DE1939619A1

DE1939619A1 - Herstellung von Silikasolen

Info

Publication number: DE1939619A1
Application number: DE19691939619
Authority: DE
Inventors: William Cummings
Original assignee: Monsanto Chemicals Ltd
Current assignee: Monsanto Chemicals Ltd
Priority date: 1968-08-08
Filing date: 1969-08-04
Publication date: 1971-03-18
Also published as: ES370240A2; DE1939619B2; US3607774A; DE1939619C3; FR2016894A6; GB1244334A; BE737273A

Description

DR. BERG DIPL.-JNG. STAPF

β MÜNCHEN 2. H1LBLESTRASSE 2O

Dipl.-Ing. Stapf, 8 Manchen 2, HilblestraBa 20

Unser Zeichen Datum

4. AUG 1969

Anwaltsakte 18 704
Be/A

Zusatz zu Patent., ο (Patentanmeldung P 1667 622,5

Monsanto Chemicals Ltd«,, London SW 1 (England)

. "Herstellung von Silikasolen" ■

Diese Erfindung "betrifft ein Verfahren zur Herstellung von SilikasQlen, im besonderen ein Verfahren zur Herstellung von Silikaaquasolen.

Silikaaauasole«, d. h. Dispersionen von Siliciumdioxid kolloidaler feilcHengröße in wäßrigem Medium sind im Handel er-

case R-577 109812/1390 ..°^BlQmAL

hältliche Materialien. Es sind verschiedene Arten bekannt, und die Erscheinungsform, die Eigenschaften und Verwendung der Silikaaquasole hängt in großem Ausmaß von der Durchschnittsteilchengröße des Siliciumdioxid ab.

Die vorliegende Erfindung schafft ein neues Verfahren zur. Herstellung von Silikaaquasolen, wobei die durchschnittliche Teilchengröße derart ist, daß das Produkt "milchig" aussieht, im Gegensatz zu durchscheinenden oder klaren Solen, die für Teilchen mit kleinerem Durchmesser typisch sind, und sie ist eine Verbesserung oder Modifizierung des in der Britischen Patentschrift 1 143 019 der Anmelderin beschriebenen Verfahrens„

Dieses letztere ist ein Verfahren zur Herstellung einer wäßrigen Dispersion von Siliciumdioxid-Teilchen mit einem unsymmetrischen Durchmesser, der größer als 500 S ist, bei dem man wäßrige Kieselsäure mit einem sauren pH einem erhitzten Kessel zuführt, der einen Ansatz enthält, der eine Dispersion von Siliciumdioxid-Teilchen mit einem unsymmetrischen Durchmesser, der größer als 500 α ist, in einer wäßrigen Alkalimetallsilikatlösung umfaßt und Wasser aus dem Kessel während der Zugabe der Kieselsäure verdampft, wobei die Anfangszusammensetzung des Ansatzes eine solche ist, daß das Molarverhältnis MgO, (worin M ein Alkalimetall ist), zu dem Gesamt-SiOg im Bereich von 1j5 bis 1i40 liegt und die Menge der zugefügten wäßrigen Kieselsäure eine

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solche ist, daß dae als Partikel mit einem unsymmetrischen Durchmesser von nicht weniger als 500 Ä in dem Anfangsansatz vorhandene Siliciumdioxid nicht weniger als 1 $ des Gesamtsiliciumdioxidgehalts des Produkts beträgt und daß das Molverhältnis Gesamt siliciumdioxid zu MgO in dem Produkt nicht weniger als 50:1 ist· Der unsymmetrische Durchmesser ist ein Maßstab der Durchschnittsteilchengröße und wird in der weise bestimmt, wie es bei P, Debye, J. Physical Chemistry 1947» 51, 18 und B. R₆ Jennings und H. Go Gerrard, Jo Colloid Science, 1965» 20, 448 beschrieben ist.

Es wurde nunmehr gefunden, daß Sole, die im wesentlichen den "milchigen" Solen ähnlich sind, nach dem vorausgehend beschriebenen Verfahren erhalten v/erden können, nach einem etwas einfacheren Verfahren hergestellt werden können, bei dem der Anfangsansatz einfacherweise eine wäßrige Alkalimetallsilikatlösung anstelle einer Dispersion von vorgeformten Siliciumdioxid-Teilcheii in solch einer Lösung ist_o

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung dient demgemäß der Herstellung eines Silikaaquasols, in welchem die Siliciumdio::id-Teilchen einen unsymmetrischen -durchmesser größer als 500 S haben, wobei wäßrige Kieselsäure mit einem pH weniger als 7 einem erhitzten Kessel zugeführt wird, der als Ansatz eine wäßrige Alkalimetallsilikatlösung enthält mit einer Anfangskonzentration, als SiOp ausgedrückt, im 13ereich von 2,5 bis 10 Ge\7e$, die Menge zugeführtc wäßrige Kieselsäure

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eine solche ist, daß das Molverhältnis des als Kieselsäure zugeführten SiO₂ zu dem MpO-Gehalt des Alkalimetallsilikats in dem Ansatz, (worin M ein Alkalimetall-Atom ist), wenigstens 25 J1 beträgt,,

In der Alkalimetallsilikatlösung kann das Molverhältnis SiOp zu MpO beispielsweise von 1i1 bis 4»5s1 betragen und liegt gewöhnlich im Bereich von 2:1 bis 4:1= Die Alkalimetallsilikatlösung des Ansatzes ist gewöhnlich Natriumsilikat ο Andere Alkalimetallsilikate, beispielsweise Kaliumsilikat oder ein Gemisch von Alkaliraetallsilikaten, können verwendet v/erden, aber ihre Verwendung empfiehlt sich gewöhnlich nicht aus wirtschaftlichen Gründen»

Wie oben ausgeführt, bestellt ein Gegenstand des vorliegenden Verfahrens darin, dai3 es nicht erforderlich ist, daß der Ansatz vorgeformte Siliciumdioxid-Partikel enthält» Andererseits beeinflußt das Vorhandensein geringer Mengen -solcher Teilchen den Ablauf des Verfahrens nicht nachteilig» wo beispielsweise ein Reaktionsgefäß verwendet wird, um eine Aufeinanderfolge von Sol-Ansätzen herzustellen, kann ein Ansatz Spuren des Sols enthalten, die in dem Gefäß aus dem vorausgehenden Ansatz verblieben sind» Sofern Silieiumdioxid-Teilchen vorhanden sind, sollte ihre Menge derart sein, daß das Molverhältnis Gesamt-SiOg, (d„ h„ SiO₂, das als Teilchen vorhanden ist plus dem, das al3 Alkalimetallsilikat vorhanden ist) zu MpO geringer als 5 s1 ist, und weiterhin sollte

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BADORIQINAL

die Konzentration des Silikats in der lösung in dem angegebenen Bereich gehalten werden_o Vorzugsweise besteht der Ansatz im wesentlichen aus der wäßrigen Alkalimetallsilikatlösung, womit ausgedrückt werden soll, daia er anfangs frei oder im wesentlichen frei von kolloidalen Siliciumdioxid-Teilchen ist.

In der Praxis wird das erfindungsgemäße Verfahren gewöhnlich in einem Kessel durchgeführt, der mit einem Rührwerk oder anderen Mitteln ausgestattet ist, um den Inhalt des Kessels in Bewegung zu halten, und man läßt während der Zugabe von wenigstens einem Teil der Kieselsäurelösung Wasser verdampfen« Das Verfahren wird gewöhnlich bei atmosphärischem Druck durchgeführt, und der Kesselinhalt wird bei oder nahe dem Siedepunkt gehalten, um eine Verfahrenstemperatur von ungefähr 100⁰O herzustellen« Erhöhte oder reduzierte Drücke zur Bildung von Siedepunkten über oder unter 100 G können verwendet werden, jedoch sollte vorzugsweise die Temperatur während der Zugabe der Kieselsäure nicht weniger als 90 0 betragen, und das Arbeiten unter ungefähr 80⁰O kann, wenigstens während der Zugabe, eine nachteilige Wirkung auf das Produkt haben.

Die Menge und Konzentration der Kieselsäurelösung und die relativen Verdampfungs- und Zugabeverhältnisse sind gewöhnlich derart, daß das Volumen des Sols das der Anfangs-Alkali metallsilikatlÖBung überschreitet. Das Verhältnis der Vo-

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—5—

lumerhohung muß jedoch, nicht konstant sein_e Bei einer gegebenen Verdampfungsgeschwindigkeit scheint eine Wechselbeziehung zwischen der Zugabegeschwindigkeit der Kieselsäure während den frühen Stufen des Verfahrens und der Durchschnittsteilchengröße des Produkts zu beistehen, wobei die leuchen umso größer sind, je langsamer die Zugabegeschwindigkeit istβ Dies ist der Tatsache zuzuschreiben, daß die Konzentration der Anfangs-Alkalimetallsilikatlösung in dem Ansatz ein Hauptfaktor zur Bestimmung der Durchschnittspartikelgröße des Produkts ist, die mit der Konzentration der Lösung zunimmt» Es ist daher eine zu schnelle Verdünnung des Anfangsansatzes zu vermeiden, die dann auftritt, wenn die Zugabegeschwindigkeit der Kieselsäure wesentlich größer ist als die Verdampfungsgeschwindigkeit, und in einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird der Ausgleich zwischen den beiden Geschwindigkeiten so eingestellt, daß die in lösung in dem Kesselinhalt vorhandene Silikatkonzentration, als SiOp ausgedrückt, nicht unter 2,5 Gew.??> der Lösung, (d. h„ des Gesamtgewichts von Wasser und löslichem Silikat), fällt, bis das Molverhältnis SiOp, das als Kieselsäure zugeführt wird zu dem MpO in Lösung wenigstens 20:1 ist.

Das Verfahren der Erfindung ist von besonderem Wert zur Herstellung von Solen mit unsymmetrischen Durchmessern von

ungefähr 750 bis 1500 £, beispielsweise von ungefähr 1000

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_ "7 —

bis 1500 Rf und zur Bildung des Ansatzes haben die entsprechenden Alkalimetallsilikatlösungen SiOp-Konzentrationen von 3 bis 5 Gew.#·

Das Molverhältnis des SiOg» das als wäßrige Kieselsäure zugeführt wird, zu dem MpO, das im Ansatz vorhanden ist, hat ebenso auf die Teilchengröße des Produkts eine Wirkung«, Je höher dieses Verhältnis ist, umso größer ist die !Teilchengröße des Produkts β Das Verhältnis sollte wenigstens 25:1» beispielsweise von 25 s1 bis 500:1 sein und ist vorzugsweise von 50:1 bis 250:1 und insbesondere von 100:1 bis 200:1. Die bevorzugten Verhältnisse ergeben Sole mit pH-Werten bei 20⁰C im Bereich von 8,5 bis 11,0, im besonderen 8,7 bis 10,5.

Die nach dem vorliegenden Verfahren hergestellten Sole können jede gewünschte Konzentration von Siliciumdioxid in weitem Bereich aufweisen» Für bestimmte Verwendungen v/erden Sole mit einem Siliciumdioxid-Gehalt von ungefähr 15 Gew»$ gewünscht; gewöhnlich werden konzentriertere Produkte bevorzugt, beispielsweise Sole mit einem Gehalt von wenigstens 20 Gewo$ Siliciumdioxid und vorzugsweise von 30 bis 50 oder sogar mehr, beispielsweise bis zu 55 oder 60 oder sogar 65 Gew.# Siliciumdioxid. Solche Sole können nach einem Verfahren erhalten v/erden, bei dem die Verdampfungs- und Zugabegeschwindigkeiten so eingestellt werden, daß das Produkt nach Beendigung der Zugabe die gewünschte Siliciumdioxidkonzentration aufweist» Nach einem anderen Herstellungsver-

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fahren für ein konzentriertes Silikasol wird das erfindungsgemäße Verfahren, wie oben definiert, zur Herstellung eines verdünnten Silikasols bis zu 15 /«, beispielsweise von 4 bis 10 °/o und insbesondere von 5 bis 7 G-eWofo Siliciumdioxid verwendet» Das verdünnte Silikasol wird dann ohne Zugabe weiterer Kieselsäure verdampft, bis die gewünschte Konzentration an Siliciumdioxid in dem Rückstandsol erreicht ist. Das Sol bleibt während der Konzentration stabil und die Partikelgröße ist im wesentlichen unveränderte Es ist ebenso möglich, das verdünnte Sol unter reduziertem Druck bei Temperaturen zu verdampfen, die unter denen liegen, wie sie zur Bildung des Sols aus Kieselsäure als wünschenswert in Betracht kämen» Auf diese Weise kann eine Wirtschaftlichkeit des Arbeitsverfahrens erreicht v/erden, weil wirksamere Verdampfer verwendet werden können«,

Im allgemeinen besteht eine bevorzugte Minimalzeit der Erhitzung und demgemäß eine bevorzugte maximale Verdampfungsgeschwindigkeit während der Solbildung. Diese hängen von einer Vielzahl von Faktoren, einschließlich dem technischen Umfang der Arbeitsverfahren und der Wärmeübertragung des verwendeten Kessels, ab_o Es ist demgemäß eine Anzahl von Versuchen notwendig, um für den jeweiligen Fall optimale Bedingungen zu ermitteln. Bei dem Versuch lieferte die Zugabe von Kieselsäure während einer Zeitdauer von 3 bis ?-5 Stunden im allgemeinen ;;ufriedenstellonde Er^obniaoe, wobei

¹^ bap ADiniwAl t

die optimale Zeitdauer oftmals im Bereich von 6 bis 12 Stunden liegt_o

Im Rahmen der angegebenen Verfahrensbedingungen haben die Mehrzahl der Siliciumdioxid—Seilchen in dem Produkt Durchmesser, die innerhalb einem Bereich von möglicherweise 200 oder 300 ?i variieren, aber es werden ebenso einige kleinere

und größere Teilchen gebildete Teilchen mit einem Durehmesser von 500 A bis ungefähr 2500 A bleiben in einem wäßrigen Diapersionsmedium für meist unbegrenzte Zeit suspendiert, während größere Teilchen dazu neigen, sich beim Stehenlassen in Form eines Sediments abzulagern.» Demgemäß kann das erfindungsgemäße Verfahren eine weitere Stufe beinhalten, bei der das Ausgangsprodukt in Fraktionen entsprechend den unterschiedlichen Bereichen der Teilchengröße getrennt wird« Die Abtrennung kann in einer einfachen Dekantierung eines überstehenden Sols von einem Sediment bestehen, das sich nach Lagerung des Ausgangsprodukts in einem bestimmten Zeitraum gebildet hat, oder es kann das Ausgangsprodukt zentrifugiert werden,.

Es sind verschiedene Verfahren zur Herstellung von Kieselsäure dem Fachmann bekannte Man kann wäßrige Kieselsäure so ansehen, daß sie Siliciumdioxid in einer "aktiven" Form enthält, die leicht Polymerisationen unterliegt„ Demgemäß sind Zubereitungen wäßriger Kieselsäure relativ unstabil und bestehen im allgemeinen in flüssiger Form nur bei geringen

10^cJ ; I Ί I 1 3 90 . ■ _₁₀_

- ίο -

Konzentrationen von nicht mehr als ungefähr 4 oder 5 Siliciumdioxid, obgleich unter bestimmten Bedingungen auch"* höhere Konzentrationen, beispielsweise bis zu 8 $, erreicht werden können.

Die im -vorliegenden Falle bevorzugte wäßrige Kieselsäure wird dadurch erhalten, daß man eine verdünnte Alkalimetallsilikatlösung, üblich latriumsilikat, mit einem Kationenaustauscherharz in der Wasserstoff-Form, wie beispielsweise in der Britischen Patentschrift 645 703 beschrieben, in Kontakt bringtβ Es wird ein ausreichend hoher Teil der Alkalimetallionen aus diesem Produkt entfernt, so daß das Produkt einen , sauren pH erhält» So wird normalerweise die v/äßrige Kieselsäure bei 15 G einen nicht höheren pH-Wert als 6 haben, und vorzugsweise liegt der pH-Y/ert bei 15 C im Bereich von 2,5 bis 4»Oo Eine Kieselsäure dieser Art hat eine begrenzte la— gerfähigkeit, und es ist daher vorteilhaft, das Verfahren zur Herstellung der Kieselsäure so mit dem erfindungs gemäß en Hauptverfahren zu schalten, daß nur eine minimale Verzögerung in der Verwendung der Kieselsäure nach ihrer Herstellung .eintritt. Es ist wünschenswert, keine Kieselsäurelösung zu verwenden, die mehr verdünnt als notwendig ist, und lösungen mit SiOp-Kon'zentrationen von 3 bis 4 G-ew«^ stellen einen zufriedenstellenden Kompromiss zwischen Konzentration und Stabilität dar. Zu der Herstellung der Kieselsäure kann ebenso eine Behandlung mit einem Anionenaustauscherharz ge-

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hören, wobei fremde Anionen, beispielsweise Chlorid und Sulfat, die gewöhnlich in kommerziellen Alkalimetallsilikatlösungen vorhanden sind, entfernt werden. Eine 3?orm der Behandlung zur Entfernung von Anionen oder zur Verringerung der Anionenkonzentration auf eine annehmbare Höhe ist wesentlich» wenn die Kieselsäure in einem Verfahren hergestellt wird, das die Herstellung von Anionen als Nebenprodukt beinhaltet, beispielsweise durch die Hydrolyse von· Siliciumtetrachlorid oder von Siliciumsulfido

Die Erfindung wird durch die nachfolgenden Beispiele erläutert= Die verwendete Kieselsäure wurde durch Perkolieren einer verdünnten Lösung von Natriumsilikat durch eine Kolonne von Kationenaustauscherharζ in der Wasserstoffionenform und dann durch eine Kolonne von Anioiienaustauscherharz in der Hydroxylionenform erhalten.

Beispiel 1

Eine Lösung von 13 g liatriumsililcat (mit einem Gehalt von 3 g Natriumoxid und 10 g Siliciumdioxid) in 237 g Wasser, d. ho eine Lösung mit einer als SiO₂ ausgedrückten Konzentration von 4 Gewo$, wurde gekocht und in einem 500 ml Kolben gerührt. Zu dieser Lösung wurden 2559 g wäßrige Lösung von Kieselsäure mit einer Siliciumdioxid-Konzentration von 3,82 Gew„$ und einem pH von 3,12 mit einer konstanten. Geschwindigkeit während 3,5 Stdo zugegeben, aus dem Gemisch wurde

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Wasser mit einer solchen Geschwindigkeit verdampft, daß das Volumen des Gemischs in dem Kolben sich allmählich auf ungefähr 300 ml erhöhte. Das Produkt wurde darm in einen 1 1-ICo Ib en überführt und v/ährend Kochen und Rühren fortgesetzt wurden, wurden weitere 3583 g der wäßrigen Lösung von Kiesel säure mit einer konstanten Geschwindigkeit während 4 Std. zugegeben» Aus dem gerührten Gemisch wurde Wasser mit einer solchen Geschwindigkeit verdampft, daß das Volumen des Gemischs sich allmählich auf ungefähr 709 ml erhöhte, wodurch man 850 g Sol mit einer Siliciumdioxid-Konzentration von 29,2 GeWo^ erhielt»

250 g dieses Sols wurden in einem 500 ml Kolben gekocht und weitere 1914 g der wäßrigen lösung von Kieselsäure mit einer konstanten Geschwindigkeit während 3,75 Std_o zugegebene Wasser wurde dann aus dem Gemisch mit einer solchen Geschwindigkeit verdampft, dai3 das Volumen sich auf ungefähr 250 ml erhöhte, wobei man 330 g milchiges Sol mit den nachfolgenden Eigenschaften erhielt:

Siliciumdioxid-Konzentration: 43,8 φ> (Gew_o/Gew„) lia^O-Konz eiltrat ion (durch Titrieren mit Säure auf

pH 3,5): 0,0594 #( pH bei 20⁶Cs 8,82

Viskosität bei 21⁰O (Redwood)j 7,6 es Wirksame Oberfläche (durch Titrieren) : 68m /g SiO.-,

ι ·■ / 1 3 9 0

l j —

Unsymmetrischer Durchmesser der Teilchen (durch Lichtstreuung) : 1200 $.

liOlverhältnis als Kieselsäure zugeführtes SiOp zu Ha_?0

im Ansatz = 166:1

Beispiel 2

Eine lösung von 7,17 g ITatriumsilikat (mit einem Gehalt von 1,67 g natriumoxid und 5»5 g Siliciumdioxid) in 148,4 g Wasser, d„ h«, eine Lösung mit einer als SiOp ausgedrückten Konzentration von 3,33 Gew_o$, wurde in einem 1 1 Kolben gekocht und gerührt. 824 g einer wäßrigen Lösung von Kieselsäure mit einer Siliciumdioxid-Konzentration von 3,36 Gew_o/£ und einem pH von 3,@ wurden mit einer konstanten Geschwindigkeit während 4 Std„ der kochenden und gerührten Lösung von ITatriumsilikat zugegeben, und während dieser Zeit wurde eine Gesamtmenge von 430 g Wasser aus dem Gemisch mit einer konstanten Geschwindigkeit verdampfte Das Volumen dieses Zwischensols betrug 510 ml.

255 ml des Zwischensols wurden in einem 2 1 Kolben gekocht und gerührt. 1647 g wäßrige Lösung von Kieselsäure wurden mit einer konstanten Geschwindigkeit während 4 Std. und danach weitere 893 g wäßrige Lösung von Kieselsäure mit einer , konstanten Geschwindigkeit während der nächsten 4 Std, zugegeben. Eine Gesamtmenge von 1542 g Wasser wurde aus dem Gemisch mit einer konstanten Geschwindigkeit während 8 Std«,, d. h. der Zugabe der Kieselsäure_? -verdampfte Zuletzt wurden

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zusätzliche 570 g V/asser verdampft, wodurch man 690 g milchiges Sol mit nachfolgenden Eigenschaften erhielt:

Siliciumdioxid-Konzentration: I4,ij fo Gewo/G-ew_o ITapO-Konzentration (durch. Titrieren mit Säure auf pH

5,5): 0,071 ^af> Gew./Gk?w₀ pH bei 20⁰O: 10,4

Spezifische wirksame Oberfläche (durch Titrieren):

103 m²/g SiO₂ Molarverhältnis als Kieselsäure zugeführtes SiOp zu

ITa₂O im Ansatz = 123:1 Unsymmetrische Durchmesser der !Teilchen 510 S.

Das zur Bestimmung der spezifischen wirksamen Oberflächen der Produkte der Beispiele verwendete Titrierungsverfahren ist bei Sears, Analytical Chemistry, 1956, 28, 1981 angege ben»

Beispiel 5

Eine lösung von 6,79 g ÜTatriumsilikat (mit einem Gehalt von 1,58 g Natriumoxid und 5,21 g Siliciumdioxid) in 148,5 g Wasser, d. h₀ eine Lösung mit einer als SiO₂ ausgedrückten Konzentration von. 3» 35 Gew·^ wurde in einem 1 1 Kolben gekocht und gerührt. 824 g wäßrige Kieselsäurelösung mit einer Siliciumdioxid-Konzentration von 3,36 Gew»$ und mit einem pH von 3,0 wurden mit einer konstanten Geschwindigkeit während 4 Std» und danach weitere 403 g der wäßrigen Kiesel-

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säurelösung mit einer konstanten Geschwindigkeit während der nächsten 4 Std. zugegebene Eine Gesamtmenge von 798 g V/asser wurde aus dem Gemisch mit einer konstanten Geschwindigkeit während der 8 Std« der Kieselsäurezugabe verdampfte Das Volumen dieses Zwischenprodukt-Sols betrug 550 ml.

220 ml des Zwischensols und 80 g Wasser wurden in einem 2 1 Kolben zum Sieden gebracht und gerührt« 1642 g wäßrige Kieselsäurelösung wurden mit einer konstanten Geschwindigkeit während 4 Stä„ und danach weitere 857 g wäßrige Kieselsäurelösung mit einer konstanten Geschwindigkeit während der nächsten 4 Std» zugegebene Eine Gesautmenge von 1642 g Wasser wurde aus dem Gemisch mit einer konstanten Geschwindigkeit während der 8' Std„ der Kieselsäurezugabe verdampfte Zuletzt wurden zusätzlich 490 g Wasser verdampft, wodurch man 676 g milchiges Sol mit den nachfolgenden Eigenschaften erhielt:

Siliciumdioxid-Konzentration: 15|O fy Gew./Gew» ITapO-Konzentration (durch Titrieren mit Säure auf pH

3,5 ) : 0,043 2<fo Gew „ /Gew _o pH bei 20⁰G: 9,92

Spezifische wirksame Oberfläche(durch Titrieren)5

97 m²/g SiO₂ Molarverhältnis des als Kieselsäure zugeführten SiO₉ zu

ITagO im Ansatz = 164:1 Unsymmetrische Durchmesser der Teilchen 586 S

1OSK; V 390 -Ιο-

Beispiel 4

Bine Lösung von 6,79 g ifatriumsilikat (1,58 g ä'atriuino:-:id und 5» 21 g Siliciumdioxid) in 138,5 g Wasser, do h_o eine Lösung mit einer- als SiO₂ ausgedrückten Konzentration von 3,53 Grewo?j,wurde in einem 1 1 Kolben gekocht und gerührt. 1248 g einer wäßrigen Kieselsäurelösung mit "einer Silioiunidioicid-Konzentration von 3»4 Gew_o;ß und einem pH von 3,0 wurden mit einer konstanten Geschwindigkeit v/ahrand 8 Std. der kochenden und gerührten Lösung von ±«atriumsilikat zugegeben, und während dieser Zeit wurde eine Gesamtmenge von 800 g Wasser aus dem Gemisch mit einer" konstanten Geschwindigkeit verdampft» lias Yolumen dieses Zwischenprodukt-Sols betrug.585 ml_o

235 ml dieses Zwischenprodukt-Sols und 60 g Wasser wurden zun oieden gebracht und in einem 2 .1 Kolben gerührt. 2461 g wäßrige Lösung von Kieselsäure wurden mit einer konstanten Geschwindigkeit während 8 Std. zugegeben, und während dieser Zeit wurde eine Gesamtmenge von 1612 g Wasser aus dem Gemisch verdampft» Zuletzt wurden ijuoätaliehe 405 £ wasser unter Bildung von 690 g milchigem Sol verdampft, wobei dieses axe folgenden Eigenschaften aufwies:

SiIiciumdioxid-IConaentration: 15»O^ Gewe/Gew«, HapU-iConzeirfcration (durch i'itriercn mit Säure auf pll

3,5): 0,0362 <fo .Gew./Gew. pH bei 2O⁰G: 9,9

' 1 OV ^; r/ ι 390 -17-

3AD OHIQSNAL

Spezifische wirksame Oberfläche (durch Titrieren):

71 ni²/g·· SiO₂ lIolarTerhältnis als Kieselsäure zugeführtes SiOp zu

₂O in dem Ansatz =164:1 unsymmetrische Durcliniesser der Teilchen 922 S

Beispiel 5

Sine Lösung von 45,62 g ilatriumsilikat (mit einem G-ehalt von 10,61 g natriumoxid und 35,01 g Siliciumdioxid) in 829,7 g Y/asser, d_o h. eine Lösung mit einer als SiO₂ ausgedrückten Konzentration, von 4,0 G-ew.'/ä, v/urde in einen 5 1 Korben gekocht und gerührt» 7344 g einer wäßrigen Lösung von Kieselsäure mit einer Siliciumdioxid-Konzentratioii von 3,4 Gew.yo und einem pH von 3,0 wurden mit einer konstanten Geschwindigkeit während 8 Stcu der kochenden und gerührten Lösung von iTatriumsilikat zugegeben, und während dieser Gesamtzeit wurden 4809 g Wasser aus dem Gemisch mit einer konstanten Geschwindigkeit verdampft. Das Volumen dieses Zv/isclienprodukt-Sols betrug 3340 ml.

668 ml des Zwischenprodukt-Sols und 172 g Wasser wurden gekocht und in einem 5 1 Kolben gerührt. 7344 g wäßrige Lösung von Kieselsäure wurden mit einer konstanten Geschwindigkeit während 8 Std. zugegeben,, und während dieser Zeit wurde eine Gesamtmenge von 4800 g Yfösser aus dem Gemisch mit einer konstanten Geschwindigkeit verdampft. Zuletzt wurden v/eitere 1114- g V/asaer verdampft, wodurch man 2130 g milchiges. Sol

10,98 1 27 1 390

in

— Ιο —
mit den nachfolgenden Eisenscliaften erhielt:

Siliciumdioxid-Konsentration: 14»2 ?o Gew./Gew. Ka^O-Konzentration (durch 'Titrieren mit Säure auf pH

31 5): 0,039896 Gew. /Gew. pH bei 2ö°0: 10,2

Spezifische wirksame Oberfläche (durch '.Titrieren):

63 m²/g Si

Molverhältnis als' Kieselsäure zugeführtes SiOp zu ITa_?0

in dem Ansatz = 141:1

Es wurden 1414 g V/asser aus 1970 g des 14,2 folgen Sols verdampft, wodurch man 556g milchiges Sol der nachfolgenden Eigenschaften erhielt:

Siliciumdioxid-Konzentration: 50,3 "/» G-eWo/Gew» pH bei 20⁰C: 10,0

Viskosität (Ferranti) bei 21⁰O: 14,8 cps. Uhsynaiietrische Durchmesser der Teilchen 1047 ä

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Claims

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Patentansprüche:

1, Verfahren zur Herstellung eines Silikaaquasols, in welcliem die Siliciumdioxid-Teilchen einen unsymmetrischen Durchmesser, der größer als 500 S ist, haben, dadurch gekennzeichnet, daß man wäßrige Kieselsäure mit einem pH weniger als 7 einem erhitzten Kessel zuführt, der als Ansatz eine wäßrige Alkalimetallsilikatlösung in einer Anfangskoiizentration, ausgedrückt nach dem SiOp-G-ehalt von 2,5 his 10 G-ewofo enthält, wobei die !.!enge der zugeführten wäßrigen Kieselsäure so eingestellt ist, daß das Molverhältnis des als Kieselsäure zugeführten SiO₂ zu dem MpO-Gehalt des Alkalisilikats in dem Ansatz, (wobei LI ein Alkalimetallatom ist), wenigstens 25:1 isto

2ο Verfahren gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß . der Inhalt des Kessels bei einer Temperatur nicht unter 90⁰G gehalten und Wasser aus dem Kessel während der Zugabe von wenigstens einem Teil der Kieselsäurelösung verdampft wird.

3e Verfahren gemäß Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß der Inhalt des Kessels im wesentlichen bei atmosphärischem Druck bei dem Siedepunkt gehalten wird«

4ο Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß ein Alkalimetallsilikat verwendet wird,

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dessen Konzentration in der wäßrigen Lösung von 3 bis 5 Getfo#, ausgedrückt als SiOg-Gehalt, beträgt.

5ο Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß ein Alkalimetallsilikat mit einem Llolverhältnis SiO₂ zu MgO von 2:1 bis 4*1 verwendet wird«

6β Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß als Alkalimetallsilikat Natriumsilikat verwendet wird.

7o Verfaliren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß eine Kieselsäurelösung verwendet wird, die einen pH-Wert bei 15°C von 2,5 bis 4 hato

8_O Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß das Molverhältnis des als Kieselsäure zugeführten SiOp zu dem M«©-Gehalt des Alkalimetallsilikats in dem Ansatz von 50:1 bis 250:1 beträgt«

9. Verfahren gemäß Anspruch 2 oder einem der Ansprüche 3 bis 8 in Abhängigkeit von Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß die relativen Geschwindigkeiten der Zugabe von Kieselsäurelösung und Verdampfung von Wasser so ausgewählt werden, daß am Ende der Zugabe das Sol von 4 bis 10 Gew_e$ Siliciumdioxid enthalte

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10ο Verfaliren zur Herstellung eines Sols mit von 20 bis 60 G-ewo$ Siliciumdioxid, wobei Wasser ohne Zuführung weiterer Kieselsäure aus einem Sol verdampft wird, das nach dem Verfahren von Anspruch 9 hergestellt wurde,,

11 ο Verfahren gemäß Anspruch 2 oder einem der Ansprüche 3 "bis 10 in Abhängigkeit von Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß die relativen Geschwindigkeiten der Zugabe von Kieselsäurelösung und Verdampfung von Wasser so ausgewählt werden, daß die Silikatkonzentration in der Lösung, ausgedrückt als SiOp, nicht unter 2,5 G-ewo^ der lösung abfällt, bis das Molverhältnis des als Kieselsäure zugeführten SiOp zu dem MgO in Lösung wenigstens 20:1 ist»

12o Verfahren zur Herstellung eines Silikaaquasols im wesentlichen wie in Beispiel 1 beschrieben»

13o Verfahren zur Herstellung eines Silikaaquasols im wesentliehen wie in den Beispielen 2 bis 5 beschrieben.

Ho Silikaaquasol, sofern es nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 und 12 erhalten wurde»

15» Silikaaquasol, sofern es nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 und 13 erhalten wurde»

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