制备微细的沉淀二氧化硅的方法技术

本发明专利技术提供一种制备微细的沉淀二氧化硅的方法。在作为凝聚剂的碱金属盐的存在下，在６０－９０℃、不断搅拌下，经各种中和步骤，通过中和碱性硅酸盐溶液制备微细的沉淀二氧化硅，在所述各种中和步骤过程中，中和中断特定的时间。进一步加入酸性硅溶胶，直至６０－８０％的总碱被中和。然后在不断搅拌下熟化反应混合物至少３分钟，接着以合适的速率通过离心泵进行循环。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种。更具体地说，本专利技术涉及用酸化剂(即，无机酸和酸性硅溶胶)逐步中和可溶性碱金属硅酸盐以获得超过75%的微粒小于10微米(pm)的二氧化硅。
技术介绍
二氧化硅用于强化弹性体(如橡胶)，并用于提高橡胶的耐磨性。具有细粒度的高结构的沉淀二氧化硅尤其用作具有极高的透明度的聚丙烯和聚乙烯膜的抗粘连剂(antiblocking agent)。它们也用于牙科活性物质的载体，其存储于作用位点然后在一段相当长的时间里小剂量释放活性物质(存贮效应、控制释放)。因此，二氧化硅作为活性物质储库而发挥作用，其含有吸收、吸附或化学吸附形式的活性物质。二氧化硅也用于催化、油墨、纸和食品工业中。授予Huang Yung Hui的美国专利(公布)2006/0027142 Al (2006年2月9日)描述了生产窄粒度分布的沉淀二氧化硅和/或硅酸盐材料的新方法。这种方法基本上在一种可能的优选实施方式中，通过利用更有效的干燥/蒸发成分使得制造成本明显降低，这种二氧化硅和/或硅酸盐材料的生产后直接是液压室压滤步骤，结合随后的真空脱水，导致需要的最终颗粒粉碎。由此生成的最终沉淀二氧化硅和/或珪酸盐在粉碎前显示更大的密度，从而比以前利用的和流行的喷雾/闪蒸干燥设备更倾向于均匀的研磨。该专利技术也包含产生的沉淀二氧化硅和/或硅酸盐微粒，包括那些令人惊讶地表现极高的透光性能的沉淀二氧化硅和/或硅酸盐微粒，从而潜在地提供用于清晰(透明)的终端应用的优质窄粒度分布的二氧化硅材料。该方法包括使用与真空脱水结合的液压室机压滤步骤的合成后处理以获得窄的粒度分布。这将增加生产成本。4授予Schaefer等人的美国专利(公布)US 2005/0228106 Al (2005年10月13日)描述了一种制备具有大约5nm半径的初级颗粒、280-350m2/g的BET比表面积和0.4-0.6 g/cc的堆积密度的易于分散的沉淀二氧化硅的方法。该专利技术的沉淀二氧化硅在降低的钠离.子强度和60-100 。C的高温下，通过以不同的步骤中和硅酸钠溶液获得。使用的中和剂是石克酸和硅酸。该方法包括通过有机珪烷对初级颗粒和聚集体的表面修饰，以防止聚集体的凝聚，以获得具有胶体范围颗粒大小的疏水表面。通过小角X射线散射(SAXS)技术测量初级颗粒；但没有提及对二级(聚集体)或三极(凝聚体)颗粒的大小。在该专利技术中，所述方法的一个步骤中使用硅酸使方法复杂化，因为硅酸通过将硅酸盐溶液经过阳离子交换树脂柱而制备，且该溶液不稳定而不能储存较长时间。由此获得的硅酸应该立即使用，且只可以在较低的温度下存储几个小时。另一个缺点是反应时间较长，完全中和需要大约150-200分钟。授予Maus等人的美国专利6,902,715 (2005年6月7日)描述了一项专利技术，提供包括以下物理特性的二氧化硅颗粒.BET表面积100-700m2/g; DBP吸收100-500 g/100 g;夯实密度100-250 g/1; >63 |i的ALPINE筛余物<5 %;和粒径(累积体积分布)d95<40 |im; d50<20 fim;和d5<10,。该专利技术还提供一种生产具有窄的粒度分布的二氧化硅的方法，其包括在脉沖燃烧干燥器中干燥二氧化硅悬浮液，以产生具有以下粒径分布(累积体积分布)的二氧化石圭颗粒d5<10|mi、 d50<20 jam和d95<40 pn。根据该专利技术，通过合成后处理获得细粒径的微粒，这需要特定类型的脉冲燃烧干燥器。这可能会增加生产成本。Raksh Vir Jasra等人的美国专利7，037，476 ( 2006年5月)描述了 一种从金伯利岩(Kimberlite)尾矿(钻石开采的废弃物)制备自由流动的水合无定形二氧化硅的新方法。该方法包括用酸处理金伯利岩，进一步将其与碱溶液反应，以获得可溶性的金属硅酸盐溶液，随后用无机酸中和所述溶液以聚合二氧化硅为不溶性的沉淀。该产品可作为磨料等用于橡胶、涂料中。该方法的缺点是为用酸处理金伯利岩、过滤和清洗以除去粘附的可溶盐及在高温下在碱中溶解二氧化硅是费时的，这增加了对于生产一批产品的总时间。更多数量的单元操作对该方法的经济效益造成不利影响。授予Chevallier等人的美国专利申请20030118500 (2003 )公开了一 种制备沉淀二氧化硅的方法，包括硅酸盐与酸化剂的反应，由此获得沉淀 二氧化硅的悬浮液，接着是分离和干燥该悬浮液，特征在于按以下方法进 行沉淀(i)形成包含用于反应的硅酸盐总量中的至少一部分和至少一种 电解质的初始原溶液，在所述初始原溶液中石圭酸盐(以Si02表示)的浓度 是50-60 g/l; (ii)向所述原溶液加入酸化剂，直至反应介质的pH值达到 7-8.5; (iii)向反应介质加入酸化剂，在适当情况下与剩余量的硅酸盐一起 同时加入，额外量的酸化剂添加到反应介质中，优选直至反应介质的pH 值为4-6。分离包括使用配备压缩装置的过滤器进行过滤和洗涤操作，具 有低于17重量％的固含量的悬浮液通过喷雾干燥。该方法的缺点是，需 要同时加入两种溶液，且它们的速度需要非常严格地控制。加入速度的轻 微变化可能会影响反应物的pH和随后的二氧化硅的质量。获得所需粒度 的二氧化硅需要进行喷雾干燥。这需要高能量输入。授予Chevallier等人的美国专利6,468,493 (2002)描述了 一种制备沉 淀二氧化硅的方法，其包括以下步骤i)制备包含用于反应的硅酸盐总 量中的至少 一部分和至少 一种电解质的初始原溶液。所述初始原溶液中以 Si02计的硅酸盐浓度是40-330 g/1，且电解质浓度是12-20 g/1。向原溶液 加入酸化剂，直至获得pH值为7-8.5。以4吏得反应混合物pH值不发生改 变的方式向该溶液中同时加入酸化剂和剩余的石圭酸盐溶液。随后向反应 混合物加入额外量的酸化剂，以使得反应混合物的pH值下降到4.5-5.5。 反应介质的温度保持在68-98 。C。该方法的缺点是将pH值降至低于8.5 的酸的最始加入是关键的，因为它会导致凝胶形成的可能性。此外，溶 液同时加入时严格控制速度，以维持pH值。授予Uhriahdt等人的美国专利6180076 (2001)描述了一种制备具有 120-200 m2/g的BET比表面积、150-300的DBP指数的易于分散的沉淀 二氧化硅的方法，且某些颗粒在通过超声颗粒降解后小于1 pm。具有<3.4 iam的降解率wK的颗粒容易M。 wK系数定义为l-100iim范围的非降 解微粒的峰值高度(最大值)与经100 W的超声处理4.5分钟后的<1 (im的降解颗粒的最大值的比率。在连续搅拌、65-95 。C的温度和7.0-11.0的 pH值下，通过碱金属硅酸盐与无机酸的反应获得沉淀二氧化硅。持续反 应到40-110g/l的固体浓度，且最终pH值调节到3-5。产物经过滤、洗涤， 然后干燥。按照该专利技术的反应以两个步骤进行1)加入水玻璃和酸15-25 分钟，接着中断加入30-90分钟。2)加入水玻璃和酸50-70分钟。总反应 时间为130-140分钟。按某些实施方式，在100 W超声处理4.5分钟后获 得的粒径是<5 nm。反应本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备微细沉淀二氧化硅的方法，所述方法包括以下步骤：　（ｉ）制备具有４０－７０ｇ　ＳｉＯ↓［２］／升的二氧化硅浓度的硅酸钠稀溶液；　（ｉｉ）通过加入０．１－１．０摩尔／升的钠盐，调节步骤（ｉ）的硅酸盐溶液的钠离子浓度；　 （ｉｉｉ）制备浓度为１－１０Ｎ的稀无机酸溶液；　（ｉｖ）在室温、不断搅拌下，通过向步骤（ｉｉｉ）制备的无机酸加入步骤（ｉ）的５－３０％的硅酸钠溶液，单独制备稳定的硅溶胶；　（ｖ）在５０－９０℃的温度下，加热步骤（ｉ）制备的稀硅酸 钠溶液；　（ｖｉ）在搅拌、５０－９０℃的温度下，在５－２０分钟的时间内，用步骤（ｉｉｉ）制备的稀酸溶液中和步骤（ｖ）的上述硅酸钠溶液中存在的总碱中１０－３０％的碱；　（ｖｉｉ）保持高温的同时，中断硅酸钠的中和５－３０分钟；　 　（ｖｉｉｉ）在搅拌下，在１０－３０分钟的时间内，进一步用步骤（ｉｖ）制备的稳定的硅溶胶中和步骤（ｖｉｉ）获得的硅酸钠溶液；　（ｉｘ）再次中断上述中和过程３－１０分钟；　（ｘ）在５－３０分钟内，向上述步骤（ｖｉｉｉ）的反应物中加 入剩余的无机酸，使得反应混合物的最终ｐＨ值为３－５；　（ｘｉ）熟化上述反应混合物２－１０分钟；　（ｘｉｉ）在反应步骤（ｖｉ）－（ｘｉ）的过程中，以１５－２０个循环／小时的速度通过离心泵不断循环上述反应物；　（ｘｉｉｉ）通过 过滤从反应物分离固体二氧化硅，用水洗涤滤饼以除去粘附的硫酸盐杂质；　（ｘｉｖ）在９０－１１０℃的温度干燥滤饼；和　（ｘｖ）粉碎二氧化硅以获得细粉末，并喷射研磨该粉末以获得微细的二氧化硅粉末。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：RV加斯拉，HM莫迪，RS索玛尼，HC巴加杰，DB舒克拉，NR维雅斯，
申请(专利权)人：科学与工业研究委员会，
类型：发明
国别省市：IN[印度]