专利名称：一种高孔容二氧化硅的制备方法
技术领域：
本发明涉及精细化工粉体材料制备方法，特别是高孔容二氧化硅 类消光剂的制备方法。
二背景技术：
二氧化硅作为消光剂使用应用于涂料时，影响消光性能的最重要 技术指标是二氧化硅的孔容，孔容值越高消光性能越好。目前，二氧 化硅类消光剂普遍采用的制备方法是以碱性硅酸盐与酸为原料进行 沉淀反应，然后经陈化、过滤、洗涤、干燥、粉碎制得微米级二氧化
硅；制得的产品质量指标为孔容0.4cm3/ g 1.8cm3 / g， BET 比表面积130m2/ g 300m2/ g，平均孔径180 A 300 A ， DBP 吸收值2.0ml/g 3. Oml/g，粒径分布D50: 2. 0 p m lO.Oum，因孔容及吸油值比较低，杂质含量高，生产的涂料存在消 光性能低、透明度差、易黄变的缺点。另一种二氧化硅的制备方法是 溶胶-凝胶法，它是将硅酸乙酯与无水乙醇按一定摩尔比搅拌成均匀 的混合液，在搅拌中慢慢加入适量的去离子水，然后用氨水或盐酸调 节溶液的PH值，再加入适量的表面活性剂，反应一定时间，经陈化、 洗涤、干燥后得到白色粉状产品；制得的产品质量指标较前者具有一 定改善，但由于没有扩孔技术手段，其主要质量性能指标如孔容数值 仍然偏低，不能有效解决涂料消光性能低、透明度差、易黄变的问题， 且存在硅酸乙酯味重污染大、制备过程中溶剂消耗大、生产成本高的缺点。而用气相法制备二氧化硅由于投资大、成本高的原因，无法推 广普及。
发明内容
本发明的目的是提供一种高性能二氧化硅类消光剂的制备方法，
不仅应用于中、高档涂料时消光性能高、透明度好、抗黄变好，而且
该消光剂制作成本低、制作过程无污染。
为实现以上目的，本发明采用可溶性硅酸钠作原料，在以氨水为
沉淀剂、碳酸氢铵为扩孔剂、聚乙二醇为表面活性剂的条件下进行合
成反应，经压滤、洗涤、有机溶剂置换、固孔干燥、煅烧及气流粉碎
后得到孔容大于2. 0 c m3 / g的二氧化硅产品，具体步骤如下
第一步硅酸钠的精制
将固体可溶性硅酸钠与纯水按(3 4): 10的重量比在4kgf/cm2 6 kgf/cm2蒸汽压力下溶解，自然沉降充分后，取上层清液用纯水配 成浓度8 °B6 10 "B6的稀硅酸钠溶液，经板框循环搅拌过滤去渣后
备用o
第二步硅酸的制备
将过滤好浓度为8 flB6 10 。B6的硅酸钠通过强酸性阳离子交换 柱进行离子交换，按0. 8m3 / h l. 5m3 / h的流速制取浓度为2% 3%的稀硅酸，进入计量罐备用。
第三步二氧化硅的合成
将纯水、碳酸氢铵和聚乙二醇在搅拌的情况下依次投入反应釜， 搅拌均匀后，再加入浓度为15% 20%的氨水，滴加稀硅酸进行合成 反应，滴加速度控制1.8mVh 2.0m3/h，加完后，升温至78。C 85°C，继续反应80 min 100min，至物料PH值为13 14后老化， 得到二氧化硅浆料。各加入物料的重量比为稀硅酸(17 23):纯水(8 10):碳酸氢铵(0. 5 0.6):聚乙二醇(0.07 0. 08):氨 水(0. 5 0. 6 )。
该合成反应的化学反应式为
聚乙二醇
NH4HC03+NH3 H20+H4Si04——~> Si02 nH20 4 +NH3个+C02 t +H20 第四步压滤、洗涤
把老化好的浆料注入板框，进行固-液分离，并用纯水洗涤滤饼 至PH=7 8。
第五步制浆、液化
将洗涤好的滤饼放入制浆罐中，加入正丁醇，按重量比正丁醇 稀硅酸=(4.0 6.5) : (17 23)的数量加入，经高速搅拌制浆液化。 第六步脱水、固孔
将液化后的物料注入蒸馏釜内，再加入固孔剂正丁醇，数量与前 次相当，通入蒸汽，在真空条件下，进行恒沸蒸馏，慢慢提干水份。 第七步干燥与煅烧
将除水后的物料注入干燥釜，通入蒸汽进行真空干燥，同时回收 正丁醇。干燥后的物料经煅烧得到白色粉状半成品。
第八步气流粉碎、分级、包装
.将煅烧后的半成品通过气流粉碎机粉碎、分级得到粒径D50为 3um 5um高孔容超细二氧化硅产品，包装、入库。
本发明采用可溶性硅酸钠为原料，通过离子交换生成一定浓度的 硅酸，在与氨水进行中和反应时，加入碳酸氢铵作扩孔助剂、聚乙二 醇作表面活性剂合成高孔容浆料，经压滤、洗涤、有机溶剂置换、蒸 馏脱水、干燥时加入正丁醇固孔、煅烧及气流粉碎得到颗粒均匀的 高孔容二氧化硅超细粉末。其具体质量指标为孔容》2.0cm'Vg ， BET比表面积250m2 / g 3 5 0 m2 / g ， D B P吸收值3. 8 ml / g 4 . 5m 1 / g 。
本发明高孔容二氧化硅制作方法生产原料价格低廉，制作过程 易控制，产品质量稳定，生产的高孔容二氧化硅具有杂质少、吸油 值及孔容高的特点，用于中、高档涂料中消光性能好、透明度高、不 黄变，为生产中、高档亚光涂料提供了一种高性能的消光剂原料。
四、'
具体实施例方式
下面结合具体实施事例对本发明作进一步详细描述。 实施例l
操作步骤如下
(一) .硅酸钠的精制
投入1.5吨固体可溶性硅酸钠到蒸球，并加入31113纯水，通入蒸 汽，在4kgf/cm2 6 kgf/ci^蒸汽压力下溶解，保压2小时后放料， 浓度28。B6 30 。B6。放入储槽中自然沉降二天，取2.8 1113上层清液 (透明度为130 mm 150mm)加入6. 0 m"纯水，配成9。B6 10 。B6的 稀硅酸钠溶液，通过板框循环过滤，供离子交换用。
(二) .硅酸的制备
将过滤好的7. 0 m3稀硅酸钠溶液通过型号为001X7的强酸性苯 乙烯阳离子交换树脂交换柱，以1.5mVh的流速，制取PH为2.6 3. 0的稀硅酸约6. 65 m3，离子交换的时间为3 h 3. 5h。
(三).二氧化硅的合成
在5 1113反应釜内依次加入纯水1000 kg， 50kg碳酸氢铵、8Kg聚 乙二醇，搅拌均匀后，再加入18%的氨水50Kg，滴加2% 3%的稀硅 酸1.8m3进行合成反应，滴加速度控制2.0m3 /h，加完后，升温至 85°C，继续反应1.5h，至物料PH值为13 14，老化0. 5 h，放料。
7(四) .压滤、洗涤
将老化后的浆料分批慢慢注入板框，进行固-液分离，待注料压
力达到5.5 kgf/cm2时，停止注料，用纯水洗涤滤饼至P1^7 8。
(五) .制浆、液化
将洗漆好的滤饼500公斤放入制浆罐中，加入1.0m3正丁醇，在 高速搅拌下制浆液化。
(六) .脱水、固孔
将液化后的物料泵入6 n)3蒸馏釜内，加入2.5 m3正丁醇，通入 蒸汽，在真空度为0.03MPa条件下，恒沸蒸馏，慢慢提干水份，待基 本无水分蒸出后，关闭蒸汽。
(七) .干燥、煅烧
将除水后的物料注入5m3干燥釜内，通入蒸汽进行真空干燥，同 时回收正丁醇。干燥后的物料经65(TC煅烧后得到白色粉状半成品。
(八) .气流粉碎、分级、包装
煅烧后的半成品通过气流粉碎机粉碎、分级，经袋式脉冲除尘器 收集，得到粒径D50为3u m 5um高孔容超细二氧化硅产品，最 后包装、入库。
操作步骤如下 A.硅酸钠的精制
投入4吨固体可溶性硅酸钠到蒸球，并加入10m3纯水，通入蒸 汽加压到4 kgf/cm2 6 kgf/cm2进行溶解，保压2小时放料，浓度为 30°B6。放入带搅拌储槽中，按重量比0.5%加入絮凝剂聚丙烯酰胺，搅 拌均匀后沉降一天，取透明度为^180rnm上层清液2. 8 m3，加入6. 0 m3纯水，配成9^ 10"B6的稀硅酸钠溶液，通过板框循环过滤后，供离
子交换用。
B. 硅酸的制备
将过滤好的5 1113稀硅酸钠溶液通过型号为001X7的强酸性苯乙 烯阳离子交换树脂交换柱，以1. 5m3 / h的流速制取PH为2. 6 3. 0 的硅酸4 m3 4. 5 m3，交换的时间为2. 5h。
C. 二氧化硅的合成
在5 n^反应釜内先加入纯水0.9m3， 48kg碳酸氢铵、7kg聚乙 二醇，搅拌均匀后，再加入18%的氨水55kg，滴加2 3%的稀硅酸2. 0 m3进行合成反应，滴加速度控制1.8m3/h 2.0mVh，加完后，升 温至85。C，继续反应1.5h，至物料PH值为13 14，老化0.5h，放 料。
D. 压滤、洗涤
将老化后的浆料分批慢慢注入板框，进行固-液分离，待注料压 力达到5.5 kgf/cm2时，停止注料，用纯水洗涤滤饼至Pb7 8。
E. 制浆、液化
将洗涤好的滤饼500公斤放入制浆罐中，加入0.8m3正丁醇，在 高速搅拌下制浆液化。 F.脱水、固孔
将液化后的物料泵入6 1113蒸馏釜内，加入2.2m3正丁醇，通入 蒸汽，在真空度为0.03MPa条件下慢慢提干水份，待基本无水分蒸出 后，关闭蒸汽。
G.干燥、煅烧
将除水后的物料注入5m3干燥釜内，通入蒸汽进行真空干燥，同 时回收正丁醇。干燥后的物料经65(TC煅烧后得到白色粉状半成品。H.气流粉碎、分级、包装
煅烧后的半成品通过气流粉碎机粉碎、分级，经袋式脉冲除尘器
收集，得到粒径D50为3um 5y m高孔容超细二氧化硅产品，最 后包装、入库。
两个实施例制得的二氧化硅产品与美国ED3产品技术指标对比如下:
测定项目麵'」1实施例2ED3(美国)
(干基)，％99.699. 799.0
加热减量(105°C)， ％2.002. 122.0
PH (10°/。悬浮液)4. 254. 057.0
DBP吸收值，ml / g4. 124. 053.2
比表面积，m2/ g372374.8256
孑L容，cmVg2.4582. 5471.8
铁含量，％0. 00780. 00550.013
粒径；D50， um3.33.63.0
可见，以上二个实施例都可以得到高孔容二氧化硅产品，投料量
细小变化对产品质量影响不大。但实施例2精制可溶性硅酸钠过程中 添加聚丙烯酰胺絮凝剂可以提高原料的的透明度，降低杂质含量，得 到的产品纯度、孔容及吸油值均大于ED3。
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权利要求
1、一种高孔容二氧化硅的制备方法，在制成二氧化硅浆料后，进行板框压滤、纯水洗涤、蒸汽真空干燥、煅烧成白色粉状半成品、气流粉碎机粉碎与分级包装，得到孔容大于2.0cm3/g的二氧化硅，其特征是所述二氧化硅浆料是采用可溶性硅酸钠作原料，在以氨水为沉淀剂、碳酸氢铵为扩孔剂、聚乙二醇为表面活性剂的条件下进行合成反应并老化后制成；在二氧化硅干燥、煅烧前采用正丁醇固孔处理；相关操作步骤如下硅酸钠的精制将固体可溶性硅酸钠与纯水按(3～4)∶10的重量比在4kgf/cm2～6kgf/cm2蒸汽压力下溶解，自然沉降充分后，取上层清液用纯水配成浓度8°Bé～10°Bé的稀硅酸钠，经板框循环搅拌过滤去渣后备用；硅酸的制备将过滤好浓度为8°Bé～10°Bé的硅酸钠通过强酸性阳离子交换柱进行离子交换，按0.8m3/h～1.5m3/h的流速制取浓度为2％～3％的稀硅酸，进入计量罐备用；二氧化硅的合成将纯水、碳酸氢铵和聚乙二醇在搅拌的情况下依次投入反应釜，搅拌均匀后，再加入浓度为15％～20％的氨水，滴加稀硅酸进行合成反应，滴加速度控制1.8m3/h～2.0m3/h，加完后，升温至78℃～85℃，继续反应80min～100min，至物料PH值为13～14后老化，得到二氧化硅浆料；各加入物料的重量比为稀硅酸(17～23)∶纯水(8～10)∶碳酸氢铵(0.5～0.6)∶聚乙二醇(0.07～0.08)∶氨水(0.5～0.6)；正丁醇固孔处理在二氧化硅浆料经过板框压滤、纯水洗涤后的滤饼放入制浆罐中，按重量比正丁醇∶稀硅酸＝(4.0～6.5)∶(17～23)的数量加入正丁醇，经高速搅拌制浆液化，再把液化后的物料注入蒸馏釜内，加入固孔剂正丁醇，数量与前次相当，通入蒸汽，在真空条件下，进行恒沸蒸馏，慢慢提干水份，在随后的干燥过程中回收正丁醇，再进入煅烧、气流粉碎、分级和包装工序，得到粒径D50为3μm～5μm高孔容超细二氧化硅产品。
全文摘要
本发明公开了一种高孔容二氧化硅的制备方法，它采用可溶性硅酸钠为原料，通过离子交换生成一定浓度的硅酸，在与氨水进行中和反应时，加入碳酸氢铵作扩孔助剂、聚乙二醇作表面活性剂合成高孔容浆料，经压滤、洗涤、有机溶剂置换、蒸馏脱水干燥时加入正丁醇固孔、煅烧及气流粉碎得到颗粒均匀的高孔容二氧化硅超细粉末，生产的二氧化硅具有杂质少、吸油值及孔容高的特点，用于中、高档涂料中消光性能好、透明度高、不黄变。
文档编号C09D7/12GK101585540SQ20091011212
公开日2009年11月25日 申请日期2009年6月25日 优先权日2009年6月25日
发明者汤道英, 谭玉泉 申请人:福建省漳平市正盛化工有限公司