DE10251909A1 - Verfahren zur Anwendung von Silica Soot aus der Quarzglas-Herstellung - Google Patents

Verfahren zur Anwendung von Silica Soot aus der Quarzglas-Herstellung

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verwendung von Abfall aus der Quarzglasherstellung. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Verwendung von dem sogenannten Silica Soot, was bei der Herstellung von Quarzglas anfällt, als ein Additiv in anderen industriellen Prozessen, wie z. B. der Produktion von Harzen, Druckschwärzen, Farben und Mittel zur Oberflächenbehandlung, aufladbaren Batterien, Silicium-Elastomeren, Dichtstoffen, Elektrophotograph-Farben- und -Entwickler wie auch in Kosmetik, Pharmazeutika und Nahrungsmittel.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anwendung von Silica Soot aus der Quarzglas-Herstellung. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zur Verwendung von dem hochreinen Silica Soot, das in den Abgas-Filteranlagen der Produktionsanlagen von Quarzglas-Zylinder, das Ausgangsmaterial für die Herstellung von optischen Fiber, gesammelt wird.
  • Hintergrund
  • Die Gruppe der hochdispersen Kieselsäuren besteht aus Micro-Silica, Präzipitat-Silica und Fumed Silica.
  • Micro-Silica entsteht bei der Herstellung von metallischem Silicium in Lichtbogenöfen. Es hat typisch eine spezifische Oberfläche von ungefähr 10-30 m2/g und wird hauptsächlich als Additiv in der Betonherstellung angewendet.
  • Präzipitat-Silica wird in einem hyrometallurgischen Verfahren hergestellt. Es hat typisch eine spezifische Oberfläche von Grössenordnung 90-600 m2/g und findet sowohl als Verstärkungsfüllstoff in Silikon Kautschuk und Kunststoffen als auch als Füllstoff in Papier und Farbe Anwendung.
  • Fumed Silica wird in einem pyrometallurgischen Verfahren Hergestellt. Es hat typisch eine spezifische Oberfläche von Grössenordnung 100-80p m2/g und findet Anwendung sowohl als Geber von pseudoplastischen oder thixotropischen Eigenschaften in Harten, als geber von rheologischen Eigenschaften in Plastisolen, um die Wasseraufnahme von Druck-Schwärze zu reduzieren, als Viskositäts- und Thixotropie-Geber in Farben und Oberflächenbehandlungsstoffen, als Dickmacher in aufladbaren Batterien, in chemischmechanischem Polieren, als Verstärkungsfüllstoff in Silicium-Elastomere, als geber von Verstärkung und rheologischen Eigenschaften in Dichtstoffen, in Elektrophotograph-Farben und -Entwickler als auch in Kosmetik, Pharmaceutika und Nahrungsmittel. Es findet auch Verwendung in der Papierindustrie um die Opazität, die Reflektion und die Adhäsion der Druch- Schwärze an den Rollen zu verbessern, als Retensionshilfe, und um die Oberfläche und die Reibung zu verbessern.
  • Silica Soot kommt aus der Herstellung von hochreinem zusammengeschmolzenem Quarzglas für z. B. die Industrie für optische Fiberkabel. Der erste Produktionsabschnitt von Quarzglas kann der Folgende sein: Das Silica Soot wird in einem flammen-pyrometallurgischen Prozess hergestellt, in dem Silicium Tetrachlorid und verschiedene flüchtigen Reaktanten in eine Sauerstoff/Wasserstoff-Flamme gebracht wird. Das Produkt aus diesem Prozessabschnitt bekommt die Form von kleinen Partikelchen, diese werden üblicherweise Silica "Soot" genannt. Tm zweiten Prozessabschnitt der Quarzglasherstellung wird dieses Silica Soot aul% oder sogar etwas höher als, die Schmelztemperatur erhitzt. Die Silica Soot Partikkelchen schmelzen dann zusammen und bilden ein Quarzglas ohne Poren. Aber ein Teil der Silica Soot-Partikelchen entgehen dem Sinterprozess durch die Abgasanlage des Ofens und muss in der Abgas- Reinigungsanlage aufgelesen werden. Bis jetzt galt dieses Silica Soot aus der Filteranlage als Abfall und wurde bis jetzt pelletiert und auf die städtische Mülldeponie gebracht.
  • Dies ist eine glücklose Lösung eines Abfallproblems, sowohl aus der Sicht der Wirtschaftlichkeit als auch bezüglich Umweltschonung. Ganz besonders sinnlos wird die Deponielösung wenn man bedenkt, dass Silica Soot das Übriggebliebene von einem der reinsten wirtschaftlich verfügbaren Rohmaterialien ist und deswegen ein hochwertiges Material darstellt, das für zahlreichen industriellen Anwendung sehr gut geeignet ist.
    • Aufgaben der Erfindung
  • Die erste Aufgabe der Erfindung besteht darin, für die Abfallbeseitigung Abhilfe zu schaffen, indem das Siliea Soot als Additiv in anderen industriellen Anwendungen eingesetzt wird.
  • Eine zweite Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Anwendung des Silica Soot als Ersatz für Fumed- und Präzipitat-Silica zu beschreiben.
  • Kurze Beschreibung der Erfindung
  • Erfindungsgemäss werden diese Aufgaben durch den Gegenstand der beigefügten Ansprüche und/odet der nachfolgenden Beschreibung gelöst.
  • Die Aufgaben dieser Erfindung werden dadurch gelöst, dass Nutzen aus der Tatsache gezogen wird, dass Siliea Soot ein hochreines, physiologisch untätiges, röntgen-amorphes Siliciumdioxid (SiO2) ist. Darum kann Silica Soot eine Verwendung als Ersatz für herkömmlichen Fumed- und/oder Präzipitat-Silica finden, als ein aktives Verstärkungsfüllstoff und Thixotropiemittel in einer ganzen Reihe von Anwendungen. Diese Tatsache erkennt man an Hand der Tabelle 1, die einige Eigenschaften von herkömmliches Fumed Silica mit der Markenname Wacker HDK® H 15 mit Silica Soot vergleicht. Beide Materialien haben eine strahlend weisse Farbe mit einer Lichtreflektion von über 94%. Tabelle 1 Vergleich zwischen Silica Sooit und Fumed Silica vom Typ Wacker HDK® H 15

  • Aus der Tabelle erkennt man, das Silica Soot reiner ist als Wacker HDK® H 15, dass aber die spezifische Oberfläche von Siliea Soot nur die Hälfte von dem Wacker-Material beträgt. Da für einige Anwendungen die Oberfläche des Materials die dominante Eigenschaft ist, muss man deswegen in diesen Fällen ungefähr die doppelte Menge Silica Soot verwenden, um Fumed Silica zu ersetzen. Selbstverständlich muss man, falls das Oberflächenvorhältnis zwischen dem Silica Soot und dem Fumed- oder Präzipitat-Silica verschieden von den in der Tabelle 1 gezeigeten Beispiel ist, das Mengenverhältnis Silica Soot/ersetzes Silica entsprechend ändern.
  • Auch wenn man Fumed Silica durch grössere Mengen Silica Soot ersetzen muss, besteht immer noch einen wesentlichen wirtschaftlichen Vorteil, da ja Silica Soot bisher als ein Abfall gilt und deshalb sehr preiswert ist verglichen mit hochgereinigten Rohmaterialien wie Fumed- oder Präzipitat-Silica. Und es ist für alle zu erkennen das es von Vorteil ist, wenn ein Abfall wieder als Rohmaterial in industriellen Prozessen Verwendung findet.
    • Genaue Beschreibung der Erfindung
  • Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft anhand von bevorzugten Ausführungen näher erläutert. Diese Ausführungen sind keine Einschränkungen der Erfindung.
    • 1. Beispiel Herstellung von Silikon-Dichtstoff
  • Silikon-Dichtstoff mit Silica Soot ist gemäss ISO 116600 Building construction-Sealants- Classification and requirements produziert und getestet worden. Dabei ist die Austauschbarkeit von Silica Soot gegenüber andren in Formulierungen verwendeten pyrogenen Kieselsäuren untersucht wurden.
  • Bei Silica Soot handelt es sich um eine pyrogene Kieselsäure mit der spezifischen Oberfläche (BET) von 47.9 m2/g. Bei der Einarbeitung in transparente Formulierungen von Silikon-Dichtstoffen erscheint der Dichtstoff opal reflektierend.
  • Bei den Versuchen zur Formulierung eines Silikon-Dichtstoffs wurde der Austausch einer pyrogenen Kieselsäure mit einer BET-Oberfläche von 150 m2/g sowohl in einem transparenten (tr) als auch pigmentierten (pig) Dichtstoff geprüft.
  • Beim Austausch der Silica Soot in einer Silikon-Dichtstoff-Formulierung mit Oxim- Härtung wurden Dichtstoffe mit folgenden Zusammensetzungen erhalten: Tabelle 2 Transparent/transluzente Silikon-Dichtstoffe (Angaben in Massenteilen)

    Tabelle 3 Pigmentierter Silikon-Dichtstoff (Angaben in Massenteilen)

  • Zur Beurteilung der Austauschbarkeit wurde die Dichtstoffe gemäss der ISO 11600 (Building construction - Sealants, Classification and requirements (1993) construction sealants (F)) geprüft.
  • Die Fugendichtstoffe werden gemäss der Norm bezüglich der Zugspannungswerte bei der Dehnung um 100% (zulässige Gesamtverformung 25%) in zwei Klassen aufgeteilt;


  • Wenn entweder bei 23°C oder bei -20°C der Zugspannungswert über den bei dem Typ LM zulässigen Grenzwerten liegt, ist der Dichtstoff als Typ HM zu bezeichnen.
  • Die Ergebnisse der Prüfung sind in den folgenden Tabellen 4 und 5 aufgeführt: Tabelle 4 Prüfergebnisse der Silikon-Fugendichtstoffe transparent/transluzent

    Tabelle 5 Prüfergebnisse des Siliko-Fugendichtstoffs pimentiert

  • In den zuvor beschriebenen Versuchen und Prüfungen konnte nachgewiesen werden, dass Silica Soot in Silikon-Dichtstoffen im Austausch zu den bisher verwendeten pyrogenen Kieselsäuren mit einer BET-Oberfläche von 150 m2/g verwendet werden kann.
  • Der geprüfte transparente/opalisierende Silikon-Dichtstoff genügt die Anforderung von ISO I 1600 für high modulus Dichtstoffe mit einer Gesamtverformung von 25% und ist als Dichtstoff ISO 11600 F-25 HM zu bezeichnen.
  • Wegen der geringeren spezifischen Oberfläche ist die zur Einstellung eines standfesten Dichtstoffs notwendige Menge der Kieselsäure Silica Soot etwa dreimal höher als bei einem Produkt mit einer Oberfläche von 150 m2/g (BET). Der dadurch mögliche höhere Füllgrad ist positiv zu beurteilen.
  • Wegen der weisslich reflektierenden Eigenfarbe der Silica Soot ist sie besonders geeignet für transluztente, opalisierende Formulierungen von Siliko-Dichtstoffen.
    • 2. Beispiel Herstellung von Acrylat-Dichtstoff
  • Acryl-Dichtstoff mit Silica Soot ist gemäss ISO F/DIS 116600: 2001 Building construction-Jointing products-Sealants-Classification and requirements produziert und getestet worden.. Dabei ist die Austauschbarkeit von Silica Soot gegenüber der in Formulierungen häufig verwendeten pyrogenen Kieselsäure Aerosil R 972 untersucht worden.
  • Wie schon beschrieben ist Silica Soot eine pyrogene Kieselsäure mit der spezifischen Oberfläche (BT) von etwa 50 m2/g.
  • Bei den Versuchen zur Formulierung eines Acrylat-Dichtstoffs auf Wasser-Basis wurde der Austausch der pyrogenen Kieselsäure Aerosil R 972, mit einer BET-Oberfläche von 110 m2/g und mit einer hydrophobisierten Oberfläche, durch die pyrogene Kieselsäure Silica Soot mit einer spezifischen Oberfläche (BET) von 47.9 m2/g untersucht.
  • Beim Einsatz von Silica Soot in einer Acrylat-Dichtstoffformulierung wurden Dichtstoffe mit folgenden Zusammensetzungen erhalten: Tabelle 6 Formulierungen Acrylat-Dichtstoffe (Angaben in Massenteilen)

  • Zur Beurteilung der Austauschbarkeit der pyrogenen Kieselsäuren wurden die Dichtstoffe gemäss der ISO F/DIS 11600: 2001 (Building construction - Jointing products - Sealants, Classification and requirements construction sealants (F)) geprüft.
  • Die Acrylat-Fugendichtstoffe mit einer zulässigen Gesamtverformung von 12,5% werden gemäss der Norm u. a. nach ihrem Rückstellvermögen klassifiziert:
    Klasse 12,5 E überwiegend elastisch Rückstellvermögen ≥ 40%;
    Klasse 12,5 P überwiegend plastisch Rückstellvermögen < 40%.
  • Die hier geprüften Acrylat-Dichtstoff-Formulierungen entsprechen einem Dichtstoff mit überwiegend elastischen Eigenschaften.
  • Es wurden die in der Tabelle 7 aufgeführten Prüfungen durchgeführt: Tabelle 7 Prüfprogramm

  • Die Prüfung der Haft- und Dehneigenschaften wurde durchgeführt an Prohekörpern aus Betonmörtel. Die Haftflächen der Betonprismen wurden mit dem DISBON 486 Acryl- Tiefgrund vorbehandelt. Die Ablüftzeit bis zum Einbringen des Fugendichtstoffs betrug 30 min.
  • Die Vorlagerung der Probekörper für erfolgte gemäss Verfahren B der Prüfvorschriften DIN EN 28 340.
  • Die Prüfung der Dichtstoffe gemäss ISO F/DIS 11600: 2001 erfolgte gemäss den in den Prüfvorschriften vorgegebenen Prüfbedingungen.
  • Die dynamische Viskosität wurde mit einem Rotationsviskosimeter der Firma Haake mit Kegel-Platte gemäss ISO 3219 bei einer Prüftemperatur von 23°C. Unter Verwendung des Messsystems PK5-1,0 wurde bei einem Geschwindigkeitsgefälle von 0 s-1 bis 50 s-1 die Kurvenart Hysteresis ausgeführt.
  • Die Ergebnisse der Prüfung sind in der Tabelle 8 aufgeführt: Tabelle 8 Prüfergebnisse Acrylat-Fugendichtstoff auf Wasser-Basis

  • In den zuvor beschriebenen Versuchen und Prüfungen wurde nachgewiesen, dass die pyrogenen Kieselsäure Silica Soot im Austausch zu den bisher verwendeten pyrogenen Kieselsäuren mit einer spezifischen Oberfläche BET von 110 m2/g in Dispersions- Acrylatdichtstoffen verwendet werden kann.
  • Der geprüfte Dispersions-Acrylatdichstoff genügt die Anforderungen der ISO F/DlS 11600 : 2001 für Dichtstoffe mit überwiegend elastischen Eigenschaften und einer zulässigen Gesamtverfonnung von 12,5 und ist zu bezeichnen als:
    Dichtstoff ISO 11600 F-12,5 E.

Claims (16)

1. Verfahren zum Herstellen von Silikon Kautschuk Dichtstoff durch Oxim- Härtung einer herkömmlichen Dichtstoff-Formulierung bestehend aus Füllstoff, Weichmacher, Haftungsverbesserer, Querverbinder und Aushärter, bis die optimalen rheologischen Eigenschaften und die notwendige mechanische Stärke erziehlt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkungsfüllstoff und das Mittel für die Fliesseigenschaften Silica Soot aus der Quarzglasherstellung und nicht die herkömmliche pyrogene Kieselsäure ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis (Gewichtsteile mal BET für Silica Soot)/(Gewichtsteile mal BET für pyrogene Kieselsäure) im Bereich <0.8, 1.5>, vorzugsweise im Bereich <0.9, 1.3> liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle einer Herstellung von tranzluzenten, opalisierenden Silikon-Dichtstoffen das Verhältnis (Gewichtsteile mal BET für Silica Soot)/(Gewichtsteile mal BET für pyrogene Kieselsäure) im Bereich <0.9, 1.0> liegt.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle einer Herstellung von pigmentierten Silikon-Dichtstoffen das Verhältnis (Gewichtsteile mal BET für Silica Soot)/(Gewichtsteile mal BET für pyrogene Kieselsäure) im Bereich <1.15, 1.25> liegt.
5. Verfahren zum Herstellen von einem Mittel zur Regelung von Viskosität und rheologischen Eigenschaften, dadurch gekennzeichnet, dass Silica Soot und Wasser im Gewichtsverhältnis 1 : 1 zu einem Slicker gemischt wird.
6. Verfahren zum herstellen von Dispersions-Acrylat-Fugendichtstoff nach herkömmlichen Methoden, dadurch gekennzeichnet, dass die normalerweise verwendete pyrogene Kieselsäure mit hydrophobisierter Oberfläche durch Silica Soot aus der Quarzglasherstellung ausgetauscht wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis (Gewichtsteile mal BET für Silica Soot)/(Gewichtsteile mal BET für pyrogern hydrophobe Kieselsäure) im Bereich <0.8, 1.5> liegt, vorzugsweise im Bereich <0.9, 1.3> liegt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis (Gewichtsteile mal BET für Silica Soot)/(Gewichtsteile mal BET für pyrogene hydrophobe Kieselsäure) im Bereich <0.95, 1.05> liegt.
9. Verfahren zum Herstellen von Silikon Kautschuk Dichtstoff durch Hydrolyse von Dimetyldichlorsilan bis das ganze Material polymerisiert ist, wobei das gebildete Polymer mit Füllstoff, Weichmacher, Haftungsverbesserer, Querverbinder und Aushärter gemischt wird, bis die optimalen rheologischen Eigenschaften und die notwendige mechanische Stärke erziehlt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkungsfüllstoff und das Mittel für die Fliesseigenschaften Silica Soot aus der Quarzglasherstellung und nicht die herkömmliche pyrogene Kieselsäure ist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis (Gewichtsteile mal BET für Silica Soot)/(Gewichtsteile mal BET für pyrogene Kieselsäure) im Bereich <1.5, 2.5>, vorzugsweise im Bereich <1.8, 2.2> liegt.
11. Verfahren zum herstellen von Polysulphid-Kautschuk-Dichtstoff nach herkömmlichen Methoden, dadurch gekennzeichnet, dass die normalerweise als Füllstoff verwendete Kreide durch Silica Soot aus der Quarzglasherstellung ausgetauscht wird.
12. Anwendung von einer Abfallfraktion bestehend aus Silica Soot aus der ' Herstellung von Quarzglas als ein Mittel zur Regelung von Viskosität und rheologischen Eigenschaften.
13. Anwendung von einer Abfallfraktion bestehend aus Silica Soot aus der Herstellung von Quarzglas als ein Mittel zur Regelung von Viskosität und rheologischen Eigenschaften durch Mischung mit Wasser im Gewichtsverhältnis ungefähr 1 : 1.
14. Anwendung von einer Abfallfraktion bestehend aus Silica Soot aus der Herstellung von Quarzglas als Ersatz für pyrogene Kieselsäure in industriellen Prozessen.
15. Anwendung von einer Abfallfraktion bestehend aus Silica Soot aus der Herstellung von Quarzglas als Ersatz für Präzipitat Silica in industriellen Prozessen.
16. Anwendung von einer Abfallfraktion bestehend aus Silica Soot aus der Herstellung von Quarzglas als Ersatz für Kreide als Füllstoff in Polysulphid- Kautschuk-Dichtstoff.
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CN103214854A (zh) * 2013-03-26 2013-07-24 安徽瑞侃电缆科技有限公司 一种环保型耐火控制电缆料及其制备方法
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