DE1233371B

DE1233371B - Verfahren zur Herstellung eines siliciumdioxydhaltigen Aerogels

Info

Publication number: DE1233371B
Application number: DES83846A
Authority: DE
Inventors: Albert B Schwartz
Original assignee: Mobil Oil Corp
Current assignee: ExxonMobil Oil Corp
Priority date: 1962-03-14
Filing date: 1963-02-21
Publication date: 1967-02-02
Also published as: US3165379A

Description

DEUTSCHES •HflPW^ PATENTAMT

Deutsche Kl.: 12 i - 33/14

AUSLEGESCHRIFT

Nummer: 1233 371

Aktenzeichen: S 83846IV a/12 i

1 233 371 ' Amneifetag: 21.Februar 1963

Auslegetag: 2. Februar 1967

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung eines siliciumdioxydhaltigen Aerogels, d. h. eines Gels, dessen eine kontinuierliche Phase ein Gas ist.

Die Herstellung von siliciumdioxydhaltigen Aerogelen ist z. B. in den USA.-Patentschriften 2 093 454, 2 249 767 beschrieben worden. Gemäß diesen Patentschriften besteht ein Siliciumdioxydhydrogel, das durch Einwirkung einer Säure auf Natriumsilicat gebildet wurde, aus einer kontinuierlichen festen Phase und einer kontinuierlichen flüssigen Phase. Die feste Phase weist eine Struktur von Siliciumdioxydfasern auf, wobei die flüssige Phase zwischen diesen Fasern gehalten wird. Wenn ein solches Gel bei normalem Druck getrocknet wird, tritt eine sehr ausgeprägte Schrumpfung ein, und das sich ergebende Produkt ist eine schwere harte glasartige Masse. Die Schrumpfung wird durch die Bildung einer Gas-Flüssigkeits-Zwischenfläche innerhalb der Gelporen während der Verdampfung der Flüssigkeit verursacht. Oberflächenspannungskräfte, die an dieser Zwischenfläche vorliegen, genügen, um ein Zusammenziehen der Fasern zu veranlassen, bis die Struktur hinreichend verdichtet ist, um solchen Kräften zu widerstehen. Wenn das Gel unter hinreichendem Druck erhitzt wird, um eine Verdampfung innerhalb des Gels herbeizuführen, bildet sich keine Gasphase, bis die kritische Temperatur der Flüssigkeit erreicht ist. An diesem Punkt wandelt sich die flüssige Phase augenblicklich in die Gasphase um, so daß eine Gas-Flüssigkeits-Zwischenfiäche vermieden wird. Wenn einmal die Gasphase erreicht ist, kann das Gas abgezogen werden, ohne irgendeinen Zusammenbruch der festen Struktur zu verursachen. Das sich ergebende Produkt ist ein leichter, schwach opaleszierender Feststoff, der bis zu 95 Volumprozent Luft enthalten kann. Da kolloidales Siliciumdioxyd in Gegenwart von Wasser bei erhöhten Temperaturen eine Änderung erfährt, die zu einer stark erhöhten Teilchengröße führt, wird die wäßrige Phase des Hydrogels vor der Autoklavbehandlung gewöhnlich durch eine organische Flüssigkeit ersetzt, z. B. Äthylalkohol oder Äthyläther. Die organische Flüssigkeit wird dann bei einer Temperatur oberhalb der kritischen Temperatur entfernt, wobei ein getrocknetes Gel zurückbleibt, welches das gleiche Volumen wie das ursprünglich gebildete Hydrogel hat.

Das bekannte Verfahren ist verhältnismäßig kostspielig, da es die Verwendung von großen Mengen organischer Flüssigkeit erfordert, von der im allgemeinen ein wesentlicher Anteil nicht wiedergewonnen werden kann. Außerdem ist zu beachten, daß Siliciumdioxydaerogele gewöhnlich nicht aus Silicium-Verfahren zur Herstellung eines
siliciumdioxydhaltigen Aerogels

Anmelder:

Mobil Oil Corporation,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr. E. Wiegand und Dipl.-Ing. W. Niemann,
Patentanwälte, München 15, Nußbaumstr. 10

Als Erfinder benannt:
Albert B. Schwartz,
Philadelphia, Pa. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 14. März 1962 (179 742)

dioxydgelen erzeugt werden können, in denen die flüssige Phase aus Wasser besteht, da derartige Gele normalerweise gelöst werden, bevor die kritische Temperatur erreicht ist.

Zur Uberwindung der geschilderten Nachteile ist vorgeschlagen worden, siliciumdioxydhaltige Aerogele herzustellen, indem man anfänglich ein Siliciumdioxydhydrogel durch Vermischung von Natriumsilicat mit einer Mineralsäure bei einem pH-Wert von etwa 3,5 bis 4,5 bildet und das sich ergebende Hydrosol sich zu einem Hydrogel verfestigen läßt. Das in dieser Weise erhaltene Siliciumdioxydhydrogel, das im wesentlichen frei von metallischen Kationen ist, wird dann in einem druckbeständigen Gefäß erhitzt, ohne das Gel einer wesentlichen verdichtenden Flüssigkeit - Feststoff - Grenzfläche zu unterwerfen. Diese Methode hat aber den Nachteil, daß sie die Verwendung von säurebeständigen Reaktionsbehältern und von kostspieligen Hochdruckausrüstungen notwendig macht.

Aufgabe der Erfindung ist insbesondere die Herstellung von sihciumdioxydhaltigen Aerogelen nach einem Verfahren, das nicht die bei den vorstehend geschilderten früheren Arbeitsweisen vorhandenen Nachteile aufweist und in einfacher und technisch vorteilhafter Weise durchführbar ist.

709 507/348

Das Verfahren gemäß der Erfindung zur Herstellung eines siliciumdioxydhaltigen Aerogels durch Umsetzung eines Alkalisilicats mit einem wasserlöslichen Ammoniumsalz unter Bildung eines Hydrosols, überführen des Hydrosols in ein Hydrogel 5 sowie Waschen und Trocknen des Hydrogels ist dadurch gekennzeichnet, daß man solche Mengenverhältnisse an Alkalisilicat und wasserlöslichem Ammoniumsalz einsetzt, daß sich ein siliciumoxydhaltiges Hydrosol mit einem pH-Wert von etwa 9,5 bis 11,2 und einer Siliciumdioxydkonzentration zwischen etwa 80 und 160 g SiO₂ je Liter Hydrosol bildet.

Das sich ergebende Produkt ist ein siliciumdioxydhaltiges Gel von sehr geringer Dichte, das leicht pulverisierbar ist und ein nichtglasiges Aussehen besitzt. Das Produkt ist für viele technische Anwendungszwecke, wie Isolationen, Streckmittel für Firnisse, Lacke und Emaillen, Verstärkungsmittel für Kunststoffmaterialien und Kautschuk, Verdickungsmittel für Druckfarben, ein Ausgleiten verhindernde Bestandteile in Fußbodenwachsen, Formschmiermittel, Formschlichten oder als Mittel gegen Zusammenbacken von Pulvern gut geeignet.

Der Alkalisilicat-Reaktionsteilnehmer, der bei dem Verfahren gemäß der Erfindung bei der Herstellung des siliciumdioxydhaltigen Sols verwendet wird, ist im allgemeinen Natriumsilicat. Jedoch kommt eine Anwendung anderer geeigneter Alkalisilicate, wie beispielsweise KaIiumsiIicat, gleichfalls in Betracht. Das bei der Bereitung des siliciumhaltigen Sols benutzte Gelbildungsmittel besteht aus einem wasserlöslichen Ammoniumsalz, beispielsweise aus Ammoniumacetat, Ammoniumsulfat, Ammoniumchlorid, Ammoniumcarbonat, Ammoniumfluorid, Ammoniumbromid, Ammoniumnitrat oder Ammoniumphosphat.

Die Umsetzung von Alkalisilicaten mit Ammoniumsalzen zur Herstellung von feinkörnigen oder harten, glasartigen porösen Massen ist an sich bekannt. Es war jedoch nicht bekannt, daß man durch Innehaltung genau geregelter Bedingungen hinsichtlich des pH-Wertes und der Siliciumdioxydkonzentration in dem Hydrösol, aus dem das Hydrogel gebildet wird, ein Aerogel mit einer sehr geringen Dichte erzielen kann.

Es ist gefunden worden, daß es bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wesentlich ist, daß das Verhältnis des aus einem Ammoniumsalz bestehenden Gelbildungsmittels zu dem Alkalisilicat so geregelt wird, daß ein Sol mit einem pH-Wert in dem Bereich von etwa 9,5 bis 11,2 und vorzugsweise 10 bis 11 erzeugt wird. Die relativen Mengenanteile und Konzentrationen der Reaktionsteilnehmer sind ferner derart zu regeln, daß das entstehende Sol eine Siliciumdioxydkonzentration zwischen 80 und 160 und vorzugsweise zwischen 85 und 135 g SiO₂ je Liter Sol hat. Es wurde gefunden, daß geringere Konzentrationen an Siliciumdioxyd unerwarteterweise zu Siliciumdioxydprodukten führen, die eine höhere Geldichte haben als die mit Solen erhaltenen Produkte, die eine Siliciumdioxydkonzentration innerhalb des vorstehend angegebenen Bereiches aufweisen. Weiterhin ist festgestellt worden, daß Sole mit einem pH-Wert von weniger als 9,5 ein Gelprodukt mit einer beträchtlich höheren Dichte ergeben, als sie bei Regelung des pH-Wertes des Sols innerhalb des Bereiches von 9,5 bis 11,2 erhalten wird. Bei einem pH-Wert

über 11,2 wird die Gelierzeit lang, und die Dichte des entstehenden Gels ist gleichfalls beträchtlich höher als die Dichte die bei Regelung des pH-Wertes des Sols innerhalb des vorstehend angegebenen Bereiches von etwa 9,5 bis 11,2 erzielt wird. Die Menge des als Gelbildungsmittel zu verwendenden Ammoniumsalzes ändert sich entsprechend den jeweiligen Bedingungen.

Wenn die vorstehenden Angaben bezüglich des pH-Wertes des Sols und der Siliciumdioxydkonzentration eingehalten werden, sind die entstehenden Hydrogele weiß oder opak und führen zu einem Gelprodukt geringer Dichte, das durch eine Teilchendichte von weniger als 0,4 g/cm³ und im allgemeinen weniger als 0,3 g/cm³ gekennzeichnet ist. Im Gegensatz hierzu ist, wenn die Gele außerhalb der vorstehend angegebenen Bereiche bereitet werden, das HydrogeI durchsichtig oder klar und führt zu einem Produkt hoher Dichte. Die Teilchendichte, wie sie hierin benutzt wird, ist die Dichte in Gramm je Kubikzentimeter eines einzelnen Teilchens, also ausschließlich des Leerraums zwischen den Teilchen, aber einschließlich des inneren Porenvolumens. Das Schüttgewicht, das von der Kornform der Feststoffteilchen abhängt, ist beträchtlich kleiner als die Teilchendichte.

Das anfänglich erhaltene siliciumdioxydhaltige Hydrogel enthält infolge der Verwendung des Alkalisilicat-Reaktionsteilnehmers zeolithisch gebundenes Alkalimetall. Wenn demgemäß Natriumsilicat als Reaktionsteilnehmer benutzt wird, enthält das anfänglich gebildete siliciumdioxydhaltige Gel zeolithisch gebundenes Natrium. Derartiges zeolithisch gebundenes Alkalimetall kann durch Basenaustausch, d. h. durch Wasserstoff, Ammonium oder ein anderes Metallion, aus dem siliciumdioxydhaltigen Gel entfernt werden. Ein solcher Basenaustausch ist nicht wichtig, um bei dem Verfahren gemäß der Erfindung ein Aerogelprodukt geringer Dichte zu erhalten. Jedoch kann eine Entfernung von zeolithisch gebundenem Alkalimetall in Abhängigkeit von der Verwendung des Produktes erwünscht oder notwendig sein. Wenn das siliciumdioxydhaltige Aerogelprodukt beispielsweise in der Katalyse entweder als Katalysator oder als Träger für ein geeignetes katalytisches Mittel verwendet werden soll, ist es im allgemeinen erwünscht, daß das Produkt frei von zeolithisch gebundenem Alkalimetall ist. Wenn es erwünscht ist, die chemische Zusammensetzung des Aerogels durch Einführung von anderen Metallionen abzuwandeln, kann dies während eines Ersatzes des zeolithisch gebundenen Alkalimetalls mit einer geeigneten Basenaustauschlösung, die solche anderen erwünschten Metallionen enthält, erfolgen. Wenn es nicht erwünscht oder notwendig ist, ein anderes Metallion einzuführen, kann die Basenaustauschlösung ein Ammoniumsalz oder eine Säure sein.

Das entstehende siliciumdioxydhaltige Hydrogel, unabhängig, ob es eine Basenaustauschbehandlung erfahren hat oder nicht, wird frei von wasserlöslichem Material gewaschen. Das sich ergebende gewaschene Gel wird danach im allgemeinen in Luft oder Wasserdampf unter atmosphärischen Druckbedingungen getrocknet. Das getrocknete Gel kann, falls gewünscht, getempert werden, je nach der Verwendung des Produktes. Die Trocknung des Hydrogels wird im allgemeinen bei einer Temperatur zwischen etwa 66 und 177° C durchgeführt, bis das Pro-

dukt frei von Feuchtigkeit ist. Sofern eine Temperungsbehandlung angewendet wird, wird diese gewöhnlich bei einer Temperatur zwischen etwa 177 und 760° C 1 bis 24 Stunden lang durchgeführt.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ist brauchbar für die Bildung von Aerogelen in satzweiser Methode, bei der das anfängliche Hydrogel in einer Masse gebildet wird, die nachfolgend zu Stücken oder Teilchen gewünschter Größe aufgebrochen wird. Alternativ kann das Hydrogel gleich in Form von kugelförmigen Teilchen erhalten werden, indem man das Sol in Form von Kügelchen in eine Säule einer wasserunmischbaren Flüssigkeit eintropft, so daß bei dei Gelierung kugelförmige perlenartige Teilchen des Hydrogels gebildet werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das gebildete siliciumdioxydhaltige Sol in einem feinverteilten Zustand in eine wasserunmischbare Flüssigkeit geleitet und darin gehalten, bis Gelbildung eintritt. Das siliciumdioxydhaltige Sol, das nach dem Verfahren gemäß der Erfindung bereitet worden ist und den oben angegebenen pH-Wert und die oben angegebene Siliciumdioxydkonzentration hat, erstarrt nicht momentan zu einer gallertartigen Masse, sondern setzt sich im Lauf eines geeigneten Zeitraums zu einem Hydrogel. Dieser Zeitraum kann durch Änderung des Feststoffgehaltes des Hydrosols, durch Änderung des Verhältnisses von Gelierungsmittel zu Alkalisilicat und durch Regelung der Temperatur des Sols und der wasserunmischbaren Flüssigkeit, in die das Hydrosol eingeführt wird, gesteuert werden. Dieser Zeitraum gestattet es, das Hydrosol in die wasserunmischbare Flüssigkeit einzuleiten, so daß das Sol die gewünschte kugelförmige Gestalt annehmen und sich während des Durchgangs durch die Flüssigkeit zu einem Hydrogel setzen kann. Wenn das Hydrosol unter Anwendung der vorstehend beschriebenen Arbeitsweise zu kugelförmigen Teilchen geformt wird, beträgt die Gelierungszeit zweckmäßig weniger als 20 Sekunden.

Die Lösungen des Alkalisilicats und des Gelbildungsmittels, die bei der Bildung der Hydrosole gemäß der Erfindung benutzt werden, werden vorzugsweise vermischt und als Kügelchen in die wasserunmischbare Flüssigkeit eingeführt. Die wasserunmischbare Flüssigkeit kann bei einer erhöhten Temperatur gehalten werden, um Gelbildung innerhalb der erwünschten Zeit zu erreichen. Es ist demgemäß ersichtlich, daß die Zeit, während der das Hydrosol und das entstehende Hydrogel in der wasserunmischbaren Flüssigkeit verbleiben, und die Temperatur dieser Flüssigkeit aufeinander abgestimmt werden, um die gewünschten Teilchen zu erhalten, und daß diese Bedingungen in umgekehrter Beziehung zueinanderstehen, so daß bei einer Steigerung der Temperatur die Zeit verringert werden kann.

Im allgemeinen sind Hydrogele, die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt werden, durch eine Gelierungszeit von nicht mehr als 2 Stunden gekennzeichnet. Es ist jedoch zu beachten, daß Hydrogele mit einer längeren Absetzzeit ebenfalls nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt werden können, wenn das gewünscht ist. Das Verfahren gemäß der Erfindung ist insbesondere für die Erzeugung von Hydrogelen geeignet, die durch eine Absetzzeit im Bereich von 0,5 bis 20 Sekunden ge-

kennzeichnet sind; diese Hydrogele können zu den vorstehend beschriebenen kugelförmigen Teilchen geformt werden, indem man das Hydrosol in Form von. Kügelchen in ein wasserunmischbares Medium einführt und die Hydrosolkügelchen in einem solchen Medium hält, bis sie sich zu Hydrogelkügelchen verfestigen.

Die wasserunmischbare Flüssigkeit, in der die Gelbildung stattfindet, kann eine höhere Dichte als die siliciumdioxydhaltigen Hydrogelteilchen haben; in diesem Fall steigen die Hydrogelteilchen durch die. Flüssigkeit aufwärts. Jedoch ist eine solche Methode normalerweise weniger bevorzugt als der Fall, wo die Flüssigkeit eine geringere Dichte hat, was eine Einführung des Hydrosols am Kopf der Säule und ein Absinken der darin gebildeten kugelförmigen Hydrogelteilchen zum Boden einer solchen Säule gestattet. Besonders geeignete wasserunlösliche Medien sind beispielsweise organische Flüssigkeiten, z.B. Kerosin, Schmieröl, Gasöle usw., von derartigen Viskositätsund Dichteeigenschaften, daß sich das siliciumdioxydhaltige Hydrosol, das in Form von Kügelchen darin eingeführt wird, in einer derartigen Geschwindigkeit absetzt, daß das Hydrosol während des Durchgangs durch die Flüssigkeit eine Gelierung zu kugelförmigen Hydrogelteilchen erfährt.

Nach Basenaustausch der anfänglich gebildeten siliciumdioxydhaltigen Hydrogelteilchen, falls ein solcher zur Entfernung von zeolithisch gebundenem Alkalimetall angewendet worden ist, werden die Hydrogelteilchen mit Wasser gewaschen, bis sie frei von löslichen Bestandteilen sind. Eine besonders geeignete Methode zur Waschung des Hydrogels besteht in einer Perkolation entweder durch Aufwärts- oder Abwärtsfluß von Wasser. Nach dem Waschen werden die Hydrogelteilchen unter atmosphärischen Druckbedingungen im allgemeinen bei einer Temperatur von etwa 66 bis 177° C getrocknet und dann, falls gewünscht, bei einer Temperatur von etwa 177 bis 760° C 1 bis 24 Stunden oder länger getempert. Gewöhnlich wird es bevorzugt, die Hydrogelteilchen in Luft oder einer Atmosphäre von überhitztem Wasserdampf mit geringer Geschwindigkeit zu trocknen, da sich gezeigt hat, daß eine solche Arbeitsweise zu einem geringeren Bruch der Gelteilchen führt. Wenn die Temperungsbehandlung angewendet wird, wird sie normalerweise in Luft durchgeführt, obwohl andere inerte Atmosphären ebenfalls angewendet werden können. Die zur Calcinierung gewählten besonderen Temperaturen hängen teilweise von der beabsichtigten Verwendung des fertigen Geles ab. So wird das Gel gewöhnlich im Bereich von etwa 177 bis 427° C getempert, wenn es als Adsorptionsmittel, Isoliermaterial, Verstärkungsmittel oder Eindickmittel verwendet werden soll. Wenn das Gel andererseits als Katalysator oder Katalysatorträger verwendet werden soll, liegt die Temperatur der Temperungsbehandlung im allgemeinen zwischen etwa 427 und 760° C. Falls gewünscht, können die siliciumdioxydhaltigen Hydrogelteilchen vor der Trocknung oder den Trocknungs- und Temperungsbehandlungen mit katalytischen Komponenten behandelt werden, und die so erhaltenen Zusammensetzungen können dann der vorstehend beschriebenen Trocknung und Temperung unterworfen werden.

Die nachstehenden Beispiele dienen zu einer weiteren Veranschaulichung des Verfahrens gemäß der Erfindung.

Beispiel 1

Ein Siliciumdioxydaerogel in Perlenform wurde aus den folgenden Reaktionsteilnehmern hergestellt:

Lösung A Wäßrige Lösung von Natriumsilicat mit einem SiOo- zu Na₂0-Gewichtsverhältnis von 3,22 und einem spezifischen Gewicht bei 15,5° C von 1,167.

Lösung B

Wäßrige Lösung von Ammoniumacetat mit einem Gehalt von 30 Gewichtsprozent Ammoniumacetat.

Die in einer Menge von 400 cm³/min fließende Lösung A wurde in einer Düse mit der in einer Menge von 80 cm³/min fließenden Lösung B vermischt. Das so gebildete Hydrosol hatte eine Siliciumdioxydkonzentration von 136 g/Sol. Das Molverhältnis von Ammoniumacetat zu Na ₂O betrug 1,01. Das Hydrosol, das eine Temperatur von 6° C und einen pH-Wert von 11,0 hatte, wurde als ein feinverteilter Strom in den Kopf einer Säule aus Öl eingeführt. Das in dieser Weise eingeführte Hydrosol nahm kugelförmige Gestalt an und erstarrte während des Durchgangs durch die Ölsäule in etwa 2 Sekunden zu kugelförmigen Hydrogelteilchen. Die sich ergebenden Hydrogelteilchen wurden mit einer wäßrigen Lösung, die 10 Gewichtsprozent Ammoniumsulfat enthielt, basenausgetauscht. Die Hydrogelteilchen wurden danach mit Wasser gewaschen, um wasserlösliche Verunreinigungen zu entfernen. Die Hydrogelteilchen wurden dann in überhitztem Wasserdampf bei 121° C getrocknet und nachfolgend 5 Stunden in Luft bei 204° C getempert. Das endgültige Siliciumdioxydaerogelprodukt in der Form von Kügelchen hatte eine Teilchendichte von 0,23 g/cm³.

Weitere Beispiele 2 bis 9 wurden unter Einhaltung der allgemeinen Arbeitsweise gemäß Beispiel 1 durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Beispiele sind zusammen mit denen des Beispiels 1 nachstehend in Tabelle I aufgeführt.

Tabelle I Beispiel

Reagens

SiO₂-Konzentration

g/1 Sol

MoI Reagens je Mol Na₂O

Eigenschaften des Sols

Temperatur ⁰C

Gelierzeit Minuten

pH

Teilchendichte des Gelproduktes

g'cm³

Ammoniumacetat

Ammoniumsulfat

Ammoniumcarbon at

Ammoniumcarbonat

Ammoniumfluorid

136

109
86,3
92,8

133
87,5
97,3

100

113

1,01 1,26 2,21 1,88 1,42 2,39 2,37 3,40 2,40

* Wirkliche Dichte = 2,11 g/cm³; Oberflächengröße :

3,3
1,7
7,2
7,8
5

6,7
7,8

m²/g; Porenvolumen

0,033
0,023
0,022
0,025

<0,01
0,028
0,027

<0,01
0,020

= 4,8 cm³/g.

11,0

10,7
9,6
9,8

10,0
9,6
9,7
9,8

10,1

0,23

0,19*

0,32

0,24

0,34

0,28

0,30

0,28

Aus den vorstehenden Ergebnissen ist ersichtlich, daß Ammoniumsalze allgemein und insbesondere Ammoniumacetat, Ammoniumsulfat, Ammoniumcarbonat und Ammoniumfluorid geeignete Gelbildungsmittel zur Verwendung im Verfahren gemäß der Erfindung sind. In jedem Fall wurde ein siliciumdioxydhaltiges Aerogelprodukt geringer Dichte erhalten.

Die nachstehende Versuchsreihe dient zur Veranschaulichung der ausgeprägten Einflüsse des pH-Wertes des Sols und der Siliciumdioxydkonzentration auf die Teilchendichte des erhaltenen Aerogelproduktes:

Beispiel 10

Es wurden die nachstehenden Reaktionsteilnehmer benutzt:

Lösung A

Wäßrige Lösung von Natriumsilicat mit einem SiO₂ zu Na₂0-Gewichtsverhältnis von 3,22 und einem spezifischen Gewicht bei 15,5° C von 1,240.

Lösung B

Wäßrige Lösung von Ammoniumacetat mit einem Gehalt von 60 Gewichtsprozent Ammoniumacetat.

50 Die in einer Menge von 215 cm³/min fließende Lösung wurde in einer Düse mit der in einer Menge von 384 cm³/min fließenden Lösung B vermischt. Das so gebildete Hydrosol hatte eine Siliciumdioxydkonzentration von 85,1 g/1 Sol. Das Molverhältnis von Ammoniumacetat zu Na₂O betrug 12,9. Das Hydrosol. das eine Temperatur von 5,6° C und einen pH-Wert von 9,0 hatte, wurde absetzen oder erstarren gelassen. Das sich ergebende Produkt wurde mit einer wäßrigen Lösung basenausgetauscht, die 10 Gewichtsprozent Ammoniumsulfat enthielt. Das basenausgetauschte Produkt wurde danach mit Wasser gewaschen, um wasserlösliche Verunreinigungen zu entfernen, in überhitztem Wasserdampf 4 Stunden bei etwa 121 bis 150° C getrocknet und zuletzt 5 Stunden in Luft bei etwa 205° C getempert. Das Siliciumdioxydaerogelprodukt hatte eine Teilchendichte von 0,34 g/cm³.

Claims

ίο Weitere Beispiele 11 bis 19 wurden unter Einhaltung der allgemeinen Arbeitsweise gemäß Beispiel 10 durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Beispiele sind nachstehend in Tabelle Π aufgeführt. Tabelle Π BeispielReagensSiO2-Konzentrationg/lSolMol Reagensje MolNa2OSolTemperatur0CGelierzeitSekundenSolpHTeilchendichte desAerogelsg/cm3/viiimOHiumacclat85,112,95,6<0,59,011Ammnmirrnacetat85,16,472,2<0,59,60 2812Ammoniurriacetat85,22,012,80,510,20 2113Ammoniumacetat85,11,013,32110,90,2714Ammoniumacetat85,00,4082,23 Tage11,215Ammoniumacetat85,00,1842,2> 3 Tage11,3Wirkung der Siliciumdioxydkonzentration im Hydrosol16Ammoniumacetat1251,011,7 .1,011,00,2317Ammoniumacetat1001,011,72,811,00,1818Ammoniuniacetat84,01,011,11410,90,2719Ammoniumacetat67,41,011,16910,90,43 Aus den Ergebnissen der Beispiele 10 bis 15 ist ersichtlich, daß der pH-Wert des Sols einen sehr ausgeprägten Einfluß auf die Dichte des Gelproduktes hatte. Dieser Einfluß geht besonders aus einer Betrachtung der F i g. 1 der Zeichnung hervor, in der die Teilchendichte des Gelproduktes gegen den pH-Wert des Sols aufgetragen ist. Aus diesem Diagramm ist unmittelbar zu ersehen, daß ein Produkt geringster Dichte bei einem pH-Wert zwischen 9,5 und 11,2 und insbesondere zwischen 10 und 11 erhalten wurde. Weiterhin ist aus den Ergebnissen der Beispiele 16 bis 19 ersichtlich, daß die Siliciumdioxydkonzentration des Sols gleichfalls eine sehr bemerkenswerte Wirkung auf die Dichte des Gelproduktes hatte. Diese Wirkung geht aus F i g. 2 der Zeichnung hervor, in der die Teilchendichte des Gelproduktes gegen die Siliciumdioxydkonzentration des Hydrosols aufgetragen ist. Aus diesem Diagramm ist zu ersehen, daß eine unerwartete Minimaldichte des Gelproduktes bei einer Konzentration zwischen 80 und 160 und vorzugsweise zwischen 85 und 135 g Siliciumdioxyd je Liter Sol bei dem besonderen pH-Wert des Sols von 11 erhalten wurde. Bei anderen pH-Werten des Sols innerhalb des Bereiches von 9,5 bis 11,2 wird g0 die Minimaldichte bei anderen Siliciumdioxydkonzentrationen innerhalb des Bereiches von 80 bis 160 g SiO2 je Liter Sol erzielt. Beispiel 20 bis 23 Es wurde eine Reihe von Aerogelen hergestellt, bei denen das Hydrogel mit verschiedenen Medien basenausgetauscht wurde. Das Gel wurde satzweise bereitet, und es enthielt 108 g SiO2 je Liter Sol. Das verwendete Geliermittel war Ammoniumacetat (1 Mol Ammoniumacetat je Mol Na2O). Die Reaktionsteilnehmer wurden bei 6° C vereinigt, um ein Sol mit einem pH-Wert von 11,0 und einer Gelierzeit von 6 Sekunden zu bilden. Nach Basenaustausch wurden die Gele wie in den vorausgehenden Beispielen gewaschen, getrocknet und getempert. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle III aufgeführt. Tabelle ΠΙ BeispielBasenaustauschmediumTeilchendichtedes getempertenGelsg/cm320kein0,172110 Gewichtsprozent0,16(NH4)2SO42210 Gewichtsprozent0,18Al2(SO4)3231 Gewichtsprozent0,17H2SO4 55 Aus den in der vorstehenden Tabelle aufgeführten Ergebnissen ist ersichtlich, daß der Basenaustausch mit den verschiedenen Medien wenig oder keine Wirkung auf die Teilchendichte des endgültigen Aerogelproduktes hatte. Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines siliciumdioxydhaltigen Aerogels durch Umsetzung eines Alkalisilicats mit einem wasserlöslichen Ammoniumsalz unter Bildung eines Hydrosols, Überführen des Hydrosols in ein Hydrogel sowie Waschen und Trocknen des Hydrogels, dadurch gekennzeichnet, daß man solche Mengenverhältnisse an Alkalisilicat und wasserlöslichem Ammoniumsalz einsetzt, daß sich ein siliciumdioxydhaltiges Hydrosol mit einem pH-Wert von etwa 9,5 bis 11,2 und einer Siliciumdioxydkonzentration zwischen etwa 80 und 160 g SiO₂ je Liter Hydrosol bildet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Alkalisilicat Natriumsiücat verwendet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als wasserlösliches Am-

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