DE2620737A1

DE2620737A1 - Verfahren zur herstellung von siliciumdioxid

Info

Publication number: DE2620737A1
Application number: DE19762620737
Authority: DE
Inventors: Guenter Dipl Chem Dr Kratel; Ernst Dipl Chem Dr Muehlhofer; Franz Schreiner
Original assignee: Wacker Chemie AG
Current assignee: Wacker Chemie AG
Priority date: 1976-05-11
Filing date: 1976-05-11
Publication date: 1977-12-01
Also published as: US4108964A; NL7704373A; JPS52148500A; GB1562966A; JPS5638526B2; FR2351052A1; FR2351052B1; DE2620737C2; BE854392A

Description

l/erfahren zur Herstellung von Siliciumdiaxid

Es ist bekannt, Siliciumdioxid (hochdispersa Kieselsäure) durch Umsetzung van gasförmigen Siliciumverbindungen und gegebenenfalls anderen unter üJasserbildung verbrennenden Gasen mit Sauerstoff in der Flamme herzustellen (vgl. zum Baispiel DT-PS 9 QQ 339). Mit SiIiciumtetrachlarid als Auscangspradukt werden dabei befriedigende Ergebnisse erzielt. Oftmals ist es jedoch vorteilhaft, van Drganasilanen auszugehen. Dabei wurden aber bisher nur dunkle, durch Kohlenstoff verunreinigte Produkte erzielt.

Aufgabe dar Erfindung uar ss daher, einen Lüeg aufzuzeigen, mit dem, ausgehend von Drganosilansn, ncichdisperse Kieselsäure ohne kohlenstoffhaltige V/erunreinigungen durch Flammenhydrolyse hergestellt werden kann.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen van hochdispersem Siliciumdiaxid durch Umsetzung von gasförmigen Drganosilanen und gegebenenfalls anderen unter üJasssrbiidung verbrennenden Gasen als gasförmigen Drganosilansn mit sauerstaffhaltigen Gasan In der Flamme, dadurch gekennzeichnet, da3 das Drganasilan in einem Verdampfer mit einem konstant gehaltenen Stand an flüssigem Drganasilan unter einem Organosilan-Dampfdruck van D,2 bis 1,2, vorzugsweise Ü,k bis 0,9, atü und bei höchstens einer Temperatur van 45^D C, vorzugsweise 20 bis 35° C, üher dem jeweiligen Siedepunkt des Organosilans verdampft, und die Temperatur des Dampfes bis zur Mischung mit den anderen Gasen beibehalten wird, das durch dis Mischung entstandene

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Gasgemisch durch cine kanusartige Eintrittsöffnung in die Brennkammer eindasierfc wird, die Eintrittsäffnung van einer Ringspüldüse zentral umgehen ist, durch diese RingspüldüsE sauerstoffhaltiga Gase eingsführt werden, und die Brenksmmer mittels einer indirekten Zuangskühlung gekühlt wird.

Überraschenderweise zeigt sich, daß das erfindungsgemäB hergestellte Siliciumdioxid im Gegensatz zu dem nach bisher bekannten Uerfahren aus gasförmigen Drganosilanen hergestellten Siliciumdioxid größte chemische Reinheit aufweist und frei von kohlenstoffhaltigen Verunreinigungen ist.

Als Drganasilane können auch bei dem erfindungsgemäßen Uerfahren alle Drganosilane eingesetzt werden, die auch bei den bisher bekannten Verfahren zum Herstellen von Siliciumdioxid durch Umsetzung von gasförmigen OrganasilanEn und gegebenenfalls anderen unter Wasssrbildung verbrennenden Gasen als gasförmigen Organosilanen mit Sauerstoff in der Flamme als gasförmige Organosilans verwendet werden konnten. Es sind dies insbesondere die bei der Umsetzung von Silicium oder Legierungen des Siliciums mit Methylchlorid erzeugten Organochlorsilana und Tetramethylsilan. Beispiele für Drganochlorsilane, die durch Umsetzung von Methylchlorid mit Silicium oder dessen Legierungen erzeugt werden, sind Methyltrichlorsilan, Methyldichlorsilan, Dimethyldichlarsilan und Trimethylchlorsilan sowie symrn.-Dimethyldichlardisilan. Wegen der besonders leichten Zugänglichkeit bzw. ωεϋ anders nicht in den anfallenden Mengen verwertbar, ist Methyltrichlarsilan besonders bevorzugt. Es können Gsmische verschiedener Organosilane eingesetzt werden.

Der Dampfdruck des Organosilans beträgt 0,2 bis 1,2, vorzugsweise 0,if bis 0,9, atü« Die Temperatur des Dampfes liegt bei höchstens tj-5 C über dem jeweiligen Siedepunkt des Organosilans (bei 760 mm), vorzugsweise bei 20 bis 35° C. Diese Temperatur des Organosilans wird beibehalten, bis die Mischung der Silane mit den anderen, unter tüasserbildung trennbaren Gasen erfolgt. Um dies zu erreichen, ist es oftmals zweckmäßig, die Leitung zwischen dem Verdampfer, in den

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die gasfnrmirjD.n Organasilane Hingeführt warden, und dem die Flamme erzeugenden Branner mindestens teilweise durch wärmedsranande Stoffe gsgsn i'JüiffiüMibstrahlung zu schützen nrier durch einen Mantel den Inhalt dieser Leitungen auf dsr qsjünschten Temperatur zu halten. Die Uürmcmidisn in diessm Mantel können z.B. Heißwasser mit 55 bis 100° C oder Wasserdampf bis zu 1,5 atü sein. Die Beheizung der uiärmaabgebsn-■ den Flächen in uem Verdampfer, in dem die flüssigen Drganosilane in gasförmige Drgsnosilane übergeführt werden, kann ebenfalls durch Heißwasser oder Wasserdampf erfolgen.

Als andaie, unter Uas-srbildung verbrennende Gase als gasförmige Drganosilane können auch bei dam erfindungsgEmäßsn Verfahren alle anderen, unter LJasasrbildung verbrennanrien Gase als gasförmige Qrganosilane, die bei den bisher bekannten Verfahren zum Herstellen von Siliciumdioxid durch Umsetzung von gasförmigen Siliciumverbindungen mit Sauerstoff mitvsrwendat werden konnten, eingesetzt werden. Es sind dies z.B. Wasserstoff, Wassergas, Leuchtgas, Methan, Propan und gasförmiges ', Mathanal. Dabai müssen zu den Organasilansn soviel unter Wasserbildung verbrennende Gase zugeführt werden, daß zum einen eins Hydrolyse jsdar SiCl-Bindung stattfindan kann, und zum anderan in der Reaktinnsflamme βχπξ Temperatur von UDO C erzielt wird.

Als sauerstoffhaltig;? G^se können Sauersinff in reiner Form und in Form von Sauarstoffgemischen mit mindestens bis zu 15 Volumenprozent Sauerstoff eingesetzt werden, wobei Inertgasa, wie Stickstoff, zugemischt sind. Vorteilhaft ist es oftmals, Luft einzusetzen.

Die Drganasilana, die unter Wasserbildung verbrennenden Gase und die sauerstoffhaltigan Gase werden gemischt, oftmals in einem Apparaturteil, der bereits zum Brenner gehört. Dis Mischung wird durch eina konusartige EintrittsöFfnung in die Brennkammer eindasiert. Diese kanusartiga Eintrittsöffnung ist zentral van einer Ringspüldüse umgeben (vgl. Zeichnungen). Die lichte üJEite der Düse liegt zeckmäßigerweise bei etwa 0,2 bis 2 mm. Durch diese Ringspüldüse werden weitere Mengen sauerstoffhaltiger Gase eingeführt. Die Abführung der bei der Reaktion von Drganosilanen zu hochdisperser Kieselsäure entstehenden großen ülärmemangs geschieht mittels einer indirekten Zwangskühlung. Diese kann durchgeführt werden durch Kühlung der Brennkammer von außsn, beispielsueise mittels Luf i; oder auch durch Mantelkühlung.

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Die Volumenverhältnisse tier einzelnen Gaskomponenten sind nicht von entscheidender Bedeutung. Zueckmäßigerweise wird der Sauerstoff, ebenso wie gemäß DT-P5 9 00 339, auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in einem Überschuß van mindestens 5 Gewichtsprozent eingesetzt. Im allgemeinen wird ein Überschuß von 10 bis 50 Gewichtsprozent ausreichen. Ein weiterer Überschuß van 5 bis 15, vorzugsweise 10, Gewichtsprozent an sauarstoffhaltigem Gasgemisch wird durch die Ringspüldüse, die die Eintrittsöffnung am Reaktionsraum zentral umgibt, gesondert zugeführt. Die Malverhältnisse von Drganosilan zu den bei der Verbrennung wasserbildenden Gasen liegen im allgemeinen im Bereich von 1 : 0 bis 1 : 12, vorzugsweise von 1 : 3 bis 1 : k,5.

Das erfindungsgemäß hergestellte Siliciumdioxid hat im allgemeinen eine Teilchengröße unterhalb 1 Mikron und eine Oberfläche von meistenteils

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50 m /g bis ^QQ m /g. Es eignet sich ausgezeichnet zum Verdicken von polaren und unpolaren Flüssigkeiten sowie als verstärkender Füllstoff, insbesondere für Organopalysilaxanelastamere. Bei diesen Organapalysilaxanalastameren kann es sich um solche aus durch peroxidische Verbindungen in der Hitze varnetzbaren Massen, aus sogenannten Einkomponentensystemen oder sogenannten Zweikomponentensystemen, die bei Raumtemperatur vernetzen oder aus durch Anlagerung von Si-gebundenem IiJe.3-serstoff an aliphatische Mehrfachbindungen vernetzbaren Massen handeln.

Beispiel 1

28 kg Methyltrichlarsilan je Stunde werden mittels einer Membrankolbenpumpe mit einem Druck von 1,5 atü in einen Verdampfer gepumpt. Der Verdampfer hat eine wärmeabgebende Fläche, die auch als Heizfläche be-

2 zeichnet wird, dia mit Wasserdampf von 0,5 atü beheizt wird und 0,5 m groß ist. Der Strom des lilasserdampfes wird mit sinem Regler (Samsan-Regler), der durch den Dampfdruck des Methyltrichlorsilans im Verdampfer gesteusrt wird, so eingestellt, daß ein gleichbleibender Pegel von flüssigem Organosilan und auch ständig der Druck von 0,5 atü des Mathyltrichlorailans aufrechterhalten wird. Die Temperatur beträgt etwa 78 C.

Die Leitung zwischen dem Verdampfer und dem Brenner wird durch einen

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Mantel, durch den Wasserdampf mit 0,5 atü strömt, erwärmt und ist meiterhin mit einer Regeleinrichtung ausgestattet, so daß die Temperatur gehalten werden kann.

Im Brenner werden die 28 kg/Stunde Mathyltrichlarsilan mit 15 Nm bJassarstaff je Stunde und 105 Nm Luft je Stunde vermischt und durch ein2 kanusartige Eintrittsöffnung in die Brennkammer eingegeben. Die Brennermündung ist scharrkantig und dünnwandig. Ihr Innendurchmesser beträgt 50 mm.

Gegen die Brennermündung ist ein Luftstram van 8 Nm je Stunde· gerichtet, der aus der die Brennermündung umgebenden Ringspüldüse mit einer lichten hleite von 0,5 mm strömt. ■

Die Reaktionskammer, mit einem Durchmesser van 60 cm und einer Länge vnn 350 cm, ist mit einem Mantal umgsbsn, der in einem Abstand van 5 cm befestigt ist. Durch diesen Spalt werden stündlich 800 m Luft van 20 C angesaugt.

Es wird hachtransparentes Siliciumdioxid mit einer Teilchengröße unter 1 Mikron und einer Oberfläche, gemessen nach der BET-Methode, van 207 m /g erhalten.

Beispiel 2

Die in Beispiel 1 beschriebene Arbeitsweise wird wiederholt, mit den Abänderungen, daß anstelle dar 15 Nm Wasserstoff 1,2 Nm Propan je Stunde und anstaue der 105 Nm 125 IMm³ Luft in der Stunde mit den 28 kg/Stunds Methyltrichlarsilan im Brenner vermischt werden, sowie daß dar Innendurchmesser der Brennermündung nicht 50 mm, sondern 70 mm beträgt.

Es wird Siliciumdioxid mit einer Teilchengröße unter 1 Mikron und einer Oberfläche, gemessen nach der BET-Mathode, von 196 m /g erhalten.

Beispiel 3

Die in Beispiel 1 beschriebene Arbeitsweise wird wiederholt, mit dan

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AbLinciarungsi, da!3 einstelle der 28 kg/Stunde Pfethyltrichlorsilan 3D kg

Dirnethyldichlorsilan je Stunda eingesetzt, anstelle der 15 Nm Wasserstoff 1,2 Nm Propan je Stunde und anstelle der 105 Nm 125 Nm Luft in der Stunde mit dem gasförmigen Dimethyldichlarsilan im Brenner vermischt warden, souiia daß der Innendurchmesser der Brennermündung nicht 50 mm, sondern 70 inm beträgt.

Es wird Siliciumdioxid mit einer Teilchengröße unter 1 Mikron und Einer Oberfläche, gemessen nach dar BET-Methode, von 183 m /g erhalten .

Beispiel h

Die in Beispiel 3 beschriebene Arbeitsweise uiird wiederholt, mit den Abänderungen, daB anstelle der 30 kg Dimethyldichlarsilan ein Gemisch aus 15,5 kg Hethyltrichlorsilan und 10 kg Tetramethylsilan je Stunde eingesetzt und anstelle der 125 to ~]kü Nm Luft je Stunde mit dem Gemisch aus Organosilanen im Brenner vermischt werden.

Es wird Siliciumdioxid mit einer Teilchenqröfle unterhalb 1 Mikron

2 und einer Oberfläche, gemessen nach der BET-Methade, van 123 m /g erhalten.

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Leerseite

Claims

Patentanspruch

Verfahren zum Herstellen van hachdispersem Siliciumdiaxyd durch Umsetzung von gasförmigen Organasilanen und gegebenenfalls anderen unter bJasserbildung verbrennenden Gasen als gasförmigen Drganasilanen mit sauerstoffhaltigen Gasen in der Flamme, dadurch gekennzeichnet , daß das DrganDsilan in einem Verdampfer mit einem konstant gehaltenen Stand an flüssigen Drganosilanen unter einem Organosilan-Dampfdruck van 0,2 bis 1,2, vorzugsueise D,k bis D,9, atü und bei höchstens einer Temperatur van <+5° C, vorzugsweise 20 bis 35 C, über dem jeueiligen Siedepunkt des Organasilans verdampft, und die Temperatur des Dampfes bis zur Mischung mit den anderen Gasen beibehalten wird, das durch die Mischung entstehende Gasgemisch durch eine kanusartiga Eintrittsöffnung in die Brennkammer eindosiert wird, die Eintrittsöffnung von einer Ririgspüldüse zentral umgeben ist, durch diese Ringspüldüse sauerstoffhaltige Gase eingeführt uierden, und die Brennkammer mittels einer indirekten Zuiangskühlung gekühlt wird.

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