稳定的二氧化硅含水分散体的制作方法_2

文档序号:8373926阅读:来源:国知局
术语"二氧化硅"、"沉淀二氧化硅"和"经沉淀的二氧化硅"同义地使用。所有 情形中,它们都被理解为意思是沉淀二氧化娃,例如,如Ullmann' s Encyclopedia of Industrial Chemistry,第5版,卷A23,第642~647页所述。为避免纯粹的重复,该出 版物的内容在此处明确地结合到本发明的主题和说明书中。沉淀二氧化硅可具有最高达 到SOOmVg的BET表面积,且是通过至少一种硅酸盐,优选碱金属硅酸盐和或碱土金属硅酸 盐,与至少一种酸化剂,优选至少一种无机酸的反应获得的。与硅胶不同(参见Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry,第 5 版,卷A23,第 629 ~635 页),沉淀二氧 化硅并不由均匀的三维3102网络构成,而是由单独的聚集体和团聚体构成。沉淀二氧化硅 的特定特征是高比例的所谓内表面积,其表现在具有微孔和中孔的高多孔性结构。
[0039] 沉淀二氧化硅不同于也被称作气相二氧化硅(Aerosil)的热解二氧化硅(参见 UllmannjS Encyclopedia of Industrial Chemistry,第 5 版,卷 A23,第 635 ~642 页)。 热解二氧化硅是通过火焰水解的方法从四氯化硅获得的。由于完全不同的制备方法,热解 二氧化硅还尤其具有不同的表面性质。这表现在,例如,表面上硅烷醇基的较低数目。因此, 热解二氧化硅和沉淀二氧化硅在含水分散体中的行为(主要由表面性质决定)无法互相比 较。沉淀二氧化硅相对于热解二氧化硅的一个优点在于前者显著地较便宜。
[0040] 娃酸盐记载于 Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry,第 5 版,卷 A23,第661~717页。为避免纯粹的重复,该出版物的内容在此处明确地整合到本发明的 主题和说明书中。
[0041] 本发明分散体优选为含水分散体,即,液体相的至少一种组分,更优选为主要组分 是水,优选为去离子水。除了水和至少一种二氧化硅外,本发明分散体优选不含任何其它液 体添加剂,尤其不含防止二氧化硅颗粒沉淀的添加剂。更优选地,除了水和二氧化硅,本发 明分散体完全不含任何其它添加剂。
[0042] 本发明分散体可包含二氧化硅作为仅有的固体。这可能是可取的,尤其当所述分 散体用作母料用于各种应用时。
[0043] 本发明分散体中存在的二氧化硅的BET表面积优选为50~800m2/g,更优选为 50~500m 2/g,优选50~250m2/g。这是必要的,以确保与周围介质的高相互作用。
[0044] 所述BET表面积不是对单独的颗粒测量的,而是对应于标准化为1克的分析样品 中所存在的所有颗粒的总表面积测量的。如果本发明分散体中存在多种不同的二氧化硅, 那么所述BET表面积并不对应于单种用于制备该分散体的二氧化硅的BET表面积,而是对 应于对标准化为1克的该分散体的代表性样品测量的所有颗粒的总表面积。在这种情况 中,前述BET表面积的优选范围同样适用。
[0045] 为了实现期望的沉淀稳定性,发现本发明分散体的二氧化硅团聚体的中值颗粒尺 寸d5Q必须为130~800nm,优选为150~600nm,更优选为150~450nm,尤其优选为150~ 400nm,甚至更优选为170~300nm且特别优选为180~300nm。在工业上仅能非常昂贵地 实现低于130nm的数值。
[0046] 此外,还发现必要的是所述分散体的pH不得太低。本发明分散体的pH对于所述 分散体的沉淀性质具有特别的稳定效果,且为大于8,优选为8. 0~14,更优选为8. 5~12, 甚至更优选为8. 7~10且特别优选为9~9. 5。
[0047] 最后发现除了颗粒尺寸和pH之外,本发明分散体的ζ电势也构成其储藏稳定性 的重要标准。ζ电势是颗粒的表面电荷的量度,并且描述液体和颗粒表面之间的电荷相 互作用。ξ电势很大程度上取决于分散体的ΡΗ,因而仅在相同pH下才可互相比较。本发 明人已经发现本发明分散体中的二氧化硅颗粒在足够大的表面电荷下以如下方式互相排 斥:使得防止颗粒的聚沉。因此必须本发明分散体的ξ电势在PH为9时小于-20mV,优选 为-20~-45mV,更优选为-25~-40mV,最优选为-30~-40mV。
[0048] 基于分散体的总量,本发明分散体具有5~50重量%的二氧化硅的比例。二氧化 硅含量更优选为10~50重量%,甚至更优选为20~40重量%且特别优选为20~35重 量%。具有相对低二氧化硅含量的分散体通常具有比高充填量的分散体更好的稳定性。具 有低于5重量%二氧化硅的分散体由于高水含量,而是不经济的。
[0049] 在二氧化硅含量高达30重量%时,本发明分散体显示类似于水的粘度。因而, 本发明分散体的粘度优选低于500mPas,更优选为0. 1~250mPas,甚至更优选为1~ IOOmPas,且特别优选为1~50mPas。
[0050] 此外还发现,当在研磨过程中破坏掉足够比例的二氧化硅的结构时将有利于本发 明分散体的稳定性。不受具体理论的束缚,申请人的观点是这种减少的结构影响所述二氧 化硅颗粒的相互作用,从而增强了所述分散体的稳定性。为了可以测定本发明分散体中二 氧化硅颗粒的结构性质,所述分散体首先在干燥箱中干燥,然后利用水银孔隙度测定法对 经干燥的二氧化硅颗粒进行检测。可在后面检测方法的说明中得到关于测量操作的更精确 信息。
[0051] 在本发明分散体的优选实施方案中,二氧化硅颗粒的粒度为10~1000 nm的孔的 孔体积为〇· 05~I. 0ml/g,优选0· 1~0· 75ml/g,更优选0· 15~0· 6ml/g且最优选0· 2~ 0·55ml/g〇
[0052] 在本发明分散体的更特别的优选实施方案中,二氧化硅颗粒的孔最大值为5~ 50nm,优选为5~40nm,该孔最大值在第一可选实施方案中为5~20nm,优选为7~15nm, 并且在第二可选实施方案中为20~40nm,优选为25~35nm。
[0053] 可通过下述方法制备本发明分散体:将二氧化硅颗粒以如下方式研磨直至130~ 800nm,优选150~600nm,更优选150~450nm,特别优选150~400nm,且最优选180~ 300nm的中值颗粒尺寸d 5(l:以便由此得到这样的分散体,该分散体在pH为9时具有小 于-20mV,优选为-20~-45mV,更优选为-25~-40mV,最优选为-30~-40mV的ζ电势, 且具有大于8的pH,优选为8. 0~14,更优选为8. 5~12,甚至更优选为8. 7~10且特别 优选为9~9. 5。
[0054] 该方法优选包括下述步骤的至少部分:
[0055] a.通过在优选为水的液体介质中分散二氧化硅来制备初步分散体;
[0056] b.任选地调节所述初步分散体的pH ;
[0057] c.研磨所述初步分散体中的二氧化硅颗粒;
[0058] d.任选地将在步骤c)之后获得的分散体浓缩至期望的固体含量。
[0059] 在步骤a)中,制备初步分散体。在一个实施方案中,为此目的,将二氧化硅颗粒分 散于液体组分中,优选为水,更优选为去离子水。然而,也可以再分散滤饼,也即,不首先干 燥二氧化硅颗粒。本发明所述方法的该第二实施方案显然相对第一实施方案更具经济优 势。这两种实施方案的任何混合形式同样可行,也即,可以再分散滤饼然后添加干燥的二氧 化硅,反之亦然。也可以制备至少两种不同二氧化硅的混合物的基础分散体。
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