DE4323527A1

DE4323527A1 - Verfahren zur Herstellung von kristallinem Natriumdisilikat mit Schichtstruktur

Info

Publication number: DE4323527A1
Application number: DE19934323527
Authority: DE
Inventors: Guenther Dipl Chem Dr Schimmel; Renate Dipl Ing Adrian; Alexander Dipl Chem Dr Tapper
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Clariant Produkte Deutschland GmbH
Priority date: 1993-07-14
Filing date: 1993-07-14
Publication date: 1995-01-19

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Her stellung von kristallinem Natriumdisilikat mit Schichtstruk tur und einem Molverhältnis SiO₂/Na₂O von (1,8 bis 2,2) : 1.

Kristallines Natriumschichtsilikat wird u. a. als Builder in Wasch- und Reinigungsmitteln verwendet. Dabei ist eine zen trale Funktion die Bindung von Härtebildnern des Wassers. Gerade die δ-Phase des kristallinen Natriumdisilikates mit Schichtstruktur weist ein besonders hohes Ca- und insbeson dere Mg-Bindevermögen auf, so daß die δ-Phase die beste Buildereigenschaft besitzt.

Aus der DE-B 34 17 649 und Y. Hubert et al. C. R. Acad. Sc. Paris t. 278 (1974) S. 1453-55 ist es bekannt, kristallines Natriumdisilikat mit Schichtstruktur in einer hydrothermalen Kristallisation bei 250°C oder einer Hochtemperaturkristalli sation bei Temperaturen von 450 bis 800°C aus Wasserglas herzustellen.

Kristallines Natriumdisilikat mit Schichtstruktur existiert in mindestens 4 kristallinen Phasen, die mit α bis δ be zeichnet werden. Es ist sehr schwierig, die reinen Phasen herzustellen; insbesondere die metastabile δ-Phase tritt immer verunreinigt mit der Tieftemperatur β-Phase und der Hochtemperatur α-Phase auf. Diese Schwierigkeit bei der Her stellung der reinen Phasen kann teilweise durch die Zugabe von Kristallkeimen beseitigt werden.

Eine weitere Herstellmöglichkeit für kristallines Natriumdi silikat mit Schichtstruktur ist in der EP-B 0 293 640 be schrieben. Hierbei wird eine Wasserglaslösung zu einem amor phen Natriumdisilikat sprühgetrocknet und dann das amorphe Natriumdisilikat in einem Drehrohrofen bei 600 bis 800°C vollständig entwässert und kristallisiert. Die erhaltenen Produkte sind Gemische aus δ-, β- und α-Phase; überwiegend liegt die δ-Phase vor.

Es war daher die Aufgabe gestellt, ein Verfahren anzugeben, welches die Herstellung von kristallinem Natriumdisilikat mit Schichtstruktur in reiner δ-Phase in einer einstufigen Reaktion erlaubt und bei dem eine Wasserglaslösung mit einem Molverhältnis SiO₂/Na₂O von (1,8 bis 2,2) : 1 oder ein amor phes, wasserhaltiges Natriumdisilikat als Einsatzstoff ver wendet wird.

Auch die Umsetzung von SiO₂ und Natronlauge ist nach dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich; allerdings fällt dann ein kristallines Natriumdisilikat mit Schichtstruktur an, welches noch nichtumgesetztes SiO₂ und kristallines Na₂SiO₃ · x H₂O enthält.

Überraschend wurde gemäß der Erfindung die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von kristallinem Natri umdisilikat mit Schichtstruktur und einem Molverhältnis SiO₂/Na₂O von (1,8 bis 2,2) : 1 in reiner δ-Phase aus einer Wasserglaslösung mit einem Molverhältnis SiO₂/Na₂O von (1,8 bis 2,2) : 1 oder einem amorphen, wasserhaltigen Natriumdi silikat als Einsatzstoff, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß der Einsatzstoff 1 bis 99 Gew% Wasser enthält und durch Mikrowellenstrahlung in einer wärmeisolierten Reakti onszone auf 400 bis 800°C erhitzt wird.

Das Verfahren gemäß der Erfindung kann weiterhin wahlweise auch noch dadurch ausgestaltet sein, daß

a) die Wasserglaslösung als Einsatzstoff 10 bis 70 Gew% Was ser enthält;
b) das amorphe Natriumdisilikat als Einsatzstoff 5 bis 30 Gew% Wasser enthält;
c) der Einsatzstoff 1 bis 30 Minuten durch Mikrowellenstrah lung erhitzt wird;
d) das Wasser durch die Mikrowellenstrahlung verdampft wird und im Endprodukt ein Glühverlust bei 700°C von weniger als 1 Gew% Wasser verbleibt;
e) das Endprodukt nachträglich auf eine Kornfeinheit von un ter 1 mm aufgemahlen wird;
f) als Einsatzstoff SiO₂ und Natronlauge eingesetzt werden;
g) in der wärmeisolierten Reaktionszone der Einsatzstoff auf 450 bis 550°C erhitzt wird.

Es ist bekannt, daß Wasser von Mikrowellenstrahlung angeregt wird, wodurch Wärme entsteht und das Wasser ggf. auch ver dampft werden kann. Es war jedoch völlig überraschend, daß eine Erwärmung auf deutlich über 100°C eintritt und dabei nicht nur Wasser verdampft wird, sondern gleichzeitig eine Kondensation von -SiOH-Einheiten und eine Kristallisation erfolgt. Darüber hinaus war die Bildung der α-Phase keines wegs zu erwarten, denn wenn man die Mikrowellenbedingungen denen einer Hydrothermalsynthese gleichsetzt, wäre die Ent stehung der β-Phase zu erwarten gewesen (Y. Hubert et al., C.R. Acad. Sc. Paris, t. 278 (1974) S. 1453-55; DE-OS 40 38 388).

Das Endprodukt hat in aufgemahlener Form ein Kalk- und Magne sium-Bindevermögen von mehr als 80 mg Ca/g bei 20°C. Das Bindevermögen wurde gemäß der in der EP-B 0 293 640 offen barten Methode bestimmt.

Die Wahl von SiO₂ und Natronlauge als Einsatzstoff ist dann aus Kostengründen vorzuziehen, wenn es nicht auf ein Produkt mit hoher Phasenreinheit ankommt.

Als SiO₂ können Quarz, Cristobalit oder amorphe Kieselsäuren eingesetzt werden. Die Natronlauge kann eine Na₂O-Konzentra tion von 100 bis 500 g/kg haben.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher er läutert.

Die Beispiele wurden in einem Mikrowellengerät der Firma Philips-Whirlpool, Typ PMW 815, mit einer Leistungsregelung bis 1500 W durchgeführt. Der Innenraum hatte eine Größe von 0,50 × 0,40 × 0,30 m (Breite × Tiefe × Höhe). Die Einsatz stoffe wurden in eine Porzellanschale gegeben, die in den Beispielen 2 bis 6 in einer weiteren, im Durchmesser 5 cm größeren, Schale stand und oben mit einer geformten Haube aus Glaswolle thermisch isoliert war.

Beispiel 1 (Vergleich)

60 g Wasserglaslösung, SiO₂/Na₂O-Molverhältnis 2,05 : 1, mit 60 Gew% Feststoffanteil wurden in einer unisolierten Porzel lanschale 12 Minuten lang mit 1500 W bestrahlt. Das Endpro dukt war inhomogen. Innen war das Endprodukt kristallin und außen amorph.
Der Glühverlust betrug 15,5 Gew%; das Kalkbindevermögen war 30 mg Ca/g.

Beispiel 2

100 g Wasserglaslösung, wie im Beispiel 1 beschrieben, wur den 12 Minuten lang in einer nach oben thermisch isolierten Porzellanschale mit 1500 W bestrahlt. Das Endprodukt war ho mogen und bestand aus reiner δ-Phase. Das Röntgendiagramm des Endproduktes ist in der Fig. 1 zu sehen.
Der Glühverlust betrug 0,5 Gew%; das Kalkbindevermögen war 82 mg Ca/g.

Beispiel 3

100 g Wasserglaslösung, SiO₂/Na₂O-Molverhältnis 2,03 : 1, mit 45 Gew% Feststoffanteil wurden 15 Minuten lang in einer nach oben thermisch isolierten Porzellanschale mit 1500 W bestrahlt.
Das kristalline Endprodukt bestand aus reiner δ-Phase.
Der Glühverlust betrug 0,8 Gew%; das Kalkbindevermögen war 80 mg/g.

Beispiel 4 (Vergleich)

Das Beispiel 3 wurde wiederholt mit der Änderung, daß jetzt 100 g Wasserglaslösung, SiO₂/Na₂O-Molverhältnis 3,0 : 1, mit 33 Gew% Feststoffanteil bestrahlt wurden.
Das Endprodukt ist röntgenamorph.

Beispiel 5

100 g sprühgetrocknetes amorphes Natriumdisilikat, SiO₂/Na₂O- Molverhältnis 2,03 : 1, mit 19 Gew% Wasseranteil, wurden mit 4 g Wasser besprüht und dann 10 Minuten lang in einer nach oben thermisch isolierten Porzellanschale mit 1500 W be strahlt.
Das Endprodukt war homogen und bestand, nach dem Ergebnis seines Röntgendiagramms, aus reiner δ-Phase.
Der Glühverlust betrug 0,7 Gew%; das Kalkbindevermögen war 80 mg Ca/g.

Beispiel 6

Eine Mischung aus 30,4 g Quarz und 36,8 g 50 gewichtsprozen tiger Natronlauge wurden 19 Minuten lang in einer nach oben thermisch isolierten Porzellanschale mit 1500 W bestrahlt. Das Endprodukt bestand zu 50% aus der δ-Phase. Die Phasen- Bestimmung erfolgte röntgenographisch.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von kristallinem Natriumdisili kat mit Schichtstruktur und einem Molverhältnis SiO₂/Na₂O von (1,8 bis 2,2) : 1 in reiner δ-Phase aus einer Wasser glaslösung mit einem Molverhältnis SiO₂/Na₂O von (1,8 bis 2,2) : 1 oder einem amorphen, wasserhaltigen Natriumdisi likat als Einsatzstoff, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatzstoff 1 bis 99 Gew% Wasser enthält und durch Mikro wellenstrahlung in einer wärmeisolierten Reaktionszone auf 400 bis 800°C erhitzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserglaslösung als Einsatzstoff 10 bis 70 Gew% Wasser enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das amorphe Natriumdisilikat als Einsatzstoff 5 bis 30 Gew% Wasser enthält.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß der Einsatzstoff 1 bis 30 Minuten durch Mikrowellenstrahlung erhitzt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, daß das Wasser durch die Mikrowellen strahlung verdampft wird und im Endprodukt ein Glühverlust bei 700°C von weniger als 1 Gew% Wasser verbleibt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, daß das Endprodukt nachträglich auf eine Kornfeinheit von unter 1 mm aufgemahlen wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 6, da durch gekennzeichnet, daß als Einsatzstoff SiO₂ und Na tronlauge eingesetzt werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge kennzeichnet, daß in der wärmeisolierten Reaktionszone der Einsatzstoff auf 450 bis 550°C erhitzt wird.