JP3480083B2 - 微細シリカの製造方法 - Google Patents

微細シリカの製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、比表面積の高い微細シ
リカ(ヒュームドシリカ)を工業的有利に製造する方法
に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
ヒュームドシリカの合成法としては、四塩化ケイ素を水
素、空気と予混合燃焼する火炎加水分解法が最も一般的
である(特公昭47−46274号公報等)。
【0003】しかし、予混合燃焼では、バーナーのノズ
ルにシリカが付着成長し、ノズルを閉塞させたり、逆火
吹き飛びの危険性があり、これはバーナー口径が大きく
なるほど(生産規模が大きくなるほど)危険性が増大す
る。
【0004】このため、四塩化ケイ素を拡散燃焼させる
ことも提案されている(特公昭43−4652号公報、
同46−20138号公報等)が、四塩化ケイ素を拡散
燃焼させる方法は、予混合燃焼の問題点を解決し得る
が、シリコーンメーカーが原料の四塩化ケイ素を得るた
めには、これを金属ケイ素と塩化水素から新たに合成す
る必要が生じる。
【0005】一方、オルガノハロシランを予混合燃焼
し、ヒュームドシリカを合成することも知られている
(特公昭56−38526号公報、同58−54085
号公報等)。
【0006】しかしながら、本発明者の検討によれば、
この方法はオルガノハロシラン自体が可燃性のため、火
炎温度が高くなり、火炎長さも長くなって、ヒュームド
シリカの比表面積が小さくなる。実際、特公昭56−3
8526号公報に開示された実施例では、シリカ比表面
積の最高は207m2/gである。
【0007】この場合、予混合燃焼法で火炎温度を下げ
ようとすると、空気の割合を増すことが最も簡単である
が、空気量を増大すると予混合燃焼では火炎の吹き飛び
につながり、燃焼が継続できない。
【0008】本発明は、上記事情に鑑みなされたもの
で、上記のような操作上の不都合なく高比表面積の微細
シリカ(ヒュームドシリカ)を確実に製造することがで
きる微細シリカの製造方法を提供することを目的とす
る。
【0009】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明者は、上
記目的を達成するため鋭意検討を行った結果、オルガノ
ハロシランやオルガノハロジシラン、特に金属ケイ素と
オルガノハライドによるジメチルジクロロシラン合成で
副生されるメチルトリクロロシラン等のオルガノハロシ
ランやオルガノハロジシランを水素ガス等の燃焼して水
蒸気を発生する可燃性ガス及び空気等の遊離酸素含有ガ
スの拡散火炎中で火炎加水分解することにより、火炎の
逆火や吹き飛びを回避し、しかもバーナーノズル部分に
シリカを沈着させることなく、比表面積(BET法)1
00〜400m/g、特に200m/g以上のヒュ
ームドシリカを簡単かつ確実に合成でき、この方法が操
作的にも、またジメチルジクロロシラン等の合成で副生
するメチルトリクロロシラン、ジシランなどの副生物を
使用できるので原料的にも、工業上有利であり、経済的
効果も大きいことを知見し、本発明をなすに至ったもの
である。従って、本発明は、オルガノハロシラン又はオ
ルガノハロジシランを中心管より供給すると共に、この
中心管を取り囲む空気供給管より遊離酸素を含有するガ
スを供給し、この空気供給管を取り囲む水素供給管より
オルガノハロシラン又はオルガノハロジシランを燃焼し
て水蒸気を発生する可燃性ガスを供給し、更にこの水素
供給管を囲んで配設した管より遊離酸素を含有するガス
を供給して、上記可燃性ガス及び遊離酸素を含有するガ
スの拡散火炎中でオルガノハロシラン又はオルガノハロ
ジシランを火炎加水分解することを特徴とする微細シリ
カの製造方法、オルガノハロシラン又はオルガノハロジ
シランが、金属ケイ素とオルガノハライドとによってジ
メチルジクロロシランを合成する際の副生物である上記
製造方法、オルガノハロシラン又はオルガノハロジシラ
ンとして、メチルトリクロロシランを使用した上記製造
方法、製造される微細シリカの比表面積(BET法)が
200〜400m/gである上記製造方法を提供す
る。
【0010】以下、本発明につき更に詳しく説明する
と、本発明の微細シリカの製造方法は、オルガノハロシ
ラン又はジシランを燃焼して水蒸気を発生する可燃性ガ
ス及び遊離酸素を含有するガスの拡散火炎中で火炎加水
分解するものである。
【0011】この場合、オルガノハロシラン、オルガノ
ハロジシランとしては特に制限はないが、ガス化してバ
ーナーに供給する必要があるため、沸点が200℃以下
のものが好ましく、具体的にはメチルトリクロロシラ
ン、メチルジクロロシラン、トリメチルクロロシラン、
ジメチルジクロロシラン等のオルガノハロシラン、1,
2−ジメチルテトラクロロジシラン、1,1,2−トリ
メチルトリクロロジシラン、1,1,2,2−テトラメ
チルジクロロシラン、1,1,1,2−テトラメチルジ
クロロシラン等のオルガノハロジシランが例示される。
特に、金属ケイ素とオルガノハライドとによってジメチ
ルジクロロシランを合成する際の副生物が有利に用いら
れる。
【0012】また、燃焼して水蒸気(H2O)を生成す
る可燃性ガスとしては、水素ガスが好適に用いられる
が、メタン、プロパン及びガス状メタノールなども用い
られる。この可燃性ガスは、シランを加水分解すると共
に、シリカ表面に活性なOH基を持たせるために必要で
あり、また安定した火炎を継続させる火種ともなる。
【0013】一方、遊離酸素を含むガスとしては、空気
が経済上から好ましい。
【0014】上記ハロシラン又はハロジシランを拡散火
炎中で火炎加水分解する方法としては、公知の拡散燃焼
法を採用し得、上記原料を燃焼させるバーナーも公知の
ものを使用し得る。例えば、単純な3重管バーナーや4
重管バーナーなどを用いることができるが、拡散燃焼で
きるバーナーであればいずれのものでもよい。
【0015】具体的には、図1に示すようなオルガノハ
ロシラン又はジシランが供給される中心管1を内側より
外側に向けて順次取り囲む空気供給管2、水素供給管
3、空気供給管4からなる4重管バーナー、図2に示す
ようなオルガノハロシラン又はジシラン供給管(中心
管)1、空気供給管2、水素供給管3からなる3重管5
の複数個を空気が供給される大管6内に配設したバーナ
ーなどを用いることができるが、勿論これらに限られる
ものではない。
【0016】この場合、中心管1に供給されるオルガノ
ハロシラン又はジシランの供給量は0.1〜10kg/
h、特に1〜5kg/hとすることが好ましく、また空
気供給管2に供給される空気量は0.02〜10Nm3
/h、特に0.2〜5Nm3/hが好ましく、水素供給
管3に供給される水素量は0.02〜10Nm3/h、
特に0.2〜5Nm3/hが好ましい。更に、外側の空
気供給管4や大管6に供給される空気量は0.02〜1
0Nm3/h、特に0.2〜5Nm3/hが好ましい。
【0017】本発明によれば、ヒュームドシリカとして
有用な比表面積100〜400m2/gのものを操作上
の不都合なく、簡単かつ確実に製造することができる。
【0018】
【発明の効果】本発明によれば、比表面積の大きい微細
シリカ(ヒュームドシリカ)を操作上の不都合なく工業
的有利に製造することができる。
【0019】
【実施例】以下、実施例と比較例を示し、本発明を具体
的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるも
のではない。
【0020】〔実施例1〕図1に示す4重管バーナーを
使用し、中心管1にメチルトリクロロシランを2.6k
g/h、空気供給管2に乾燥空気を0.83Nm3
h、水素供給管3に水素ガスを0.39Nm3/h、外
側の空気供給管4に乾燥空気を0.83Nm3/h供給
すると共に、合成されたヒュームドシリカを移送するた
め40Nm3/hで吸引するという条件で拡散燃焼法に
よる火炎加水分解を行った。この場合、メチルトリクロ
ロシランは2kg/cm2G(ゲージ圧)のスチームで
加熱し、ガスとして供給した。
【0021】これにより、ヒュームドシリカが1.0k
g/hの量で得られた。また、合成されたヒュームドシ
リカの比表面積(BET法)は215m2/gであっ
た。
【0022】〔実施例2〕図1に示す4重管バーナーを
使用し、中心管1にメチルトリクロロシランを2.6k
g/h、空気供給管2に乾燥空気を2.8Nm3/h、
水素供給管3に水素ガスを0.83Nm3/h、外側の
空気供給管4に乾燥空気を0.83Nm3/h供給する
以外は実施例1と同様にしてヒュームドシリカを合成し
た。
【0023】これにより、ヒュームドシリカが1.0k
g/hの量で得られた。また、合成されたヒュームドシ
リカの比表面積(BET法)は385m2/gであっ
た。
【0024】〔実施例3〕図1に示す4重管バーナーを
使用し、中心管1にメチルトリクロロシランを2.6k
g/h、空気供給管2に乾燥空気を0.57Nm3
h、水素供給管3に水素ガスを0.83Nm3/h、外
側の空気供給管4に乾燥空気を0.83Nm3/h供給
する以外は実施例1と同様にしてヒュームドシリカを合
成した。
【0025】これにより、ヒュームドシリカが1.0k
g/hの量で得られた。また、合成されたヒュームドシ
リカの比表面積(BET法)は121m2/gであっ
た。
【0026】〔実施例4〕図1に示す4重管バーナーを
使用し、中心管1に金属ケイ素とメチルクロライドの直
接法によって合成した粗生成物より主生成物であるジメ
チルジクロロシラン等のオルガノハロシランを除いたジ
シラン類(1,2−ジメチルテトラクロロジシラン等)
を2.6kg/h、空気供給管2に乾燥空気を2.8N
3/h、水素供給管3に水素ガスを0.83Nm3
h、外側の空気供給管4に乾燥空気を0.83Nm3
h供給した。またこのときジシラン類は250℃の熱媒
で加熱し、ガスとして供給した。
【0027】これにより、ヒュームドシリカが1.6k
g/hの量で得られた。また、合成されたヒュームドシ
リカの比表面積(BET法)は250m2/gであっ
た。
【0028】〔実施例5〕図2に示すじょうろ状のバー
ナーを使用し、中心管1にメチルトリクロロシランを1
0kg/h、空気供給管2に乾燥空気を3.3Nm3
h、水素供給管3に水素ガスを1.6Nm3/h、大管
6に乾燥空気を3.3Nm3/h供給すると共に、合成
されたヒュームドシリカを移送するため40Nm3/h
で吸引するという条件で拡散燃焼法による火炎加水分解
を行った。またこのとき、メチルトリクロロシランは2
kg/cm2G(ゲージ圧)のスチームで加熱し、ガス
として供給した。
【0029】これにより、ヒュームドシリカが3.8k
g/hの量で得られた。また、火炎は互いに干渉せず、
合成されたヒュームドシリカの比表面積(BET法)は
180m2/gであった。
【0030】〔比較例1〕メチルトリクロロシラン0.
52kg/h、乾燥空気0.81Nm3/h、水素ガス
0.29Nm3/hを予混合し、1/4インチの単管よ
り供給し、火炎加水分解を行った。このとき実施例1と
同様に40Nm3/hで吸引した。
【0031】得られたヒュームドシリカは火炎温度が高
くなったため、比表面積は61m2/gにとどまった。
【0032】〔比較例2〕メチルトリクロロシラン0.
62kg/h、乾燥空気0.89Nm3/h、水素ガス
0.20Nm3/hを予混合する以外は比較例1と同様
に操作した。即ち、メチルトリクロロシランに対する水
素の割合を下げ、空気の割合を上げて、火炎温度の低下
を試みたが、火炎は吹き飛び、消炎してしまった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施に用いるバーナーの一例を示す断
面図である。
【図2】本発明の実施に用いるバーナーの他の例を示す
断面図である。
【符号の説明】
1 中心管 2 空気供給管 3 水素供給管 4 空気供給管 5 3重管 6 大管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上原 秀和 群馬県安中市磯部2丁目13番1号 信越 化学工業株式会社 群馬事業所内 (72)発明者 上野 進 群馬県安中市磯部2丁目13番1号 信越 化学工業株式会社 群馬事業所内 (56)参考文献 特公 昭56−38526(JP,B1) 特公 昭58−54085(JP,B1) 特公 昭43−4652(JP,B1) 米国特許5340560(US,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C01B 33/12 C03B 8/00

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 オルガノハロシラン又はオルガノハロジ
    シランを中心管より供給すると共に、この中心管を取り
    囲む空気供給管より遊離酸素を含有するガスを供給し、
    この空気供給管を取り囲む水素供給管よりオルガノハロ
    シラン又はオルガノハロジシランを燃焼して水蒸気を発
    生する可燃性ガスを供給し、更にこの水素供給管を囲ん
    で配設した管より遊離酸素を含有するガスを供給して、
    上記可燃性ガス及び遊離酸素を含有するガスの拡散火炎
    中でオルガノハロシラン又はオルガノハロジシランを火
    炎加水分解することを特徴とする微細シリカの製造方
    法。
  2. 【請求項2】 オルガノハロシラン又はオルガノハロジ
    シランが、金属ケイ素とオルガノハライドとによってジ
    メチルジクロロシランを合成する際の副生物である請求
    項1記載の製造方法。
  3. 【請求項3】 オルガノハロシラン又はオルガノハロジ
    シランとして、メチルトリクロロシランを使用した請求
    項1記載の製造方法。
  4. 【請求項4】 製造される微細シリカの比表面積(BE
    T法)が200〜400m/gである請求項1、2又
    は3記載の製造方法。
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