DE1075100B - Verfahren zur Herstellung von fein verteiltem Natrium - Aluminiumsilicat - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von feinverteilten mineralischen Füllstoffen, insbesondere von komplexen Silicaten von Aluminium und Natrium.

Es ist bekannt, daß, wenn eine Lösung eines löslichen Silicats, beispielsweise eines Alkalimetallsilicate, wie Natriumsilicat, mit einer Lösung eines Aluminiumsalzes, wie Aluminiumsulfat, oder einem Aluminat, wie Natriumaluminat, behandelt wird, Sole und Gele gebildet werden, welche hauptsächlich aus Aluminiumsilicat bestehen. Die Anteile an Aluminiumoxyd und Siliciumdioxyd in diesen Verbindungen hängen von verschiedenen Faktoren ab, unter anderem von dem Verhältnis von Siliciumdioxyd zu Alkalimetalloxyd in dem Silicat und der Wasserstoffionenkonzentration der Reaktionsmischung. Im allgemeinen wird zunächst ein gemischtes Natrium-Aluminium-Silicatsol gebildet, welches sich beim Stehenlassen in ein Gel umwandelt, dessen Eigenschaften von der Art der Umsetzung abhängen. Die Art der Ausgangsstoffe, die Konzentration der Reagenzien, die Reihenfolge des Zusatzes, 'das Ausmaß der Umsetzung und die Reaktionstemperatur sind insbesondere wichtige Regelfaktoren. Einige dieser Gele können entwässert werden um sehr feinverteilte Natrium-Aluminium-Silicate zu ergeben, bei anderen jedoch erfolgt durch die Entwässerung eine Zusammenballung und es wird ein Produkt erhalten, das, obwohl es ein feines Pulver ist, trotzdem zu grob für gewisse Anwendungszwecke ist, beispielsweise zur Anwendung als Gummifüllstoff.

Wenn nun ein sehr feinverteiltes Natrium-Aluminium-Silicat erwünscht ist, ist es wesentlich, eine Umsetzungsart zu wählen, bei der ein Produkt in einer derartigen fein verteil ten Form entsteht und dann den Verlauf der Umsetzung so zu regeln, daß dieses Produkt in jedem Falle erreicht wird.

Die vorliegende Erfindung betrifft nunmehr ein Verfahren zur Herstellung eines feinverteilten Komplexes von Oxyden des Aluminiums, Natriums und Siliciums, welcher eine mittlere Teilchengröße von weniger als 50 mn besitzt. Einen solchen Komplex kann ein homogenes Natrium-Aluminium-Silicat darstellen; es können jedoch in ihm auch Teilchen enthalten sein, die aus feinverteilter Kieselsäure bestehen und welche je von einer Hülle von Natrium-Aluminium-Silicat umgeben sind. * In der vorliegenden Erfindung werden sämtliche verschiedenen Kombinationen von Al₂O₃, SiO₂ und Na₂O zweckmäßigerweise als Natrium-Aluminium-Silicate beschrieben.

Es wurde nun gefunden, daß Umsetzungen zwischen Natriumsilicat, Ammoniumchlorid und Natriumaluminat die besten Möglichkeiten darstellen, feinverteilte Natrium-Aluminium-Silicate zu erhalten, und es wurde gefunden, daß es möglich ist, diese Umsetzungen derart zu leiten, daß Natrium-Aluminium-Silicate

Verfahren zur.Herstellung
von feinverteiltem Natrium-Aluminium-Silicat

Anmelder:

Imperial Chemical Industries Limited,
London

Vertreter: Dipl.-Ing. A. Bohr, München 5,

Dr.-Ing. H. Fincke., Berlin-Lichterfelde, Drakestr. 51,

und Dipl.-Ing. H. Bohr, München 5, Patentanwälte

Beansprudiie Priorität:
Großbritannien vom 3. Oktober 1956 und 16. September 1957

John Alan Gray, Northwich (Großbritannien),
ist als Erfinder genannt worden

erhalten werden, welche eine Teilchengröße von 20 bis 50 ΐημ besitzen und überlegene physikalische Eigenschaften haben, so daß diese Produkte wertvolle Füllstoffe für natürliche und synthetische Gummiarten darstellen. Diese Produkte besitzen auch wertvolle Eigenschaften als Anstrichstreckmittel, Anstrichmattierungsmittel und freifließende Zusatzstoffe.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von feinverteiltem Natrium-Aluminium-Silicat ist dadurch gekennzeichnet, daß man eine Lösung eines Natriumsilicats mit einem Gehalt von 150 bis 270 g/l SiO₂ mit einer Lösung eines Ammoniumsalzes mit einem Gehalt von 80 bis 130 g/l mischt, danach eine Natriumaluminatlösung mit einem Gehalt von 50 bis 200 g/l Al₂O₃ unter ständigem Rühren zusetzt und die Temperatur des Gemisches während der Reaktion oberhalb 60° C hält, wobei die Menge an Ammoniumsalz derart gewählt wird, daß am Ende der Umsetzung ein Überschuß desselben von 2 bis 10% vorliegt und die Natriumaluminatmenge derart gewählt wird, daß ein Endprodukt mit 4 bis 20% Al₂O₃ und 65 bis 80% SiO₂ erhalten wird, wobei das Produkt abfiltriert, gewaschen und das ausgefällte NatriumAluminium-Silicat getrocknet wird.

Bei der bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die Temperatur der Mischung der drei Lösungen bei etwa 85 bis 95° C gehalten. Als lösliches Silicat wird ein Natriumsilicat mit einem Molverhält-

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uis von Na₂O :SiÖ₂ von .%■: 3,4, als lösliches Aluminat Das Vorhandensein geringer Mengen an Verunrei-

ein Natriumaluminat mit' einem Molverhältnis von nigungeri, die in löslichen Silicaten und Alutninaten

Na₂O : Al₂ O₃ von etwa 2,2 :1 und als Ammoniumsalz zugegen sind, wie beispielsweise Eisenoxyd, ist zu-

Ammoniumchlorid verwendet. lässig.

• Es. können auch" Nätflumsilicate mit^! anderen 5 · Die Erfindung ist in den folgenden Beispielen er-Na₂O-: Si O₂-Verhältnissen- verwendet werden, bei- läutert, ohne darauf beschränkt zu sein,
spieleweise mit irgendwelchen Molverhältnissen innerhalb des Bereiches von 1:2 bis 1:4. Natriumalumi- Be^-s ' Il
nate mit anderen.Na₂ O :AlgO₃~Verfiältnissen können P¹

ebenfalls verwendet werden^ beispielsweise solche mit io Zu 20,05 1 einer Ammoniumchloridlösung, welche

den Molverhältnissen von £3:3,0. Es ist auch mög- etwas freies Ammoniak und 100 g NH₄Cl im Liter

lieh, Ammoniumchloridlösujrigen zu verwenden, welche enthielt und dei bei 90° C gehalten wurde, wurden

freies ^Ammoniak .und andere-Chloride, enthalten. Der- 14,25 1 einer Natriumsilicatlösung (Molverhältnis von

artige Lösungen können beispielsweise aus verschie- SiO₂: Na₂O = 3,4:1), welche 200 g SiO₂ im Liter

denen Laugen eines Ammoniak-Soda-Verfahrens er- 15' enthielt, unter kräftigem Rühren bei 20° C innerhalb

halten werden. . .. von 30 Minuten zugesetzt. Nachdem der Zusatz der

Wenn auch die Konzentration der Lösung von Na- Natriumsilicatlösung beendet war, wurde die Mischung

triumsilicat, ausgedrückt durch den Gehalt an Kiesel- weitere 5 Minuten lang gerührt und dann im Verlauf

säure, von 150 bis 270 g/l betragen kann, so wird doch von 12 Minuten 0,93 1 einer Natriumaluminatlosung

eine Lösung, die 200 g/l enthält, vorgezogen. 20 (Molverhältnis von Na₂O :A1₂O₃ = 2,3 :1), die 140g

Bei der Konzentration der Lösung des Natrium- _a Al₂O₃ im Liter enthielt, zugesetzt. Das ausgefällte

aluminate wird innerhalb des Bereiches von 50 bis ^J Produkt wurde gewaschen, getrocknet und gemahlen.

200 g/l eine solche von 140 g Al₂O₃ im Liter vorge- Es bestand aus einem feinen weißen Pulver, das. eine

zogen. mittlere Teilchengröße von weniger als 50 πιμ besaß.

Schließlich kann die Ammoniumchloridlösung von 25 Die Analyse ergab einen Gehalt an SiO₂ von 77,6%,

80 bis 130 g NH₄Cl im Liter, vorzugsweise 100 g im ,. Al₂O₃ von 5,4%, Na₂O 3,6% mit einem Glühverlust

Liter, enthalten. * von 12,9%.

Ein Überschuß eines der Reaktionsstoffe gegenüber

dem anderen bis zu 20% in der endgültigen Reaktions- B ei s ρ ie 1 2
mischung beeinträchtigt die Reaktion nicht. Wenn die 30

Reaktion . mit einem Überschuß an Natriumsilicat Zu 2,0 m³ einer Ammoniumchloridlösung, welche durchgeführt wird, so ist, wenn das erzeugte Natrium- ^;* freies Ammoniak und 100 g NH₄Cl im Liter enthielt Aluminium-Silicat einer Gummimischung einverleibt und die bei 95° C gehalten wurde, wurden 1,7 m³ einer wird, eine kürzere optimale Vulkanisierungszeit er- Natriumsilicatlösung von 20° C zugesetzt, welche förderlich. Wenn die Reaktion mit einem Überschuß 35 200 g Si O₂ im Liter enthielt und die ein Molverhältan Ammoniumchlorid durchgeführt wird, und das er- nis von SiO₂ : Na₂O = 3,4 :-l besaß. Die Zugabe erzeugte Natrium-Aluminium-Silicat einer Gummi- folgte im Verlauf von 30 Minuten unter ständigem mischung einverleibt wird, so besitzt diese sehr gute Rühren. Das Rühren wurde weitere 5 Minuten lang Verstärkungseigenschaften. fortgesetzt, und dann wurden .0,2 m³ einer Natrium-Vorausgesetzt, daß die Temperatur der Mischung 40 aluminatlösung der Zusammensetzung Na₂O 16,3%, der Lösungen nicht unter 60° C sinkt und Vorzugs- Al₂ O₃ 12,4%, (d. h. mit einem Molverhältnis von weise etwa 90° C beträgt, ist es unwesentlich, ob heiße Na₂O : Al₂O₃ = 2,16 :1) unter ständigem Rühren zu- oder kalte Natriumsilicat- und Natriumaluminat- laufen gelassen. Das Produkt bestand nach dem lösungen der erwähnten Ammoniumchloridlösung zu- Waschen, Trocknen und Mahlen aus einem feinen gesetzt werden. Es ist zweckmäßig, erwärmte Ammo- 45 weißen Pulver mit einer mittleren Teilchengröße von niumchloridlösungen zu verwenden, wenn derartige weniger als 50 ηϊμ, und die Analyse ergab einen Ge-Lösungen schon heiß aus den Laugen eines Ammo- halt an SiO₂ von 67,9%, Al₂O₃ 16,1%, Na₂O 1,8% niak-Soda-Verfahrens verfügbar sind. Die Reaktions- und einen Glühverlust von 14,1%.
stoffe können in beliebiger Reihenfolge gemischt werden, aufeinanderfolgend oder gleichzeitig, jedoch be- 50 Beispiel 3
steht das bevorzugte Verfahren der Erfindung darin,

daß die Natriumsilicatlösung einer Ammoniumchlorid- Dieses Beispiel gibt die Daten für eine mittlere Verlosung zugesetzt wird und dann die Natriumaluminat- wertung des bevorzugten Produktes in einer Gummilösung zugegeben wird, wobei schließlich ein Über- mischung an:

schuß an Ammoniumchorid von 2 bis 10% entsteht. 55 Gewichtsteile

Hierdurch wird ein Füllstoff erhalten, der ein beson- Rohgummi (geräucherter Kautschuk) 100

ders gutes Verstärkungsmittel für Gummi darstellt. Vulkanisationsmittel 1,5

Die Anteile an Natriumsilicat und Natriumaluminat Natrium-Aluminium-Silicat 34,2

können verändert werden, um die Anteile an SiO₂ Stearinsäure 3,0

und Al₂ O₃ in dem Endprodukt zu verändern. Der Be- 60 Zinkoxyd 5,0

reich der Zusammensetzung liegt bei einem Al₂ O₃- Schwefel , 2,5

Gehalt zwischen 4 und 20% und einem SiO₂-Gehalt

zwischen 65 und 80%. _Die Mischung wurde bei 141° C vulkanisiert, und

Es ist wichtig, die Lösungen bei dem Vermengen das Produkt besaß folgende Eigenschaften:
zu verrühren. Die Vermengungszeit kann sich inner- 65

halb weiter Grenzen ändern, und zwar von nur 3 Mi- Zugfestigkeit 216 kg/cm²

nuten bis zu 2 Stunden. Es ist bisweilen zweckmäßig, Bruchdehnung 691%

die Reaktion in weniger als 1 Stunde durchzuführen Modul (300%) 48 kg/cm²

und dann die Reaktionsprodukte einige Stunden lang Harte (engl. Härteeinheiten) ... 60

bei der Reaktionstemperatur zu halten. 70 Reißfestigkeit 125kg/cm²

Claims (5)

PATENTANSPBUCHE:

1. Verfahren zur Herstellung von feinverteiltem Natrium-AIuminium-Silicat, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Lösung eines Natriümsilicates mit einem Gehalt von 150 bis 270 g/l SiO₂ mit einer Lösung eines Ammoniumsalzes mit einem Gehalt von 80 bis 130 g/l mischt, danach eine Natriumaluminatlösung mit einem Gehalt von 50 bis 200 g/l Al₂O₃ unter ständigem Rühren zusetzt und die Temperatur des Gemisches während der Reaktion oberhalb 60° C hält, wobei die Menge an Ammoniumsalz derart gewählt wird, daß am Ende der Umsetzung ein Überschuß desselben von 2 bis 10% vorliegt und die Natriumaluminatmenge derart gewählt wird, daß ein Endprodukt mit 4 bis 20% Al₂O₃ und 65.bis 80% SiO₂ erhalten wird, wobei das Produkt abfiltriert, gewaschen und das ausgefällte Natrium-AIuminium-Silicat getrocknet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung der drei Lösungen zwischen etwa 85 und 95° C gehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Natriumsilicat das Molverhältnis von Na₂O: Si O₂ etwa 1:3,4 und im Natriumaluminat das Molverhältnis von Na₂O : Al₂O₃ etwa 2,2 :1 beträgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Ammoniumsalz Ammoniumchlorid benutzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Ammoniumchloridlösung die Laugen eines Ammoniak-Soda-Verfahrens zur Anwendung kommen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 342 968;
österreichische Patentschrift Nr. 86 032.

■©909 729/396 2.60