit einem Durchmesser von 0,5 bis 500 μm, mit handelsüblichen Zählverfahren zur Bestimmung von großen Partikeln, zum Beispiel basierend auf Licht-Extinktions-Verfahren, beispielweise von Weißlicht oder von Laserlicht, vorzugsweise kleiner als 10000 Teilchen, bevorzugt kleiner als 2000 Teilchen, besonders bevorzugt kleiner als 1000 Teilchen, ganz besonders bevorzugt kleiner als 500 Teilchen enthalten, hervorgehoben bevorzugt kleiner als 100 Teilchen größer als 10 μm, besonders bevorzugt größer als 1,5 μm, ganz besonders bevorzugt größer als 1,0 μm, im Besonderen bevorzugt größer als 0,56 μm pro ml, enthalten sind, nach Abzug des Blindwertes an Partikel des zur Herstellung der Dispersion verwendeten Wassers.
Vorzugsweise enthält die pyrogene Kieselsäure Agglomerate und Flocken mit einer Dichte von 10 bis 200 g/l und mit einem Durchmesser von 1 bis 500 μm.
Die Größe der Kieselsäure Agglomerate kann bevorzugt mit der Fraunhofer Lichtbeugung an der Kieselsäure in wässriger Dispersion oder als trockenes Aerosol oder Pulver oder mit Siebmethoden vermessen werden. Geeignete Geräte werden zum Beispiel von Malvern^®, Sympatec^®, Coulter^®, Zilas^® oder Horiba^® angeboten.
Vorzugsweise zeigt die pyrogene Kieselsäure vorzugsweise eine geringe Verunreinigung mit Nicht-Siliciumdioxid-Anteilen.
Vorzugsweise weist die pyrogene Kieselsäure einen Gehalt eines Nicht-Silicium-Elementes kleiner als 1 Gew.-%, bevorzugt kleiner als 0,1 Gew.-% besonders bevorzugt kleiner 0,01 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt kleiner 10 ppm Gew., im Besonderen bevorzugt kleiner 1 ppm Gew., bezogen auf die gesamte Kieselsäure auf.
Zusätzlich weist die erfindungsgemäß hergestellte Kieselsäure einen Gehalt an Aluminium kleiner 10 ppm Gew., bevorzugt kleiner 1 ppm Aluminium, an Bor kleiner 10 ppm Gew., bevorzugt kleiner 1 ppm Bor, an Titan kleiner 1 ppm Gew., bevorzugt kleiner 200 ppb Titan, sowie an Eisen, Kobalt, Nickel und Kupfer kleiner 1 ppm Gew., bevorzugt Eisen, Kobalt, Nickel und Kupfer kleiner 200 ppb auf, bezogen auf die gesamte Kieselsäure auf.
Vorzugsweise hat die hergestellte Kieselsäure einen aus der spezifischen Oberfläche SO, gemessen nach BET, und der Materialdichte ρ. von 2200 g/l, gemäß d = 6/(ρ·SO) errechneten Primärpartikel-Durchmesser d oder Sauter-Durchmesser d von 5–100 nm, eine spezifischen Oberfläche gemessen nach BET von 30–500 m²/g und einen hydrodynamischen Durchmesser, der aus Primärpartikel gebildeten, bevorzugt stabil versinterten Aggregaten, von 100–500 nm, gemessen wie oben beschrieben oder mit der dynamischen Lichtstreuung oder Photocorrelationsspectroskopie oder inelastischen Lichtstreuung gemessen in Suspension in einer Flüssigkeit mit in reiner Form < 5 mPas Viskosität, wie wässrige Suspension in Wasser oder alkoholische Suspension, bzw von 100–1000 nm aerodymischer Durchmesser, gemessen in Luft oder Gas, bzw. einem via Rheologie gemessenen Durchmesser von größer 100 nm, einen geometrischen Durchmesser der aus Aggregaten gebildeten Agglomeraten, gemessen mit der Fraunhofer Lichtbeugung, in Fluiden wie Wasser oder Alkohol oder Ölen von 500 nm bis 100 μm, und gemessen in Luft oder Gasen von 1 μm bis 1 mm.
Vorzugsweise hat die hergestellte Kieselsäure eine fraktale Dimension der Oberfläche von kleiner 3, bevorzugt 1,9 bis 2,7, besonders bevorzugt von 2,0 bis 2,1.
Vorzugsweise hat die hergestellte Kieselsäure eine fraktale Dimension der Masse von kleiner 3, bevorzugt 1,5 bis 2,8, besonders bevorzugt von 1,8 bis 2,3, im besonders bevorzugt von 1,9 bis 2,1.
Vorzugsweise hat die hergestellte Kieselsäure einen Gehalt an Oberflächensilanolgruppen SiOH von 1,5–2.0, bevorzugt von 1,7–1,9 SiOH pro nm² spezifischer Oberfläche gemessen nach BET, oder gemessen als saure SiOH mittels einer Titrationmethode in Anlehnung an die Methode von Sears.
Vorzugsweise enthält die Kieselsäure keine chlorierten polyaromatischen Kohlenwasserstoffe, insbesondere keine solchen, die Sauerstoffatome enthalten. Insbesondere ist der Gehalt an chlorierten aromatischen Dioxinen und Furanen kleiner 1 ppb wt.
Analytik der Eigenschaften
Vorzugsweise wird die relative Verdickungswirkung η/η0 der pyrogenen Kieselsäure gemessen als Quotient aus der Viskosität η. eines flüssigen Mediums das pyrogene Kieselsäure enthält, gemessen bei einer Temperatur von 25°C und aus der Viskosität η0 eines flüssigen Mediums, das keine pyrogene Kieselsäure enthält, gemessen bei einer Temperatur von 25°C. Beispiele für flüssiges Medium sind Mischungen aus einem Polyesterharz, zum Beispiel ca. 65 Gew.-%, zum Bespiel eines Kondensationsproduktes aus ortho-Phthalsäureanhydrid und Maleinsäureanhydrid einerseits und eines Diols, zum Beispiel 1,2 Propandiol, andererseits, mit einem Lösemittel, zum Beispiel von ca. 35 Gew.-%, zum Beispiel eines reaktiven Monomers, zum Beispiel Monostyrol, oder zum Beispiel Siliconöle, zum Beispiel bevorzugt Polydimethylsiloxan, bevorzugt mit Trimethylsiloxygruppen endgestopptes, bevorzugt solches mit einer Viskosität bei 25°C von 0,5 bis 5,0 Pa s, bevorzugt 0,9–2,1 Pa s, besonders bevorzugt ca. 1,0 Pa s. Die Menge an pyrogener Kieselsäure in dem flüssigen Medium ist vorzugsweise 1 bis 5 Gew.-%, besonders bevorzugt 1,8 bis 3,4 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt 2 Gew.-%.
Bevorzugt erfolgen die Messungen der Viskosität bei einer Temperatur von 25°C und bei gleichem konstanten Schergefälle, bevorzugt bei einem konstanten Schergefälle von 0,5 bis 200 1/s, besonders bevorzugt bei 0,9 bis 20 1/s, besonders bevorzugt bei 10 1/s.
Die Dispergierung der pyrogenen Kieselsäure in dem flüssigen Medium erfolgt bevorzugt bei optimaler Dispergierung, zum Beispiel mit einem Zahnscheibendissolver bei einer Umfangsgeschwindigkeit von 4 bis 20 m/s, bevorzugt bei 11 m/s, bevorzugt über einen optimalen Zeitraum, besonders bevorzugt über 3 bis 10 Minuten, ganz besonders bevorzugt über 5 Minuten.
Die mittlere Aggregatspartikelgröße wird bevorzugt gemessen als mittlerer Kugel-äquivalenter hydrodynamischer Durchmesser, bevorzugt gemessen mit der Photokorrelationsspektroskopie oder der dynamischen Lichtstreuung oder der quasielastischen Lichtstreuung, bei einem Winkel von 1 bis 179°, bevorzugt bei ca. 90°, oder in einer anderen bevorzugten Ausführung in Rückstreuung bei einem Winkel von 170° bis 179°, bevorzugt bei einem Winkel von ca. 173°, beispielsweise mit dem Gerät Malvern Zetasizer^® oder Malvern Nanosizer^® und beispielsweise Auslesen des Wertes Z-average gemäß einer kumulanten Analyse oder dem Standardalgorithmus, als mittlerer Aggregatsdurchmesser und bevorzugt nach Dispergierung bei 0,001 bis 5 Gew.-%, bevorzugt ca. 0,3 Gew.-% in bevorzugt alkalischem Wasser, bevorzugt pH größer 9, besonders bevorzugt von ca. pH 10, bevorzugt eingestellt mit Ammoniak, und bevorzugt bei Dispergierung mit einem Magnetrührer, bevorzugt bei 100 bis 500 Umdrehungen pro Minute, besonders bevorzugt bei 300 Umdrehungen pro Minute, und mit Ultraschall, bevorzugt einer Ultraschallspitze bei 75–95% Leistung, besonders bevorzugt bei 90% Leistung, zum Beispiel eine Ultraschallspitze vom Typ Bandelin UM60, während 1 bis 15 Minuten, bevorzugt 5 bis 10 Minuten, besonders bevorzugt 5 Min., bei einer Temperatur von 25°C.
Vorzugsweise wird der Anteil an Grobpartikeln, zum Beispiel Sinterpartikel, gravimetrisch bestimmt. Beispiele für eine geeignete Messmethode ist hier eine gravimetrische Bestimmung des Siebrückstandes nach Siebung der mit Wasser aufgeschlämmten Kieselsäure, mit Sieben von kleiner oder gleich 100 μm Maschenweiten bevorzugt kleiner oder gleich 40 μm, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 10 μm. Eine besonders bevorzugtes Beispiel ist hierfür die Methode nach Mocker, zum Beispiel mittels Wasserstrahl und Absiegen der Grobpartikel auf einem 40 μm Sieb (nach Wiegen wird so gravimetrisch erhalten das Überkorn > 40 μm).
Vorzugsweise wird der Anteil an Grobpartikeln als grobe Sinterpartikel mit einer Dichte von 100 bis 2500 g/l, bevorzugt 200 bis 2500 g/l und mit einem Durchmesser von 0,5 bis 500 μm, bevorzugt 2 μm bis 100 μm bestimmt.
Ein Beispiel für geeignete Messverfahren ist die Anwendung der optischen Zentrifuge, zum Beispiel das Gerät LUMifuge^®.
Vorzugsweise wird der Anteil an Grobpartikeln in der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten pyrogenen Kieselsäure an einer wässrigen Dispersion, oder chemischen Formulierung, basierend auf einer solchen Dispersion, die aus der Kieselsäure mittels optimaler Dispergierung hergestellt wurde, zum Beispiel mit einer Ultraschallspitze und einer Dispergierzeit von größer 1 Minute, bevorzugt von 2,5 Minuten, und optimaler Stabilisierung, zum Beispiel alkalische Stabilisierung bei pH 9–11, bevorzugt pH 9,2 bis 10,2, mit handelsüblichen Zählverfahren zur Bestimmung von großen Partikeln, zum Beispiel basierend auf Licht-Extinktions-Verfahren oder Licht-Streu-Verfahren, beispielweise von Weißlicht oder von Laserlicht, beispielsweise mit einem Gerät Accusizer^® 680 oder 780, oder einem Gerät Liquilaz^® der Fa. PSM, Oregon, USA, oder einem Gerät FAS^® 815 der Fa. Topas, Deutschland, vermessen.
Vorzugsweise wird die Qualität des Produktes Kieselsäure in regelmäßigen Zeitabständen überprüft durch Probenahme und Analytik dieser Proben mit Kieselsäure-typischen Methoden wie die spezifische Oberfläche, zum Beispiel gemessen nach BET, oder zum Beispiel gemessen mit Säure-Base Titration, wie zum Beispiel beschrieben bei Sears et al., wie die Partikelgröße, zum Bespiel der mittlere Aggregatsdurchmesser, zum Beispiel als hydrodynamischer Durchmesser, zum Beispiel gemessen mit der dynamischen Lichtstreuung, oder im weiteren angegebenen Methoden, wie der pH Wert, zum Beispiel gemessen als pH einer Dispersion von 4 Gew.-% Kieselsäure in Wasser, wie der Siebrückstand auf Grobbestandteile, zum Beispiel gemessen nach dem Verfahren nach Mocker mittels Wasserstrahl und einem 40 μm Sieb, oder als Zählmethoden zur Analytik von Grobpartikel, zum Beispiel mit Weißlicht oder Laser-Licht-Extinktions- und Zählverfahren, wie oben beschrieben, wie die Verdickungswirkung in flüssigen Medien, zum Beispiel wie weiter oben beschrieben, bevorzugt nach definierten Protokollen.
Vorzugsweise wird die Probe mit einer spezifischen Probenahmeeinrichtung gezogen.
bevorzugt werden die Spuren von HCl, analytisch gemessen durch eine Messung des pH Wertes, bespielweise durch Suspendieren von 4 g Kieselsäure in 100 ml Wasser
Vorzugsweise zeigt die pyrogene Kieselsäure vorzugsweise eine geringe Verunreinigung mit Nicht-Siliciumdioxid-Anteilen.
Dies kann visuell durch eine Beurteilung des Siebrückstands nach Mocker (> 40 μm) beurteilt werden, bevorzugt mit einem Vergrößerungsglas, besonders bevorzugt mit einem Lichtmikroskop, das dunkle, weiße und farbige bis > 10 μm, bevorzugt bis > 1 μm sichtbar macht, oder beispielsweise durch Rasterelektronenmikroskopie oder Transmissionselektronenmikroskopie, oder durch Suspendieren von Kieselsäure in Tetrachlorkohlenstoff, in dem pyrogene Kieselsäure oder pyrogene Kieselsäuredispersionen, wegen des gleichen Brechungsindex, transparent erscheinen, und so Nicht-Siliciumdioxid-Anteile deutlicher sichtbar werden, beispielsweise auch für das menschliche Auge, bevorzugt aber mit einem Vergrößerungsglas oder mit dem Lichtmikroskop sichtbar werden.
Nicht-Silicium-Elemente werden vorzugsweise nach Abrauchen des Siliciumdioxid mit Flußsäure mittels Spektralanalyse qualitativ oder halb-quantitativ erfasst oder mittels Induktiv-gekoppeltem Plasma und Optischer Emissionsanalyse oder Massenspektrometrie quantitativ vermessen.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte erfindungsgemäße pyrogene Kieselsäure wird vorzugsweise eingesetzt als Verdickungsmittel, Rheologieadditiv, Thixotropiermittel, Verstärkerfüllstoff für Elastomere, Plastomere und Duromere, zum Bespiel in Oberflächenbeschichtungsmitteln, Lacken und Tinten, Klebstoffen, Dichtstoffen, Glasfaser-verstärkten Kunststoffen, Verbundwerkstoffen, Kautschuken und anderen Kunststoffen, als abrasives Partikel im chemisch-mechanischen Planarisieren in der Halbleiterindustrie, als Poliermittel, als Wärmedämmstoff und als Rohstoff für Wärmedämmstoffe, zur Herstellung von Druckmedien, als Rieselhilfe, zur Erstellung von Schichten und Formkörpern, die dicht oder porös sein können, als Additiv und Füllstoff für Farben, Lacke, Tinten, Klebstoffe und Dichtstoffe und Kautschuke, aus Siliconen oder Synthese- oder Naturkautschuk, z. B. für Reifen und Schuhsohlen.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte erfindungsgemäße pyrogene Kieselsäure wird als Mattierungsmittel in Farben und Lacken sowie für Kleb- und Dichtstoffsysteme eingesetzt.
Überraschenderweise wurde zugleich gefunden, dass mit diesen erfindungsgemäßen Anlagen feinere und leichter dispergierbare Raumstrukturen der pyrogenen Kieselsäurepartikel erzielbar sind, also feinere Aggregate der Kieselsäure entstehen, somit eine Verbesserung in der Eigenschaft als rheologisches Additiv, als Verstärkerfüllstoff für Elastomere, Plastomere und Harze, als Wärmedämmstoffgrundmaterial, als Beschichtungsstoff für Druckmedien erzielt wird.
Vorzugsweise wird die Kieselsäure eingesetzt als rheologisches Additiv und als Füllstoff in Dichtstoffen in Mengen von 5 bis 15%, vorzugsweise als Dichtstoff für Fugen im Sanitär- und Küchenbereich, beim Fenster- und Fassadenbau, im Hochbau und im Tiefbau und im Maschinen und im Werkzeugbau.
Vorzugsweise wird die Kieselsäure eingesetzt im Prozess des chemisch mechanischen Polierens in der Optik, in der Halbleiterindustrie, in der Elektro- und in der Elektronikindustrie und in der Oberflächenbehandlung von Metallen, Keramiken und Gläsern als Abrasiv oder Poliermittel.
Ein weiterer Gegenstand ist ein Formkörper, Beschichtung oder Imprägnierung, die die erfindungsgemäße Kieselsäure enthalten.
Vorzugsweise wird die Kieselsäure eingesetzt in Beschichtungsstoffe, Oberflächenschichten, Textilien, Polymeren Klebstoffe, Dichtstoffe, Kautschuke und Kompositmaterialien, sowie in Beschichtungsstoffe, Klebstoffe, Dichtstoffe, Kautschuke und Kompositmaterialien zur Steuerung der Rheologie oder der mechanischen Eigenschaften, oder zur Steuerung von Rheologie und Verstärkung.
Ein weiterer Gegenstand ist ein Pulver oder Toner, der die erfindungsgemäße Kieselsäure enthält.
Vorzugsweise wird die Kieselsäure eingesetzt in Pulver, in Toner, in der Elektrofotografie, in Feuerlöschpulver, sowie in Pulver, in Toner in der Elektrofotografie, in Feuerlöschpulver zur Steuerung der Trocken-Fließfähigkeit oder der elektrischen Ladung, oder zur Steuerung der Trocken-Fließfähigkeit und der elektrischen Ladung.
1
1 zeigt einen erfindungsgemäßen Flammenreaktor mit Ausrichtung der Flamme von oben nach unten, im Längsschnitt, wobei 1 die Reaktorkammer und 1.1 den Durchmesser am Reaktorkopf sowie 1.2 den Durchmesser auf halber Reaktorlänge bedeutet. 1.3 bedeutet die Höhe, die gleich der Länge der Reaktorkammer ist, wobei 1.4 den Durchmesser der Reaktorkammer bedeutet. Mit 2 wird die Düse und mit 2.1 der Durchmesser der Düse bezeichnet.
Beispiele
Beispiel 1
Ein Gasgemisch, das aus einer Düse mit einer Gasgeschwindigkeit von 58 m/s am Kopf einer Brennkammer über eine Düse in eine Brennerkammer eintritt, wobei die Brennkammer eine Länge von 4650 mm und eine Querschnittsfläche von 0,71 m² aufweist, sowie keinen gegenüber dem aktuellen Außendruck aufweist, und das Gasgemisch eine Temperatur zwischen 100°C und 200°C aufweist, und die Reaktionszone eine Länge von 3875 mm aufweist, und das Gasgemisch mit 2085 Nm³/h in die Brennkammer eingebracht wird, und das Gasgemisch 0,049 Mol.% Methyltrichlosilan, 0,019 Mol.% Wasserstoff, 0,17 Mol.% Sauerstoff und 0,70 Mol.% Stickstoff aufweist, wird beim Eintritt in die Brennkammer bei 1000°C bis 2000°C zur Reaktion gebracht. Nach Absaugen aus der Brennkammer, Abkühlen auf kleiner 200°C, Abtrennen des entstandenen Chlorwasserstoffgases von der entstandenen pyrogenen Kieselsäure durch Gewebefilter, Rückgewinnung trockenen Chlorwasserstoffgases in einem Mehrstufen-Absorption und -Desorptionsprozess, Reduktion des überschüssigen Chlorgases, sowie Abgasreinigung, sowie Reinigung der pyrogenen Kieselsäure von restlichem Chlorwasserstoff und anderen flüchtigen Verbidungen, in einem Fließbett durch heiße Gase bei 400 bis 800°C, wird eine pyrogene Kieselsäure mit einer spezifischen Oberfläche nach BET von 150 m²/g, mit einer Klopfdichte nach Absackung im 10 kg Papiersack von 43 g/l, mit einem pH einer 4-Gew%igen wässriger Dispersion von 4,2, einem Siebrückstand nach Mocker größer 40 μm von 0,003 Gew.-%, einer Verdickungswirkung η/η0 in einem Siliconöl von 3,5, einer mittleren Kugel-äquivalenten hydrodynamischen Partikelgröße von 220 nm nach Ultraschalldispergierung bei 0,3 Gew.-%, einer Temperatur von 25°C und bei pH 10 und gemessen mit einem Malvern Zetasizer Nano ZS^® bei einem Rückstreuwinkel von 173°, erhalten.
Beispiel 2
Ein vorgemischtes Gasgemisch, das aus einer Düse mit einer Gasgeschwindigkeit von 73 m/s am Kopf einer Brennkammer über eine Düse in eine Brennerkammer eintritt, wobei die Brennkammer einen Überdruck von kleiner 50 mbar gegenüber dem aktuellen Außendruck aufweist, und das Gasgemisch eine Temperatur zwischen 100°C und 200°C aufweist, wird in der Brennkammer bei 1000°C bis 2000°C zur Reaktion gebracht, wobei in der Brennkammer 6 Vol.% Silan, mit einem Gehalt von Methyltrichlorsilan von größer 90 Vol.%, 88 Vol.% Luft aus der Umgebung, wobei die Luft zu 94 Vol.% aus der Düse und zu 6 Vol.% aus weiteren Zuführeinrichtungen außerhalb der Düse am Kopf der Brennkammer zugespeist wird, sowie 5 Vol.% Brenngas, wobei das Brenngas größer 90 Vol.% Wasserstoffgas enthält, reagieren. Nach Absaugen aus der Brennkammer, Abkühlen auf kleiner 200°C, Abtrennen des entstandenen Chlorwasserstoffgases von der entstandenen pyrogenen Kieselsäure durch Gewebefilter, Rückgewinnung trockenen Chlorwasserstoffgases in einem Mehrstufen Absorption und Desorptionsprozess, Reduktion des überschüssigen Chlorgases, sowie Abgasreinigung, sowie Reinigung der pyrogenen Kieselsäure in einem Fließbett durch heiße Gase bei 400 bis 800°C, wird eine pyrogene Kieselsäure mit einer spezifischen Oberfläche nach BET von 150 m²/g, mit einer Klopfdichte nach Absackung im 10 kg Papiersack von 40 g/l, mit einem pH einer 4-Gew%igen Dispersion von 4,1, einem Siebrückstand nach Mocker größer 40 μm von 0,005 Gew.-%, einer Verdickungswirkung η/η0 in einem Siliconöl von 4,0, einer mittleren Kugel-äquivalenten hydrodynamischen Partikelgröße von 220 nm nach Ultraschalldispergierung bei 0,3 Gew.-%, einer Temperatur von 25°C und bei pH 10 und gemessen mit einem Malvern Zetasizer Nano ZS^® bei einem Rückstreuwinkel von 173 erhalten.
Beispiel 3
Ein Gasgemisch mit einer Dosierung von 1630 Nm³/h, das 4,9 Mol.% Methyltrichlorsilan, 5,8 Mol.% Wasserstoff, 1,9 Mol.% Kohlendioxid, 17 Mol.% Sauerstoff und 70 Mol.% Stickstoff als Gase enthält, und das aus einer Düse mit einer Gasgeschwindigkeit von 34 m/s am Kopf einer Brennkammer über eine Düse in eine Brennerkammer eintritt, wobei die Brennkammer ein Volumen von 1,7 m³ hat, und ein Verhältnis Volumen zu Höhe von 0,38 m² und eine Querschnittsfläche von 0,38 m² aufweist, wird in der Brennkammer bei 1000°C bis 2000°C zur Reaktion gebracht. Nach Absaugen aus der Brennkammer, Abkühlen auf kleiner 200°C, Abtrennen des entstandenen Chlorwasserstoffgases von der entstandenen pyrogenen Kieselsäure durch Gewebefilter, Rückgewinnung trockenen Chlorwasserstoffgases in einem Mehrstufen-Absorptions- und -Desorptionsprozess, Reduktion des überschüssigen Chlorgases, sowie Abgasreinigung, sowie Reinigung der pyrogenen Kieselsäure in einem Fließbett durch heiße Gase bei 400 bis 800°C, wird eine pyrogene Kieselsäure in einer Menge von 217 kg/h, entsprechend 1920 Tonnen pro Jahr bei einer Jahresleisten von 8864 Stunden, mit einer spezifischen Oberfläche nach BET von 150 m²/g, mit einer Klopfdichte nach Absackung im 10 kg Papiersack von 40 g/l, mit einem pH einer 4-Gew%igen wässrigen Dispersion von 4,1, einem Siebrückstand nach Mocker größer 40 μm von 0,005 Gew.-%, einer Verdickungswirkung η/η0in einem Siliconöl von 6,5, einer Verdickungswirkung η/η0in einem unvernetztem ungesättigtem Polyesterharz von 4,5, einer mittleren Kugel-äquivalenten hydrodynamischen Partikelgröße von 220 nm nach Ultraschalldispergierung bei 0,3 Gew.-%, einer Temperatur von 25°C und bei pH 10 und gemessen mit einem Malvern Zetasizer Nano ZS^® bei einem Rückstreuwinkel von 173°, erhalten.
Beispiel 4
Ein Gasgemisch mit einer Dosierung von 1630 Nm³/h, das 4,9 Mol.% Methyltrichlorsilan, 5,8 Mol.% Wasserstoff, 17 Mol.% Sauerstoff und 71,9 Mol.% Stickstoff als Gase enthält, und das aus einer Düse mit einer Gasgeschwindigkeit von 34 m/s am Kopf einer Brennkammer über eine Düse in eine Brennerkammer eintritt, wobei die Brennkammer ein Volumen von 1,7 m³ hat, und ein Verhältnis Volumen zu Höhe von 0,38 m² und eine Querschnittsfläche von 0,38 m² aufweist, wird in der Brennkammer bei 1000°C bis 2000°C zur Reaktion gebracht. Nach Absaugen aus der Brennkammer, Abkühlen auf kleiner 200°C, Abtrennen des entstandenen Chlorwasserstoffgases von der entstandenen pyrogenen Kieselsäure durch Gewebefilter, Rückgewinnung trockenen Chlorwasserstoffgases in einem Mehrstufen-Absorptions- und -Desorptionsprozess, Reduktion des überschüssigen Chlorgases, sowie Abgasreinigung, sowie Reinigung der pyrogenen Kieselsäure in einem Fließbett durch heiße Gase bei 400 bis 800°C, wird eine pyrogene Kieselsäure in einer Menge von 217 kg/h, entsprechend 1920 Tonnen pro Jahr bei einer Jahresleisten von 8864 Stunden, mit einer spezifischen Oberfläche nach BET von 150 m²/g, mit einer Klopfdichte nach Absackung im 10 kg Papiersack von 40 g/l, mit einem pH einer 4-Gew%igen wässrigen Dispersion von 4,1, einem Siebrückstand nach Mocker größer 40 μm von 0,005 Gew.-%, einer Verdickungswirkung η/η0in einem Siliconöl von 6,5, einer Verdickungswirkung η/η0in einem unvernetztem ungesättigtem Polyesterharz von 4,5, einer mittleren Kugel-äquivalenten hydrodynamischen Partikelgröße von 220 nm nach Ultraschalldispergierung bei 0,3 Gew.-%, einer Temperatur von 25°C und bei pH 10 und gemessen mit einem Malvern Zetasizer Nano ZS^® bei einem Rückstreuwinkel von 173°, erhalten.
Beispiel 5
Ein Gasgemisch mit einer Dosierung von 1405 Nm³/h, das 4,3 Mol.% Tetrachlorsilan, 12 Mol.% Wasserstoff, 4 Mol.% Kohlendioxid, 16 Mol.% Sauerstoff und 64 Mol.% Stickstoff als Gase enthält, und das aus einer Düse mit einer Gasgeschwindigkeit von 34 m/s am Kopf einer Brennkammer über eine Düse in eine Brennerkammer eintritt, wobei die Brennkammer ein Volumen von 1,7 m³ hat, und ein Verhältnis Volumen zu Höhe von 0,38 m² und eine Querschnittsfläche von 0,38 m² aufweist, wird in der Brennkammer bei 1000°C bis 2000°C zur Reaktion gebracht. Nach Absaugen aus der Brennkammer, Abkühlen auf kleiner 200°C, Abtrennen des entstandenen Chlorwasserstoffgases von der entstandenen pyrogenen Kieselsäure durch Gewebefilter, Rückgewinnung trockenen Chlorwasserstoffgases in einem Mehrstufen-Absorptions- und -Desorptionsprozess, Reduktion des überschüssigen Chlorgases, sowie Abgasreinigung, sowie Reinigung der pyrogenen Kieselsäure in einem Fließbett durch heiße Gase bei 400 bis 800°C, wird eine pyrogene Kieselsäure in einer Menge von 161 kg/h, entsprechend 1420 Tonnen pro Jahr bei einer Jahresleisten von 8864 Stunden, mit einer spezifischen Oberfläche nach BET von 150 m²/g, mit einer Klopfdichte nach Absackung im 10 kg Papiersack von 40 g/l, mit einem pH einer 4-Gew%igen wässrigen Dispersion von 4,1, einem Siebrückstand nach Mocker größer 40 μm von 0,005 Gew.-%, einer Verdickungswirkung η/η0in einem Siliconöl von 6,5, einer Verdickungswirkung η/η0in einem unvernetztem ungesättigtem Polyesterharz von 4,5, einer mittleren Kugel-äquivalenten hydrodynamischen Partikelgröße von 220 nm nach Ultraschalldispergierung bei 0,3 Gew.-%, einer Temperatur von 25°C und bei pH 10 und gemessen mit einem Malvern Zetasizer Nano ZS^® bei einem Rückstreuwinkel von 173°, erhalten.
Beispiel 6
Ein Gasgemisch mit einer Dosierung von 1405 Nm³/h, das 4,3 Mol.% Tetrachlorsilan, 12 Mol.% Wasserstoff, 16 Mol.% Sauerstoff und 68 Mol.% Stickstoff als Gase enthält, und das aus einer Düse mit einer Gasgeschwindigkeit von 34 m/s am Kopf einer Brennkammer über eine Düse in eine Brennerkammer eintritt, wobei die Brennkammer ein Volumen von 1,7 m³ hat, und ein Verhältnis Volumen zu Höhe von 0,38 m² und eine Querschnittsfläche von 0,38 m² aufweist, wird in der Brennkammer bei 1000°C bis 2000°C zur Reaktion gebracht. Nach Absaugen aus der Brennkammer, Abkühlen auf kleiner 200°C, Abtrennen des entstandenen Chlorwasserstoffgases von der entstandenen pyrogenen Kieselsäure durch Gewebefilter, Rückgewinnung trockenen Chlorwasserstoffgases in einem Mehrstufen-Absorptions- und -Desorptionsprozess, Reduktion des überschüssigen Chlorgases, sowie Abgasreinigung, sowie Reinigung der pyrogenen Kieselsäure in einem Fließbett durch heiße Gase bei 400 bis 800°C, wird eine pyrogene Kieselsäure in einer Menge von 161 kg/h, entsprechend 1420 Tonnen pro Jahr bei einer Jahresleisten von 8864 Stunden, mit einer spezifischen Oberfläche nach BET von 150 m²/g, mit einer Klopfdichte nach Absackung im 10 kg Papiersack von 40 g/l, mit einem pH einer 4-Gew%igen wässrigen Dispersion von 4,1, einem Siebrückstand nach Mocker größer 40 μm von 0,005 Gew.-%, einer Verdickungswirkung η/η0in einem Siliconöl von 6,5, einer Verdickungswirkung η/η0in einem unvernetztem ungesättigtem Polyesterharz von 4,5, einer mittleren Kugel-äquivalenten hydrodynamischen Partikelgröße von 220 nm nach Ultraschalldispergierung bei 0,3 Gew.-%, einer Temperatur von 25°C und bei pH 10 und gemessen mit einem Malvern Zetasizer Nano ZS^® bei einem Rückstreuwinkel von 173°, erhalten.
Beispiel 7
Ein Gasgemisch mit einer Dosierung von 2600 Nm³/h, das 4,6 Mol.% Methyltrichlorsilan, 7,6 Mol.% Wasserstoff, 2,5 Mol.% Kohlendioxid, 17 Mol.% Sauerstoff und 68 Mol.% Stickstoff als Gase enthält, und das aus einer Düse mit einer Gasgeschwindigkeit von 54 m/s am Kopf einer Brennkammer über eine Düse in eine Brennerkammer eintritt, wobei die Brennkammer ein Volumen von 3,3 m³ hat, und ein Verhältnis Volumen zu Höhe von 0,71 m² und eine Querschnittsfläche von 0,71 m² aufweist, wird in der Brennkammer bei 1000°C bis 2000°C zur Reaktion gebracht. Nach Absaugen aus der Brennkammer, Abkühlen auf kleiner 200°C, Abtrennen des entstandenen Chlorwasserstoffgases von der entstandenen pyrogenen Kieselsäure durch Gewebefilter, Rückgewinnung trockenen Chlorwasserstoffgases in einem Mehrstufen-Absorptions- und -Desorptionsprozess, Reduktion des überschüssigen Chlorgases, sowie Abgasreinigung, sowie Reinigung der pyrogenen Kieselsäure in einem Fließbett durch heiße Gase bei 400 bis 800°C, wird eine pyrogene Kieselsäure in einer Menge von 321 kg/h, entsprechend 2850 Tonnen pro Jahr bei einer Jahresleisten von 8864 Stunden, mit einer spezifischen Oberfläche nach BET von 200 m²/g, mit einer Klopfdichte nach Absackung im 10 kg Papiersack von 40 g/l, mit einem pH einer 4-Gew%igen wässrigen Dispersion von 4,0, einem Siebrückstand nach Mucker größer 40 μm von 0,005 Gew.-%, einer Verdickungswirkung η/η0n einem Siliconöl von 7,5, einer Verdickungswirkung η/η0in einem unvernetztem ungesättigtem Polyesterharz von 6,7, einer mittleren Kugel-äquivalenten hydrodynamischen Partikelgröße von 200 nm nach Ultraschalldispergierung bei 0,3 Gew.-%, einer Temperatur von 25°C und bei pH 10 und gemessen mit einem Malvern Zetasizer Nano ZS^® bei einem Rückstreuwinkel von 173°, erhalten.
Beispiel 8
Ein Gasgemisch mit einer Dosierung von 2600 Nm³/h, das 4,6 Mol.% Methyltrichlorsilan, 7,6 Mol.% Wasserstoff, 17 Mol.% Sauerstoff und 70,5 Mol.% Stickstoff als Gase enthält, und das aus einer Düse mit einer Gasgeschwindigkeit von 54 m/s am Kopf einer Brennkammer über eine Düse in eine Brennerkammer eintritt, wobei die Brennkammer ein Volumen von 3,3 m³ hat, und ein Verhältnis Volumen zu Höhe von 0,71 m² und eine Querschnittsfläche von 0,71 m² aufweist, wird in der Brennkammer bei 1000°C bis 2000°C zur Reaktion gebracht. Nach Absaugen aus der Brennkammer, Abkühlen auf kleiner 200°C, Abtrennen des entstandenen Chlorwasserstoffgases von der entstandenen pyrogenen Kieselsäure durch Gewebefilter, Rückgewinnung trockenen Chlorwasserstoffgases in einem Mehrstufen-Absorptions- und -Desorptionsprozess, Reduktion des überschüssigen Chlorgases, sowie Abgasreinigung, sowie Reinigung der pyrogenen Kieselsäure in einem Fließbett durch heiße Gase bei 400 bis 800°C, wird eine pyrogene Kieselsäure in einer Menge von 321 kg/h, entsprechend 2850 Tonnen pro Jahr bei einer Jahresleisten von 8864 Stunden, mit einer spezifischen Oberfläche nach BET von 200 m²/g, mit einer Klopfdichte nach Absackung im 10 kg Papiersack von 40 g/l, mit einem pH einer 4-Gew%igen wässrigen Dispersion von 4,0, einem Siebrückstand nach Mocker größer 40 μm von 0,005 Gew.-%, einer Verdickungswirkung η/η0in einem Siliconöl von 7,5, einer Verdickungswirkung η/η0in einem unvernetztem ungesättigtem Polyesterharz von 6,7, einer mittleren Kugel-äquivalenten hydrodynamischen Partikelgröße von 200 nm nach Ultraschalldispergierung bei 0,3 Gew.-%, einer Temperatur von 25°C und bei pH 10 und gemessen mit einem Malvern Zetasizer Nano ZS^® bei einem Rückstreuwinkel von 173°, erhalten.
Beispiel 9
Ein Gasgemisch mit einer Dosierung von 3300 Nm³/h, das 14 Mol.% Tetrachlorsilan, 0,1 Mol.% Methyltrichlorsilan, 6,4 Mol.% Wasserstoff, 2,1 Mol.% Kohlendioxid, 17 Mol.% Sauerstoff, 69 Mol.% Stickstoff, 7,2 Mol.% Hydrogenmethyldichlorsilan, 1,3 Mol.% Hydrogentrichlorsilan, 2 Mol.% Tetramethylsilan, 1,4 Mol.% Trimethylchlorsilan und 1,1 Mol.% Alkan (Gemisch aus Propanen, Butanen und Pentanen, Propenen, Butenen und Pentenen sowie Chlorpropanen, Chlorbutanen und Chlorpentanen) als Gase enthält, und das aus einer Düse mit einer Gasgeschwindigkeit von 63 m/s am Kopf einer Brennkammer über eine Düse in eine Brennerkammer eintritt, wobei die Brennkammer ein Volumen von 3,3 m³ hat, und ein Verhältnis Volumen zu Höhe von 0,71 m² und eine Querschnittsfläche von 0,71 m² aufweist, wird in der Brennkammer bei 1000°C bis 2000°C zur Reaktion gebracht. Nach Absaugen aus der Brennkammer, Abkühlen auf kleiner 200°C, Abtrennen des entstandenen Chlorwasserstoffgases von der entstandenen pyrogenen Kieselsäure durch Gewebefilter, Rückgewinnung trockenen Chlorwasserstoffgases in einem Mehrstufen-Absorptions- und -Desorptionsprozess, Reduktion des überschüssigen Chlorgases, sowie Abgasreinigung, sowie Reinigung der pyrogenen Kieselsäure in einem Fließbett durch heiße Gase bei 400 bis 800°C, wird eine pyrogene Kieselsäure in einer Menge von 323 kg/h, entsprechend 2860 Tonnen pro Jahr bei einer Jahresleistung von 8864 Stunden, mit einer spezifischen Oberfläche nach BET von 200 m²/g, mit einer Klopfdichte nach Absackung im 10 kg Papiersack von 40 g/l, mit einem pH einer 4-Gew%igen wässrigen Dispersion von 4,0, einem Siebrückstand nach Mocker größer 40 μm von 0,005 Gew.-%, einer Verdickungswirkung η/η0in einem Siliconöl von 7,5, einer Verdickungswirkung η/η0in einem unvernetztem ungesättigtem Polyesterharz von 6,7, einer mittleren Kugel-äquivalenten hydrodynamischen Partikelgröße von 200 nm nach Ultraschalldispergierung bei 0,3 Gew.-%, einer Temperatur von 25°C und bei pH 10 und gemessen mit einem Malvern Zetasizer Nano ZS^® bei einem Rückstreuwinkel von 173°, erhalten.
Beispiel 10
Ein Gasgemisch mit einer Dosierung von 2450 Nm³/h, das 0 Mol.% Tetrachlorsilan, 5,2 Mol.% Methyltrichlorsilan, 6,2 Mol.% Wasserstoff, 2,1 Mol.% Kohlendioxid, 17 Mol.% Sauerstoff, 69 Mol.% Stickstoff, 0 Mol.% Hydrogenmethyldichlorsilan, 0 Mol.% Hydrogentrichlorsilan, 0 Mol.% Tetramethylsilan, 0 Mol.% Trimethylchlorsilan und 0 Mol.% Alkan (Gemisch aus Propanen, Butanen und Pentanen, Propenen, Butenen und Pentenen sowie Chlorpropanen, Chlorbutanen und Chlorpentanen) als Gase enthält, und das aus einer Düse mit einer Gasgeschwindigkeit von 51 m/s am Kopf einer Brennkammer über eine Düse in eine Brennerkammer eintritt, wobei die Brennkammer ein Volumen von 3,3 m³ hat, und ein Verhältnis Volumen zu Höhe von 0,71 m² und eine Querschnittsfläche von 0,71 m² aufweist, wird in der Brennkammer bei 1000°C bis 2000°C zur Reaktion gebracht. Nach Absaugen aus der Brennkammer, Abkühlen auf kleiner 200°C, Abtrennen des entstandenen Chlorwasserstoffgases von der entstandenen pyrogenen Kieselsäure durch Gewebefilter, Rückgewinnung trockenen Chlorwasserstoffgases in einem Mehrstufen-Absorptions- und -Desorptionsprozess, Reduktion des überschüssigen Chlorgases, sowie Abgasreinigung, sowie Reinigung der pyrogenen Kieselsäure in einem Fließbett durch heiße Gase bei 400 bis 800°C, wird eine pyrogene Kieselsäure in einer Menge von 341 kg/h, entsprechend 3020 Tonnen pro Jahr bei einer Jahresleistung von 8864 Stunden, mit einer spezifischen Oberfläche nach BET von 150 m²/g, mit einer Klopfdichte nach Absackung im 10 kg Papiersack von 40 g/l, mit einem pH einer 4-Gew%igen wässrigen Dispersion von 4,1, einem Siebrückstand nach Mocker größer 40 μm von 0,005 Gew.-%, einer Verdickungswirkung η/η0in einem Siliconöl von 5,5, einer Verdickungswirkung η/η0in einem unvernetztem ungesättigtem Polyesterharz von 4,5, einer mittleren Kugel-äquivalenten hydrodynamischen Partikelgröße von 220 nm nach Ultraschalldispergierung bei 0,3 Gew.-%, einer Temperatur von 25°C und bei pH 10 und gemessen mit einem Malvern Zetasizer Nano ZS^® bei einem Rückstreuwinkel von 173°, erhalten.
Beispiel 11
Ein Gasgemisch mit einer Dosierung von 2690 Nm³/h, das 1,6 Mol.% Tetrachlorsilan, 0,1 Mol.% Methyltrichlorsilan, 5,7 Mol.% Wasserstoff, 1,9 Mol.% Kohlendioxid, 17 Mol.% Sauerstoff, 69 Mol.% Stickstoff, 0,8 Mol.% Hydrogenmethyldichlorsilan, 0,15 Mol.% Hydrogentrichlorsilan, 0,24 Mol.% Tetramethylsilan, 1,6 Mol.% Trimethylchlorsilan und 1,3 Mol.% Alkan (Gemisch aus Propanen, Butanen und Pentanen, Propenen, Butenen und Pentenen sowie Chlorpropanen, Chlorbutanen und Chlorpentanen) als Gase enthält, und das aus einer Düse mit einer Gasgeschwindigkeit von 56 m/s am Kopf einer Brennkammer über eine Düse in eine Brennerkammer eintritt, wobei die Brennkammer ein Volumen von 3,3 m³ hat, und ein Verhältnis Volumen zu Höhe von 0,71 m² und eine Querschnittsfläche von 0,71 m² aufweist, wird in der Brennkammer bei 1000°C bis 2000°C zur Reaktion gebracht. Nach Absaugen aus der Brennkammer, Abkühlen auf kleiner 200°C, Abtrennen des entstandenen Chlorwasserstoffgases von der entstandenen pyrogenen Kieselsäure durch Gewebefilter, Rückgewinnung trockenen Chlorwasserstoffgases in einem Mehrstufen-Absorptions- und -Desorptionsprozess, Reduktion des überschüssigen Chlorgases, sowie Abgasreinigung, sowie Reinigung der pyrogenen Kieselsäure in einem Fließbett durch heiße Gase bei 400 bis 800°C, wird eine pyrogene Kieselsäure in einer Menge von 343 kg/h, entsprechend 3040 Tonnen pro Jahr bei einer Jahresleistung von 8864 Stunden, mit einer spezifischen Oberfläche nach BET von 150 m²/g, mit einer Klopfdichte nach Absackung im 10 kg Papiersack von 40 g/l, mit einem pH einer 4-Gew%igen wässrigen Dispersion von 4,1, einem Siebrückstand nach Mocker größer 40 μm von 0,005 Gew.-%, einer Verdickungswirkung η/η0in einem Siliconöl von 5,5, einer Verdickungswirkung η/η0in einem unvernetztem ungesättigtem Polyesterharz von 4,5, einer mittleren Kugel-äquivalenten hydrodynamischen Partikelgröße von 220 nm nach Ultraschalldispergierung bei 0,3 Gew.-%, einer Temperatur von 25°C und bei pH 10 und gemessen mit einem Malvern Zetasizer Nano ZS^® bei einem Rückstreuwinkel von 173°, erhalten.
Beispiel 12

100 g einer Kieselsäure nach Beispiel 6 mit einer BET von 150 werden in einer Glasapperatur und inerter Stickstoffatmosphäre unter Flzudisierung mit Flügelrührern mit einem feinteiligen Aerosl einer Flüssigkeit belegt, so dass insgesamt 100 g der Flüssigkeit auf die Kieselsäure aufgebracht werden und die Kieselsäure weiterhin das Aussehen eines trockenen kolloidalen Pulvers hat. Anschließend wird die so beladenen Kieselsäure in einer Porzellanschale in einen Trockenschrank von 300 Litern Volumen mit einer Gaszirkulation von 900 Litern pro Minute eingebracht und unter inerter Stickstoffatmosphäre von Flüssigkeit gereinigt und getrocknet auf mindestens > 99 Gew.-% Gehalt Kieselsäure. Anschließend wird die Klopfdichte nach DIN bestimmt. Die mit verschiedenen Flüssigkeiten so erhaltenen Klopfdichten sind in Tabelle 1 zusammengefaßt. Tabelle 1

Dichte der HDK	Flüssigkeit	spez. Dichte der Flüssigkeit	Dielektrizitätskonstante	Oberflächenspannung
g/l		g/l		mN/m
100	Wasser	1,00	78,25	72,8

82	Toluol	0,87	2,3	29

76	c-Hexan	0,78	2,02	25,3

72	MeOH	0,79	32,63	22,6

71	EtOH	0,79	24,3	22,5

67	iPrOH	0,79	18,3	22

64	Si2	0,76	2,17	16

65	n-Hexan	0,66	1,89	18,4

67	Aceton	0,79	21,4	23,3

Beispiel 13
Kieselsäure nach Beispiel 1–11 wird in einer auf einem Acetatvernetzersystem aufgebautem bei Raumtemperatur vernetzenden Silicone Dichtstoffsystem mit schwarzer Farbe eingearbeit.
Anschließend wird mit einem Spatel eine geringe Menge auf eine Polyethylen-Folie aufgetragen und glatt gezogen.
Anschließend wird das Aussehen der Oberfläche bewertet:
Sehr gut – keine Partikel,
gut – wenige Partikel,
befriedigend – einige Partikel,
ausreichend – mehrere Partikel,
mangelhaft – viele Partikel,
ungenügend – sehr viele Partikel
an der Oberfläche.
Das Ergebnis ist in Tabelle 2 zusammengefasst.

Beispiel Klopfdichte Bewertung Aussehen

1 40 2

2 40 2

3 40 2

4 40 2

5 40 2

6 40 2

10 40 2

11 40 2

12 72 3
Messmethoden:

Spezifische Oberfäche nach BET: nach DIN 9277/66132
pH Wert: nach EN ISO 787/9
Siebrückstand nach Mocker (größer 40 μm): nach EN ISO 787/18
Klopfdichte: nach EN ISO 787/11
Feuchte (Gewichtsverlust bei 2 Stunden und 105°C): nach EN ISO 787/2

Definition von Nm³/h:
Nm³/h ist das pro 1 Stunde gelieferte Volumen an Gas oder Dampf.
Definition von Nm³
Der Normkubikmeter (Abkürzung: m³ (i. N.); veraltete Abkürzung: Nm³ oder vereinfacht oft auch Nm3 geschrieben) ist eine in der Verfahrenstechnik verwendete Einheit für das Normvolumen eines Gases.
Die Definition des Normkubikmeters ist in DIN 1343 und in ISO 2533 festgelegt.
Ein Normkubikmeter ist die Menge, die einem Kubikmeter Gas bei einen Druck von 1,01325 bar, einer Luftfeuchtigkeit von 0% (Trockenes Gas) und einer Temperatur von 0°C (DIN 1343) beziehungsweise 15°C (ISO 2533) entspricht.
Das heißt, ein Normkubikmeter Gas hat unter den festgelegten Bedingungen ein Volumen von 1 m3, bei abweichenden Bedingungen aber im Allgemeinen ein anderes Volumen, das durch spezielle Umrechnungen bestimmt werden kann.
In der Druckluftindustrie gelten abweichende Werte nach DIN 1945. Hier ist das Normvolumen angegeben für einen Druck von einem bar, einer Temperatur von 20°C bei 0% Luftfeuchtigkeit.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- EP 773159 B1 [0098]
- DE 4419234 [0111, 0112]
- US 5686054 [0112]
- DE 10145162 [0112]
- US 6800413 [0112]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- Sears et al. [0141]
- DIN 9277/66132 [0172]
- EN ISO 787/9 [0172]
- EN ISO 787/18 [0172]
- EN ISO 787/11 [0172]
- EN ISO 787/2 [0172]
- DIN 1343 [0175]
- ISO 2533 [0175]
- DIN 1343 [0176]
- ISO 2533 [0176]
- DIN 1945 [0178]

Claims

Flammenreaktor, dadurch gekennzeichnet, dass der Flammenreaktor eine Reaktorkammer mit einem Volumen von 1 m³ bis 10 m³, eine Höhe von 1 m bis 10 m und eine Reaktordüse zur Zuführung der Recktanten aufweist.
Flammenreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktorkammer eine Querschnittsfläche von 0,1 m² bis 1 m² aufweist.
Flammenreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Flammenreaktor ein Verhältnis von Volumen zu Höhe von 0,1 m² bis 1 m² aufweist.
Flammenreaktor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktorkammer am Kopf einen Durchmesser von 0,1 m bis 1,0 m aufweist.
Flammenreaktor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktorkammer auf halber Länge einen um mindestens 10% weiteren Durchmesser als der Durchmesser der Reaktorkammer am Reaktorkopf aufweist.
Flammenreaktor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktorkammer einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.
Flammenreaktor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktorkammer offen ist und somit im offenen Austausch mit dem atmosphärischen Druck steht.
Flammenreaktor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktordüse 0,05 m bis 0,25 m im Durchmesser ist.
Flammenreaktor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsfläche der Reaktordüse 0,001 m² bis 0,1 m² groß ist.
Flammenreaktor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Reaktordüse kreisförmig ist.
Flammenreaktor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktordüse in der senkrechten Reaktorkammer oben angeordnet ist und die Reaktordüse nach unten ausgerichtet ist.
Verfahren zur Herstellung von pyrogener Kieselsäure, wobei in einem Reaktor Silizium-haltige Reaktionsgase in einer Flamme zur Reaktion gebracht werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an organischen Nichtsiliziumverbindungen in dem Reaktionsgas kleiner als 5 Mol.% ist.
Verfahren zur Herstellung von pyrogener Kieselsäure nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an anorganischen Nichtsiliziumverbindungen in dem Reaktionsgas kleiner als 1 Gew.-% ist.
Verfahren zur Herstellung von pyrogener Kieselsäure nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an Borverbindungen, Germaniumverbindungen, Titanverbindungen, Eisenverbindungen, Aluminiumverbindungen, Zinnverbindungen, Arsenverbindungen, Schwefelverbindungen, Phosphorverbindungen in den Reaktionsgasen jeweils kleiner als 100 ppm ist, bezogen jeweils auf das jeweilige Element.
Verfahren zur Herstellung von pyrogener Kieselsäure nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass Mischungen, die mehr als 10 Mol.% Methylsiliciumtrichlorid enthalten, eingesetzt werden.
Verfahren zur Herstellung von pyrogener Kieselsäure nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass diese Mischungen, weniger als 20 Mol.% Kohlenstoff-haltige Siliciumverbindungen, die nicht Methylsiliciumtrichlorid sind, sowie weniger als 20 Mol.% Wasserstoff-haltige Siliciumverbindungen sowie weniger als 5 Mol.% nicht Silicium-haltige, gegebenenfalls substituierte, Kohlenwasserstoffe enthalten.
Verfahren zur Herstellung von pyrogener Kieselsäure nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass Mischungen die mehr als 10 Mol.% Siliciumtetrachlorid enthalten, eingesetzt werden.
Verfahren zur Herstellung von pyrogener Kieselsäure nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischungen weniger als 20 Mol.% Kohlenstoff-haltige Siliciumverbindungen sowie weniger als 20 Mol.% Wasserstoff-haltige Siliciumverbindungen sowie weniger als 5 Mol.% nicht Siliciumhaltige, gegebenenfalls substituierte, Kohlenwasserstoffe enthalten.
Verfahren zur Herstellung von pyrogener Kieselsäure nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gasgemisch mit einer Dosierung von 100 bis 5000 Nm³/h, das 0,1–100 Mol.% Tetrachlorsilan, 0–100 Mol.% Methyltrichlorsilan, 1–20 Mol.% Wasserstoff, 0,001 bis 15 Mol.% Kohlendioxid, 10–30 Mol.% Sauerstoff, 50–100 Mol.% Stickstoff, 0–50 Mol.% Hydrogenmethyldichlorsilan, 0,001–100 Mol.% Hydrogentrichlorsilan, 0–50 Mol.% Tetramethylsilan, 0–50 Mol.% Trimethylchlorsilan und 0–20 Mol.% Gemische aus Alkan, Alken oder Halogenalkyl enthält, aus einer Düse mit einer Gasgeschwindigkeit von 10 bis 100 m/s am Kopf einer Brennkammer über eine Düse in eine Brennerkammer eintritt und in der Brennkammer bei 1000°C bis 2000°C zur Reaktion gebracht wird.
Verfahren zur Herstellung von pyrogener Kieselsäure nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte der Kieselsäure durch Anfeuchten und anschließendes Trocknen der Kieselsäure erhöht wird.