DE1080987B - Verfahren zur Herstellung stabiler waessriger Dispersionen von pyrogener Kieselsaeure - Google Patents

Verfahren zur Herstellung stabiler waessriger Dispersionen von pyrogener Kieselsaeure

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DE1080987B
DE1080987B DEC17777A DEC0017777A DE1080987B DE 1080987 B DE1080987 B DE 1080987B DE C17777 A DEC17777 A DE C17777A DE C0017777 A DEC0017777 A DE C0017777A DE 1080987 B DE1080987 B DE 1080987B
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DE
Germany
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silica
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stable aqueous
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fumed silica
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Application number
DEC17777A
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English (en)
Inventor
Kenneth W Loftman
Joseph R Thereault
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Godfrey L Cabot Inc
Original Assignee
Godfrey L Cabot Inc
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Publication date
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    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/113Silicon oxides; Hydrates thereof
    • C01B33/12Silica; Hydrates thereof, e.g. lepidoic silicic acid
    • C01B33/14Colloidal silica, e.g. dispersions, gels, sols
    • C01B33/141Preparation of hydrosols or aqueous dispersions
    • C01B33/1415Preparation of hydrosols or aqueous dispersions by suspending finely divided silica in water
    • C01B33/1417Preparation of hydrosols or aqueous dispersions by suspending finely divided silica in water an aqueous dispersion being obtained
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
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    • C01B33/1415Preparation of hydrosols or aqueous dispersions by suspending finely divided silica in water

Description

  • Verfahren zur Herstellung stabiler wäßriger Dispersionenvon pyrogener Kieselsäure Die Erfindung betrifft die Herstellung wäßriger Dispersionen von Metalloxyden, insbesondere ein Verfahren zur Herstellung einer stabilen wäßrigen Dispersion, mit verhältnismäßig hoher Konzentration an feinverteilter Kieselsäure.
  • Kieselsäure von äußerst geringer Teilchengröße wird für viele Zwecke gebraucht, bei denen die Anwendung der - Kieselsäure in Form einer wäßrigen Dispersion vorteilhaft ist,-beispielsweise für rutschfeste Fußbodenwachse, schaumig geschlagene Latizes, Überzüge für Reproduktionspapier, zum Spinnen von Wolle und für schmutzfeste Verbindungen für Textilfasern: Gefällte Kieselsäuresole, d. h. solche, die durch Behandlung einer wäßrigen Lösung eines löslichen Silikats mit einer Säure gebildet werden, mit einem Kieselsäuregehalt bis zu 30 Gewichtsprozent sind zur Zeit für diese Zwecke erhältlich.
  • Vor kurzem erschien eine weitere Art einer feinverteilten Kieselsäure auf dem Markt, die - durch Dampfphasenhydrolyse eines Siliciumhalogenids bei hoher Temperatur (etwa 1100° C) hergestellt wird. Durch dieses Herstellungsverfahren werden sehr kleine diskrete -Teilchen hoher chemischer- Reinheit mit großer Oberfläche (bis zu 200 m2/g) und ungewöhnlichen Oberflächeneigenschaften erhalten.
  • Zwar erwiesen sich pyrogene Kieselsäuren bei vielen Verwendungszwecken den gefällten Kieselsäuren als überlegen,,jedoch war es bisher unmöglich, mit ihnen wäßrige solartige Dispersionen mit höheren Konzentrationen herzustellen, da bei höheren Konzentrationen entweder unmittelbar oder nach kurzzeitigem Lagern Gelbildung des Sols eintritt. Für viele Zwecke ist-ein Hydrosol, das nur 15% Kieselsäure enthält, wegen der vorhandenen großen Wassermenge ungeeignet oder unerwünscht.
  • Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung kann eine stabile wäßrige Dispersion hergestellt werden, die bis zu 401/a pyrogene Kieselsäure enthält. Die Kieselsäure wird so eingearbeitet, daß Gelbildung sowohl während des Mischens als auch während der anschließenden Lagerung und Verwendung verhindert wird.
  • Es wurde gefunden, daß bis zu 40 Gewichtsprozent pyrogene Kieselsäure in eine stabile wäßrige Dispersion eingebaut werden können, wenn die Kieselsäure, bevor sie dem Wasser zugesetzt wird, in geeigneter Weise agglomeriert wird und während des Mischvorganges der p$ Wert der Dispersion sorgfältig kontrolliert und zu einem bestimmten Zeitpunkt ein geeignetes Dispergiermittel zugegeben wird.
  • Es zeigte sich, daß zur Erzielung einwandfreier Dispergierung die pyrogene Kieselsäure in trockener Form einen bestimmten Mindestgrad der Agglomerierung aufweisen muß. Pyrogene Kieselsäure, die normalerweise ein Schüttgewicht - von etwa 40 g/1 hat, kann zu dem gewünschten Grad agglomeriert werden, indem sie in einer rotierenden Trommel mit einer Verdichtungsvorrichtung, z. B. einem frei rotierenden Zylinder, behandelt wird. Mit einer solchen Vorrichtung kann das Schüttgewicht auf 95 bis 240 g/1 erhöht werden. Dieses Schüttgewicht erwies sich als ausreichend für das erfindungsgemäße Verfahren.
  • Die auf diese Weise agglomerierte Kieselsäure kann dann in einem Homogenisator, einer Kolloidmühle, einer Kugelmühle oder anderen geeigneten Mühle auf folgende Weise in Wasser dispergiert werden: Die gewünschte Wassermenge wird in die Mühle gegeben. Während die Mühle arbeitet, wird die agglomerierte Kieselsäure langsam dem Wasser zugesetzt. Wenn die Konzentration der Kieselsäure etwa 15 Gewichtsprozent erreicht hat, wird durch Zugabe einer entsprechenden Alkalihydroxydmenge der pa-Wert auf einen Wert zwischen etwa 8,5 und 10,5 eingestellt. Gleichzeitig wird etwa 1 Gewichtsprozent eines Dispergiermittels, bezogen auf das Gewicht der Kieselsäure in der Dispersion, dem Hydrosol zugesetzt. Ist die Base oder das Dispergiermittel in Form einer Lösung in Wasser zuzusetzen, muß die ursprünglich in die Mühle eingesetzte Wassermenge um die in der Lösung enthaltene Menge verringert werden.
  • Nun wird unter ständigem Mahlen weitere Kieselsäure langsam zugegeben, bis die Viskosität scharf ansteigt. Dies tritt bei einer Kieselsäurekonzentration von etwa 20 bis 25-% ein. Zu diesem Zeitpunkt wird dem Gemisch weiteres Alkalihydroxyd in solcher Menge zugesetzt, daß der pH-Wert wieder auf eine Höhe in dem obengenannten Bereich gebracht wird. Gleichzeitig wird so viel Dispergiermittel zugesetzt, daß dessen Konzentration wieder etwa 1 Gewichtsprozent, bezogen auf Gesamtkieselsäure in der Dispersion, beträgt.
  • Durch weitere Zugabe von Kieselsäure bis zum Punkt scharf ansteigender Viskosität und anschließendes Zusetzen von Alkalihydroxyd und Dispergiermittel in einer Menge, daß die Konzentration dieser beiden Stoffe wieder je 1 Gewichtsprozent der Gesamtkieselsäure beträgt, werden stabile Dispersionen mit einem Gehalt bis zu 40 Gewichtsprozent pyrogener Kieselsäure erhalten.
  • Als Dispergiermittel gemäß der Erfindung eignen sich im allgemeinen Salze von teilweise polymerisierten Arylsulfonsäuren und Salze von Alkylsulfonsäuren; insbesondere erwiesen sich folgende Dispergiermittel als geeignet: Polymethylen-bis-naphthalinnatriumsulfonat, das neutrale Natriumsalz einer kondensierten Arylsulfonsäure, das Natriumsalz von polymerisierter Alkylnaphthalinsulfonsäure und das Natriumsalz einer Arylsulfonsäure. Beispiel In eine Kolloidmühle wurden 1500 g Wasser gegeben. Während die Mühle arbeitete, wurden 265 g agglomeriertepyrogene Kieselsäure mit einer Teilchengröße von etwa 0,015 bis 0,020 [, und einem Schüttgewicht von etwa 130g/1 zugesetzt. Der Feststoffgehalt des Gemisches betrug 15%. Nach guter Dispergierung der Kieselsäure, wozu etwa 15 Minuten erforderlich waren, wurden 2,65 g Natriumhydroxyd in 40%iger Lösung und 2,65 g Polymethylen-bisnaphthalinnatriumsulfonat als Dispergiermittel in 40%iger Lösung in Wasser zugesetzt. Unter fortgesetztem Mahlen wurde langsam weitere Kieselsäure zugegeben. Nachdem 446 g zugefügt waren, begann die Viskosität des Gemisches deutlich zu steigen. Jetzt wurden 1,81 g Natriumhydroxyd und 1,81 g des obigen Dispergiermittels zugegeben, um die Konzentration dieser beiden Stoffe auf etwa 1 Gewichtsprozent der vorhandenen Kieselsäure zu bringen. Bei weiterem Mahlen ging die Viskosität wesentlich zurück. Nun wurde erneut Kieselsäure langsam zugesetzt, bis die Viskosität des Gemisches wiederum stark anstieg. Dies trat ein, nachdem die Gesamt-Kieselsäure in der Dispersion 556 g erreicht hatte entsprechend einer Konzentration von 270/a. Nun wurden 1,1 g Natriumhydroxyd und 1,1 g des obigen Dispergiermittels zugeführt, worauf die Viskosität wieder wesentlich fiel. Wieder wurde Kieselsäure langsam zugegeben. Nachdem die Gesamtmenge der Kieselsäure in der Dispersion 643 g erreicht hatte entsprechend einer Konzentration von 30°/0, wurden 0,87g NaOH und 0,87g des obigen Dispergiermittels zugesetzt. Anschließend wurde das Gemisch noch etwa 1 Stunde gemahlen, herausgenommen und in einen Vorratsbehälter gegeben. Nach 7 Monaten war keine Gelbildung eingetreten. Andere Dispersionen, die nach dem obigen Verfahren hergestellt wurden und bis zu 400/a Kieselsäure enthielten, zeigten nach 3monatiger Lagerung keine Gelbildung.
  • Nach dem oben beschriebenen Verfahren können insbesondere hochkonzentrierte Dispersionen von pyrogener Kieselsäure hergestellt werden, jedoch eignet es sich auch zur Bildung von Dispersionen von feinverteilter gefällter Kieselsäure oder von Kieselsäure, die durch Dampfphasenhydrolyse hergestellt wird.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH: Verfahren zum Herstellen von stabilen wäßrigen Dispersionen von pyrogener Kieselsäure einer Teilchengröße von etwa 0,010 bis 0,025e, in Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß die Kieselsäure zunächst auf etwa 0,096 bis 0,24 g/cm3 (Schüttgewicht 95 bis 240g/1) verdichtet und dann die verdichtete Kieselsäure in Anteilen dem Wasser in einer Mühle mit starker Scherwirkung zugesetzt wird, wobei bei jedesmaligem größerem Viskositätsanstieg ein Dispersionsmittel und Alkalihydroxyd zugesetzt wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 877 891, 893 497; R. K. 11 er, »The Colloid Chemistry of Silica and Silicates«, 1955, S.110.
DEC17777A 1957-11-04 1958-11-03 Verfahren zur Herstellung stabiler waessriger Dispersionen von pyrogener Kieselsaeure Pending DE1080987B (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4041828A1 (de) * 1990-12-24 1992-07-02 Degussa Verfahren zur herstellung und foerderung einer waessrigen kieselsaeuresuspension

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE877891C (de) * 1951-03-01 1953-05-28 Degussa Verfahren zur Herstellung kolloidaler Loesungen
DE893497C (de) * 1943-07-14 1953-10-15 Degussa Verfahren zur Verbesserung der Verarbeitungseigenschaften von feinverteilter Kieselsaeure

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