DE2304602C3

DE2304602C3 - Verfahren zum Beschichten von Partikeln eines aus kristallinen siliciumhaltigen Mineralien durch Mahlen hergestellten Mehls mit siliciumorganischen Verbindungen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2304602C3
Application number: DE2304602A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Quarzwerke 5020 Frechen GmbH
Current assignee: Quarzwerke 5020 Frechen GmbH
Priority date: 1973-01-31
Filing date: 1973-01-31
Publication date: 1978-10-26
Also published as: DE2304602A1; DE2304602B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Beschichten der Partikel eines aus kristallinen silicium- ■»<> haltigen Mineralien durch Mahlen hergestellten Mehls, insbesondere eines solchen Quarzmehls, mit einer Schicht aus siliciumorganischen Verbindungen, wie Silanen, Siliconen u. dgl, sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Derartige Mineralmehle werden als pulverförmige Füllstoffe in Kunststoffmassen eingebracht. Häufig werden Quarzmehle verwendet. Die Schicht der siliciumorganischen Verbindungen wirkt als Bindungsvermittler zwischen dem mineralischen Bestandteil, z. B. dem Quarz, und der Kunststoffmatrix, wobei die Erklärung dahin geht, daß der Siliciumanteil der siliciumorganischen Verbindungen eine Bindungsneigung zu dem Siliciumanteil des mineralischen Bestandteils, der geeignet gewählte organische Anteil der siliciumorganischen Verbindungen eine Bindungsneigung zu der Kunststoffmatrix aufweist. Durch derartige Füllstoffe in einer Kunststoffmasse kann die Festigkeit eines daraus hergestellten Körpers erheblich gesteigert werden. «>

Es ist nun bekannt, daß die festigkeitssteigernde Wirkung der Füllstoffe mit abnehmender Korngröße derselben zunimmt.

Es wird daher versucht möglichst feine Füllstoffmehle zuzusetzen. Dabei treten jedoch Probleme mit der ''"> Aufbringung der Beschichtung auf.

Aus der DE-PS 17 71558 ist es bekannt, eine Teilmenge der Gesamtmenge eines Quarzmehls mit der auf die Gesamtmenge an Quarzmehl abgestellten Gesamtmenge von siliciumorganischen Verbindungen zu beladen und diese Teilmenge mit der Restmenge in einem Zwangsmischer zu durchmischen.

Bei besonders feinen Mehlen gibt es bei diesem Verfahren indessen Schwierigkeiten, die eingebrachte Menge an siliciumorganischen Verbindungen gleichmäßig über die vorhandene große Oberfläche zu verteilen. Die dann erforderliche Mischarbeit erhöht sich bei zunehmender Materialfeinheit in unzuträglichem Maße. Auch steht die bei hohen Feinheitsgraden zunehmende Agglomerationsneigung der Materialpartikel einer gleichmäßigen Verteilung der siliciumorganischen Verbindung über die gesamte Oberfläche aller einzelnen Partikel entgegen.

Für die bindungsvermittelnde Wirkung der Beschichtung ist es ferner wichtig, daß möglichst die gesamte Oberfläche eine mindestens einmolekulare Schicht trägt. Eine solche einmolekulare Schicht ist aber auch ausreichend für diesen Zweck. Um nun mit erträglichem Mischaufwand, d. h. ohne die Mischdauer unmäßig auszudehnen, überall die mindestens einmolekulare Bedeckung zu erreichen, muß bei dem bekannten Verfahren in der Praxis mit einem Überschuß an siliciumorganischen Verbindungen gearbeitet werden, der an sich von der Funktion her nicht nötig wäre. Da der Preis der siliciumorganischen Verbindungen erheblich ist und einen wesentlichen Anteil der Kosten des fertigen Füllstoffs ausmacht und es andererseits bei einem in großen Mengen einzusetzenden Füllstoff gerade auf niedrige Kosten ankommt, ist auch aus diesem Grund boi- feinen Mehlen das bekannte Beschichtungsverfahren unwirtschaftlich.

Die DE-PS 10 48 889 befaßt sich ebenfalls mit SiO₂ enthaltenden Füllstoffen. Dabei wird allerdings von einer hydrophilen Kieselsäuresubstanz ausgegangen, die künstlich hergestellt und zu einem trockenen Filterkuchen bereitet wird. Dieser Filterkuchen wird zerkleinert oder zermahlen, wobei Tröpfchen «jtnes organischen Silicons aufgesprüht werden. Es handelt sich um gänzlich andere Ausgangsstoffe, nämlich um ein amorphes, wasserunlösliches, hydratisiertes Siliciumdioxid, das als Kieselsäureaerogel bezeichnet wird. Solche Stoffe sind als künstliche amorphe Verbindungen mit den kristallinen, natürlich entstandenen mineralischen Ausgangsstoffen der Erfindung strukturell und in ihrem Zerkleinerungsverhalten nicht vergleichbar. Die Zugabe des organischen Silicons erfolgt nicht mit der Zielsetzung einer möglichst dünnen Beschichtung, sondern in einer erheblichen Menge von 2—25 Gewichtsprozent des eingesetzten Kieselsäurearogels.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, bei aus kristallinen siliciumhaltigen Mineralien hergestellten Mehlen hoher Feinheit mit möglichst geringem Aufwand an Energie und siliciumorganischen Verbindungen eine möglichst nicht mehr als einmolekulare aber vollständige Bedeckung mit siliciumorganischen Verbindungen herzustellen.

Es wurde gefunden, daß diese Aufgabe dadurch gelöst, werden kann, daß die siliciumorganischen Verbindungen während des Mahlens dem Mahlgut zugegeben werden.

Der Mahlvorgang muß zur Kernzerkleinerung ohnehin stattfinden und bekommt bei der Erfindung die zusätzliche Aufgabe der Verteilung des Beschichtungsmaterials. Eine eigene Misch- oder Zusetzphase ist also eingespart. Ein bei den erfindungsgemäß zugrundeliegenden Materialien sehr wesentlicher Gesichtspunkt

Desteht darin, daß beim Mahlen ständig frische Oberflächen in Gestalt kristalliner Spalt- oder Bruchflä- :hen zutage kommen, die gleichsam in statu nascendi dem Beschiehtungsmaterial gegenübertreten und eine besondere Reaktionsbereitschaft aufweisen. Das sofortige Entstehen einer Bindung wird dadurch begünstigt. Dies wiederum fördert einerseits die einmolekulare Bedeckung, weil jedes Molekül sogleich festgehalten wird und nicht wieder entweichen kann, und ergibt andererseits eine besonders testhaftende Bindung, was sich auf die Festigkeilseigenschaften der mit den erfindungsgemäßen Füllstoffen hergestellten Kunststoffkörper sehr vorteilhaft auswirkt. Schließlich hat die beim Entstehen neuer Oberflächen sofort einsetzende Belegung mit Molekülen der siliciumorganischen Verbindungen auch noch eine Trennwirkung der einzelnen Partikel gegeneinander zur Folge, so daß die Agglomerat — oder Flockenbildung gehemmt wird. Die erfindungsgemäß vorgesehene Zugabe der siliciumorganischen Verbindungen fördert also im Sinne eines Mahlhilfsmittels sogar noch den Mahlvorgang selbst, so daß sehr feine Korngrößen erreichbar sind.

Insgesamt ergibt sich, daß nach der Erfindung mit erheblich verringertem Einsatz an siliciumorganischen Verbindungen und ohne großen Energieaufwand für dessen Aufbringung eine einwandfreie Verteilung der siliciumorganischen Verbindungen und die gewünschte dünne Bedeckung der Partikel des Füllmehls ermöglicht wird, was an den besonders günstigen Festigkeitswerten der mit den erfindungsgemäßen Füllstoffen hergestell- Ji) ten Kunststoffkörper nachgewiesen werden kann. Die Festigkeitswerte sind nicht nur in ihren Beträgen höher, weil die erzielte allseilige Umhüllung der Füllstoffpartikel mit den siliciumorganischen Verbindungen eine besonders gute Bindung zwischen den Füllstoffpartikeln S5 und der umgebenden Kunststoffmatrix herbeiführt; die Festigkeitswerte haben vielmehr auch eine wesentlich geringere Schwankungsbreite, weil die Beschichtung gleichmäßiger ist und zu Unterschieden der Festigkeit führende Zufälligkeiten ausgeschaltet sind. -*o

Es hat sich gezeigt, daß sich die gewünschten Eigenschaften bereits einstellen, wenn die siliciumorganischen Verbindungen einfach in unverdünnter Form zugetropft werden.

Die Handhabung der siliciumorganischen Verbindungen, insbesondere der Silane, ist schwierig, weil sie die Neigung haben, sich zu zersetzen und die SiC>2-haltigen Zersetzungsprodukte Leitungen, Ventile, Düsen u. dgl. nach einer bestimmten Zeit irreparabel verstopfen.

Aus der Praxis heraus hat sich eine Anordnung als «> besonders brauchbar erwiesen, die ein in die Mahlvorrichtung hineinreichendes Zuführrohr für die siliciumorganischen Verbindungen aufweist, das an seinem aus der Mahlvorrichtung hervorstehenden Ende eine in Achsrichtung gelegene Öffnung mit entfernbarem Verschluß v> sowie eine entfernbare Zuleitung für die siliciumorganischen Verbindungen aufweist.

Wenn die Ablagerungen beginnen, den Zulauf der siliciumorganischen Verbindungen in die Mahlvorrichtung, el. h. üblicherweise in die Mahltrommel, zu stören, mi wird der Verschluß entfernt und das Zuführrohr mit einem geeigneten Bohrer aufgehohr!, Die entfernbare Zuleitung wird verworfen und durch eine neue ersetzt.

In einer einfachen Ausführung kann die entfernbare Zuleitung einen flexiblen Schlauch umfassen, der zu einem oberhalb des Zuführrohrs angebrachten, in seiner Höhenlage veränderlichen, die siliciumorganischen Verbindungen enthaltenden Standgefäß führt.

Der flexible Schlauch gestattet neben seiner leichten Auswechselbarkeit eine Höhenveränderung des Standgefäßes, wodurch der im Zuführrohr herrschende Druck in der flüssigen siliciumorganischen Verbindungen und damit die Zuflußmenge eingestellt werden können.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Gestalt einer Anlage zur Beschichtung von Quarzmehl mit Silanen schematisch dargestellt. Das Quarzmehl wird in einer als Ganzes mil I bezeichneten Mahlvorrichtung zerkleinert. Die Mahlvorrichtung 1 umfaßt eine Mahltrommel 2, die um eine horizontale Achse umläuft, wie es durch den Pfeil 3 angedeutet ist. Die Zuführung des Mahlguts in die Mahltrommel 2 geschieht durch die Lagerstutzen 4,5 an den Enden der Mahltromcnel 2. Das eingebrachte Mahlgut wird durch in der Mahltrommel 2 umlaufende fv* iilkörper zermahien und wandert dabei zur Mitte der Mdh'irommel 2, wo es entnommen wird, wie es durch die Leitung 6 angedeutet ist.

Das aus der Mahltrommel 2 entnommene Mahlgut gelangt in einen Sichter 7, in dem die feineren Fraktionen abgetrennt und bei 8 abgezogen werden. Das gröbere Mahlgut gelangt über die Leitung 9 zu einem Verteiler 10 und von dort über die Leitungen 11, 12 in die Lagerstutzen 4, 5, um von dart wieder dem Mahlvorgang in der Mahltrommel 2 zugeführt zu werden.

Frisches Mahlgut wird in Gestalt von Quarzsand aus dem Silo 13 über die Leitung 14 und den Verteiler 10 in den Materialfluß eingegeben.

Der in der Zeichnung rechte Lagerstutzen 5 ist hohl und wird von einem Zuführrohr 15 durchgriffen, das einen Anschluß 16 für einen flexiblen Schlauch 17 aufweist, der in ein Standgefäß 18 mit flüssigem S^ian 19 hineinführt. Das Silan 19 fließt durch den Schlauch 17 und das Zuführrohr 15 in die Mahltrommel 2 und wird dor; mit dem Mahlgut vermählen und über die Oberfläche der einzelnen Partikel verteilt.

Durch Veränderung der Höhenlage des Slandgefäßes 18 im Sinne des Pfeiles 20 kann der Druck des Silans 19 in dem Zuführrohr 15 verändert und damit die ausfließende Silanmenge eingestellt werden.

Das Zuführrohr 15 weist an seinem der Mahltrommel 2 abgelegenen Ende einen entfernbaren Verschluß 21 auf, der das Zuführrohr 15 in Achsrichtung freigibt, so daß die lichte Öffnung des Zuführrohrs 15 im Sinne des Pfeiles 22 durchstoßen oder durchbohrt werden kann, um sie von Zersetzungsprodukten des Silans freizumachen

Es kann auch an dem der Mahltrommel 2 abgelegenen Ende des Zu'iihrrohrs 15 ein Druckarsehluß 23 vorgesehen sein, durch den von eir.er Pumpe 24 Druckluft zugeführt wird, so daß das Silan 19 in die Mahltrommel hinein versprüht wird, wodurch die Verteilung des SiLns erheblich beschleunigt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Beschichten von Partikeln eines aus kristallinen siliciumhaltigen Mineralien durch Mahlen hergestellten Mehls, insbesondere eines s Quarzmehls, mit siliciumorganischen Verbindungen, wieSilanen,Siliconenu.dgl, dadurch gekennzeichnet, daß die siliciumorganischen Verbindungen während des Mahlens dem Mahlgut zugegeben werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die siliciumorganischen Verbindungen in unverdünnter Form zugetropft werden.

3. Vorrichtung zum Beschichten von Partikeln eines aus kristallinen siliciumhaltigen Mineralien durch Mahlen hergestellten Mehls, insbesondere eines Quarzmehls, mit siliciumorganischen Verbindungen, wie Silanen, Siliconen u. dgl, nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein in die Mahlvorrichtung (1) hineinreichendes Zuführrohr 115) für die siliciumorganischen Verbindungen (19) aufweist, das an seinem aus der Mahlvorrichtung (1) hervorstehenden Ende eine in Achsrichtung gelegene Öffnung mit entfernbarem Verschluß (21) sowie eine entfernbare Zuleitung (17) für die siliciumorganischen Verbindungen (19) aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die entfernbare Zuleitung (17) einen flexiblen Schlauch umfaßt, der zu einem oberhalb des Zuführrohrs (15) angebrachten in seiner Höhenlage veränderlichen, die siliciumorganischen Verbindungen (19) enthaltenden Standgefäße (18) führt