DE1916360A1 - Verfahren zur Hydrophobierung von hochdispersen Oxiden - Google Patents
Verfahren zur Hydrophobierung von hochdispersen OxidenInfo
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Description
DEUTSCHE GOLD-UND SILBER-SCHEIDEAXSTALT VOIWALS ROESSLER
Frankfurt/Main, Weissfrauenstr. 9
Verfahren zur Hydrophobierung von hochdispersen Oxiden.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Hydrophobierung von
durch pyrogene Umsetzung gewonnenen hochdispersen Oxiden, Mischoxiden
und Oxidgemischen von Metallen und/oder Metalloiden durch Behandlung der Oxidteilchen mit verflüchtigbaren Organosiliciumverbindungen,
in der Gasphase.
Ks ist bekannt, hochdisperse Oxide (aktive Füllstoffe), welche
durch Umsetzung von Metallen oder Metalloiden bzw. deren flüchtigen
Verbindungen in Dampfform bei höheren Temperaturen in Gegenwart von hydrolysierend und gegebenenfalls auch oxydierend
wirkenden Stoffen oder Stoffgemischen hergestellt sind, durch
Behandlung mit Halogene enthaltenden anorganischen oder organischen
Siliciumverbindungen zu hydrophobieren. Die Herstellung der zu hydrophobierenden Oxidaerogele erfolgt im allgemeinen
in der Weise, dass flüchtige Verbindungen von -Metallen oder
Metalloiden, insbesondere ihre Halogenide, in der Gasphase dem hydrolysierenden Einfluss von Wasserdampf oder diesen
erzeugenden Gasgemischen ausgesetzt werden, wobei sich die entstehenden Oxide aus dem Aerosolzustand in Form ihrer
Aerogele bilden und anschliessend von den während der Umsetzung entstehenden, leicht lcondensierbaren, gasförmigen
Reaktionsprodukten bei Temperaturen oberhalb ihres Taupunktes isoliert werden. Hierbei können die' wasserdampfbildenden. Gasgemische
aus brennbaren, insbesondere Wasserstoff enthaltenden oder diesen bildenden und aus unbrennbaren, vorzugsweise
sauerstoffhaltigen, Gasen bestehen. Derartige Oxide fallen '
mit einer Primärteilchengrösse von weniger- als 1-5ο ηιμ an.
Von den als Ausgangsstoffe in Betracht kommenden Verbindungen
ist die Verwendung der flüchtigen Halogenide, insbesondere der Chloride oder Fluoride, besonders vorteilhaft.
Zur Herstellung von hochdispersen "Mischoxiden" wird gleichzeitig
von verschiedenen Metallen bzw. Metalloiden oder deren flüchtigen
009841/1768 " 2 " bad oRIG,nal
Verbindungen ausgegangen und diese1entweder als Gasgemisch zusammen
der thermischen Zersetzung zugeführt, so dass die Oxide in Form von "Mischoxiden" abgeschieden werden, oder es wird
zur Herstellung von "Oxidgemischen" jede flüchtige Reaktionskornponente
für sich der pyrolytischen Urnsetzung unterzogen, aber gemeinsam vom Aerosolzustand in den Aerogelzustand überführt,
d.h. co-koaguliert, so dass die Oxide in Form von "Oxidgemischen" anfallen. Ferner ist es auch möglich, die
verschiedenen getrennt erhältlichen Oxide nachträglich zur Herstellung von "Oxidgemischen" mechanisch miteinander zu
vereinigen »
Werden für die thermische Zersetzung halogenhalti .ge.
stoffe, beispielsweise Siliciumtetrachlorid oder Sili.ciumtetra-s
fluorid, verwendet, so erhält man Produkte, die infolge ihres hohen Adsorptionsvermögens grössere Mengen Halogenwasserstoff
and ferner direkt an das Metall- oder Metall'oidatom gebundenes
"alogen enthalten·. Derartige Oxide reagieren stark sauer. Ihr
Cehalt an Halogenwasserstoffsäure kann beispielsweise o,T $
betragen, so dass sich ein pH-Wert von etwa 1, P ergibt. Derartige
Oxide weisen vorwiegend .,hydrophile Eigenschaften auf.
Für viele Zwecke ist es jedoch erwünscht, insbes. zur Einarbeitung
hochdisperser Füllstoffe in organische Medien» den Füllstoffen organophile bzw. hydrophobe Eigenschaften zu verleihen, wofür
insbesondere Organo-Chlorsilane und weitere verschiedenartige Mittel und Verfahren zur Verfügung stehen. So ist es bekannt,
pulverförmige Kieselsäure durch Behandlung mit ζ„Ti. Alkylchlorsilanen
in einer Form zu hydrophobieren, die als "coating" bezeichnet wird. Hierbei setzt sich das Chlorsilan auch mit
an der Oberfläche der Kieselsäure adsorbiertem Wasser unter Bildung von Salzsäure um. Die so hydrophobierte Kieselsäure
muss anschliessend von der gebildeten Salzsäure befreit werden» Die Hydrophobierung wurde ferner bei pulverförmiger Kieselsäure
mit Siliconölen vorgenommen, \<robei aber die trockene, pulverförmige
Kieselsäure in einer organischen Flüssigkeit suspendiert werden muss.
3 __ BAD ORfGfNAL,
009841/1768
Mart hat auch auf pyro.^enein We.<?e gewonnene Metal loxide, die
an ihrer Oberfläche freie OII-Gruppen aufweisen, bereits mit
gasförmigen oder leicht verdanpfharon Stoffen, wie Alkoholen
oder Formaldehyd und Ketenen, die mit diesen Gruppen z.B. unter Veretherung, Veresterung oder Acetatbildung reagieren können,
behandelt. Diese !lehanHlunf1; hat man auch schon nach vornnrogangoner
oder .gleichzeitiger Hydrolyse durch Kinvir5mnr" von
Wasser oder Wasserdampf vorgenommen, J3ei der Veresterung werden
^e'on Verseifung: relativ labile Produkte erhalten, die im allfreinotnen
nicht den an stabile, hydrophobe Prodtilcte ^estnllten
Anforderungen genügen, so dass solche durch Veresterung modifizierte
Produkte auch nicht jene technische Hedeutun.t erlangt
haben wie die tatsächlich stabil hydrophobierten Produkte.
Fs ist ferner bekannt, hochdisper.se Oxide zwerts Hydrophobierung
mit im Dampfzustand befindlichen Silanen zu ..behandeln, wobei
das Hydrophobierungsmittel unmittelbar nach der nildun," der
Oxide aus den Halogeniden in Gegenwart von Wasserdampf und
Sauerstoff bei Temperaturen unter 5oo C zu(je«je-ben wird.
Dio Hydrophobierung findet hierbei in Anwesenheit des bei der
Bildung des Oxides freiwerdenden Halogenwasserstoffs statt»
so dass dieser in sehr pressen Konzentrationen vorhanuen ist.
Die erhältlichen Produkte weisen deshalb einen pH-Wert auf,
der 2sο nicht überschreitet.
Nach den zuvor genannten, bekannten Verfahren kofint es nicht
zu einer chemischen Reaktion mit den GII-Gritppen der Oxid-Oberfläche, senden nur zu einer Reaktion mit oberflächlich adsorbiertem
Wasser, so dass hydrophobierte, feint.eil.x~e Oxide
in einer stabilen Form nicht erhalten werden. Eine stabile Hydrophobierung kann dagegen nur dann■vorliegen, wenn sie durch
eine chemische Umsetzung erreicht worden ist. Nur die durch
chemische Umsetzung hydrophobierten, hochdispersen Oxide lassen sich nicht mit Wasser aus beispielsweise Tetrachlorkohlenstoff
ausschütteln. Die anderen, chemisch nicht mit den OII-Gruppen
umgesetzten Produkte gehen bei diesem Ausschütteln in die wässrige Phase, weil durch den Tetrachlor-
0 0 9 8 4 1/1? 6 8 - 4 - BAD ORIGINAL
kohlenstoff die lediglich adsorbierten organischen Moleküle von '
ihren Oberflächen heruntergelöst werden. l
Es hat nicht an Versuchen gefehlt, sowohl auf pyrogenem Wege '
gewonnene als auch gefällte Metall- oder Metalloidoxide durch
Umsetzung ihrer an der Oberfläche befindlichen ΟΤΙ-Gruppen in " '
ihren Eigenschaften im Sinne einer Hydrophobierung bleibend zu
verändern.
So ist aus der DAS t I63 7r4 ein Verfahren bekannt zur Oberflächenbehandlung von hochdispersen, an der Oberfläche freie OII-Gruppen ■
enthaltenden Oxiden von Metallen und/oder Metalloiden in Form der einheitlichen Oxide oder deren mechanischen Mischungen oder
Mischoxiden oder Oxidgemischen» welche durch thermische Zersetzung von flüchtigen Verbindungen dieser Metalle bzw» Metalloide
in dampfförmigem Zustand in Gegenwart hydrolyaierend und/oder
oxydierend wirkender Gase oder Dämpfe erhalten worden sind, durch Behandlung mit zur Umsetzung mit Hydroxylgruppen^geeigneten
Stoffen in einem Wirbelbett, indem die Oxide in unverdichteteiaf
frisch aus der Produktionsanlage anfallendem, Zustand nach
vorangegangener möglichst weitgehender Befreiung von Halogene
Ilalogenwasserstoff und adsorptiv gebundenem Wasser, unter Sauerstoff ausschluss möglichst homogen mit dem zur Umset'zung .mit dan
Hydroxylgruppen geeigneten Stoff vermischt werden und das Gesaiseh
zusammen mit geringen Wasserdampfmengen und gegebenenfalls ssiasamsnen
mit einem Inertgas im kontinuierlich ablaufenden .Crleictistäreiiivex*·»
fahren in einem als 'aufrechtstehenden, rohrförmigen Ofen ausgebildeten
Behandlungsraum auf Temperaturen von Zoo bis ßoo . C0
vorzugsweise von 4oo bis 600 C, erhitzt wird, die fes.ien und
gasförmigen Reaktionsprodukte voneinander getrennt und dis festen
Produkte gegebenenfalls nachentsäuert und getrocknet werden %?obei*
eine Berührung mit Sauerstoff vor dem Abkühlen au? unter etwa
2oo C zu vermeiden ist. ".".-;
-5 .
009841/176 8 bad original' . f
Die Oberflächenbehandlung rait den zur Umsetzung mit OII-Gruppen
geeigneten Stoffen muss in Gegenwart von geringen Wasserdarnpfmengen
deshalb vorgenommen werden; weil hierdurch z.B. thermisch abgebaute OTT~Gruppen wieder ausgebildet werden. Es empfiehlt
sich, auf 1oo in Obei'fläche des. Oxides etwa o,5 bis 2,ο m Mol
Wasser einzusetzen. Die zur Umsetzung gelangenden Stoffe werden
in Abhängigkeit von der Oberfläche und dem Behandlungszweck dosiert. Eine hochdisperse Kieselsäure mit einer Oberfläche
von 2oo m~/g weist 1 m Mol/g freie OII-Gruppen auf. Demnach sind theoretisch 1 m Mol/g des Stoffes einzusetzen. Bei der
praktischen Durchführung empfiehlt es sich Jedoch, 1,5 m Mol/g
zu verwenden,
Zu den Stoffen, die zur Oberflächenbehandlung nach diesem bekannten
Verfahren eingesetzt werden können, gehören alle Verbindungen, die in an sich bekannter Weise mit ÖII-Gruppen, beispielsweise
unter Veretherung, Veresterung oder Acetalbildung, reagieren
können. Beispiele hierfür sind Alkohole, Aldehyde, Ketene, ■Mkylenoxid und dergleichen. Besondere Vorteile werden erreicht,
wenn man die Oxide mit den entsprechenden Halogeniden des zu behandelnden Oxids umsetzt. Derartig behandelte Oxicle weisen
organophile Eigenschaften auf und lassen sich in vorteilhafter
Weise in organische Medien, insbesondere Lacke, dispergieren.
Zur Erzielung ausgesprochen hydrophober Eigenschaften verwendet
man an sich bekannte Hydrophobierungsmxttel, Insbesondere Alkyl-
oder Aryl- oder gemischte Alkyl-Aryl-Halogensilane, vorzugsweise
Dimethyldichlorsilan, oder auch, die entsprechenden Ester, deren
Verwendung zwar* nicht zu optimal stabilen hydrophoben Produkten
führt, jedoch mit dem Vorteil verbunden ist, dass bei der entsprechenden Umsetzung kein Halogenwasserstoff entsteht, so
dass eine NachentSäuerung auf jeden Fall unterbleiben kann.
Die nach dem bekannten Verfahren organophilierten bzw. hydrophobierten
Füllstoffe finden Verwendung für vielerlei Zwecke, z.B. als "Free-running-Mittel" in pulverförmigen Systemen, als
0 9 8 41/17 6 8 bad original
Füllstoff in besonderen Anstrichsystemen, z.B. Grundanstrichfarben,
zum Füllen von Kunststoffen und Riastomeren, z.H. natürlichem
und synthetischem Kautschuk.
An Füllstoffe, welche in Silikonkautschuk eingearbeitet werden
sollen, werden jedoch für bestimmte Zwecke noch· weitere Anforderungen
gestellt, wie z.B. Halogenfreiheit und trotz der
Hydrophobie eine höhere Verdickungswirkung als die der ztivorgenannten
hydrophoben Produkte, so dass in derartigen Anwendungsgebieten
Füllstoffe, welche durch Behandlung mit Organosiloxanen
behandelt sind, bevorzugt werden. Es sind zahlreiche Verfahren
bekannt, welche ein "coating" von natürlichen und synthetischen
Füllstoffen, z.B. Kieselsäure oder diese enthaltende Stoffe, zum Gegenstand haben. Hiernach werden feinteilige Füllstoffe
entweder mit den flüssigen Siloxanen vermischt oder im Wirbelbett mit den feinzerstäubten Siloxanen behandelt, wobei mehr
oder weniger festhaftende Überzüge auf der Füllstoffoberfläche
erzielt werden. . . .
Um zu optimal haftfesten Belegungen der Füllstoffteilchen mit
dem Hydrophobierungsmittel zu gelangen, ist es jedoch'erforderlich,
dass diese an der Oberfläche der Füllstoffteilchen chemisch gebunden werden. Die hierfür bisher verwendeten Verfahren
sind aber apparativ aufwendig oder erfordern einen erheblichen Zeitaufwand für das Durchreagieren der Reaktionskomponenten.
Die wirtschaftliche Durchführung der Reaktion von z.B. pyrogen
gewonnenen Kieselsäuren mit Siloxanen,. z.B* D^ = Qktamethylcyclotetrasilosjan,
macht nach einigen bekannten Verfahren (vgl. brit. Patentschrift 932 753, U.S. Patentschrift f
2 8o3 617) als entscheidenden Bestandteil die Zugabe von
Säuren oder ähnlichen Stoffen als Katalysator für die Reaktion
erforderlich»
0 0 9 8 4Ί/1768 Bad original.
Vach ein™ weiteren bekannten Verfahren lässt sich din
οΐιηο Anwendung von Druck durchführen, wobei char.Tnnweise mi.t
orhehlichon Verweilzeiten der zu behandelnden Kieselsäuren ^enrbeit.pt
werden muss, so dass bei Verweilzeiten von z.B.
3 - '4 Stunden in einer Verfahrensstufe ein Übergang zu einem
kontinuierlichen Verfahren in wirtschaftlicher Weise kaum
lohnend ist.
Das Ziel vorliegender Erfindung besteht darin, hochdi spersen
oxidischen Füllstoffen in wirtschaftlich und technisch einl'nchcr
Verfahrensweise dauerhafte und optimale hydrophobe
und orprattophile Eigenschaften zu verleihen,' welche sie u.a.
insbesondere auch für den Einsatz in Silikonkautschuken befähigen.
Die Rrfindimg rcing von der Auf Habens teilung aus, ein Verfahren anzuheben zur Hydrophobierung von durch pyrogene
Umsetzung frewonnenen hochdispersen Oxiden, I'.ischoxi den oder
Oxidgemischen von Metallen und/oder Metalloiden durch Behnndlung
der Oxidtei lchen mit verfliichti^bar.en Ofranosi licimnverhindiin^en
in der Gasphase, welches äu einwandfrei hydrophoben Produkten führt, die völlig frei von Wasser und Halogen bzw.
Halogenwasserstoff sind.
Das Kennzeichnende der Erfindung ist darin zu sehen, dass die
Oxid-Teilchen im Wirbelbett mit einem trockenen Inert-Gasstrom
bei Temperaturen im Bereich von 600 C bis . 1000 C, vorzugsweise
Ooo bis Q5o° C» \tnter Normaldruck in-wenigen Sekunden bis
wenigen Minuten» vorzugsweise während eines Zeitraumes von einer bis 60 Sekunden* absolut getrocknet, d.h. Von physikalisch
gebundenem und weitestgehend von chemisch Gebundenem Wasser
befreit, und mit in die Gasphase überführten linearen und/o^er
cyclischen Organopolysiloxanen und gegebenenfalls örganohalo-rensilanen
bei Temperaturen im Bereich von 25° bis 35o° G beladen,
und bei Temperaturen im Bereich von 35o° bis 650 mit den
Organosiliciumverbindungen, gegebenenfalls unter weiterer Zu-
' - 8 009841/1768 BADORiGINAL
führung derselben, zur Reaktion gebracht und bei Temperaturen im Bereich von 5oo bis 125 C nachbehandelt werden.
THe absolute Trocknung der Oxidteilchen in der ersteh Verfahrensstufe
bedingt deren besondere Oberflächenbeschaffenheit,
u'olche nicht η\ιτ eine besonders gute adsorptive Bindung der
("!rgahosiliciumverbindungen, sondern insbesondere eine optimale *
Γ·«legung der Oberfläche mit dem Ilydrophobierungsmittel infolge.
chemischer Reaktion mit den aktiven Oberflächengenfcren ermöglicht. Dieser Effekt lässt sich besonders deutlich am Modell
von pyrogen gewonnener Kieselsäure nachweisen und erläutern»
Die Art der Herstellung von pyrogenem SiO2 bedingt, dass seine
Oberflächenstruktur im wesentlichen durch drei Arten von
sogenannten OberflHchenhydroxylen, welche bei jedem SiO- Aerogel
Gleichzeitig auftreten, gebildet wird. Diese drei Hydroxylarten
sind ' - . "_"-,_."■
a) Silanolgruppen an der Oberfläche, die innerhalb ihres Wirkungsbereiches wegen der räumlichen Entfernung zn.
anderen Silanolgruppen keine Möglichkeit zur Wechselwirkungsreaktion
miteinander haben und deshalb als isolierte oder "freie Silanolgruppen18 zu bezeichnen sind;
b) Silanolgruppen an sich gleicher Art wie unter a) jedoch.
' so nahe benachbart, dass sie in Wechselwirkung über/ Wasserstoffbrücken treten können und deshalb als
"gebundene (Wasserstoffbrückenbindung) Silanolgruppen"
SMi bezeichnen sind, und
c) Hydroxylgruppen von an der Oberfläche des Kieseleaureaes0©-»
gels adsorbiertem Wasser. .
Durch die kurzzeitige Hitzebehandlung der Oxidteilchen in
der ersten Stufe werden die Silanolgruppen b) und die itydroxyX·»*
gruppen c) abgebaut, so dass lediglich die freien Silanole
I *
0Ό9-84 1/176 8
gruppen a) erhalten bleiben, wodurch, die Oxidteilchen besonders
hochaktiv werden.
Die hohe Aktivität bezieht sich nicht nur auf Anlagerung bzw.. Adsorption reaktiver Stoffe, sondern ebenso sowohl
auf chemische Reaktionen an den freien Silanolgrnnpen, die mit
einem solchen Produkt leichter und vollständiger vor sich gehen als mit einem unbehandeltem oder vorher in üblicher
Weise getrocknetem Aerogel, als auch auf chemische Reaktionen mit den durch die kurzzeitige Erhitzung des Aerogels in der
ersten Stufe in erheblicher Menge entstandenen reaktiven Siloxangruppen, die einerseits ähnlich wie die Silanolgruppen
zur Aufspaltung reaktiver Stoffe und daran anschliessender chemischer Reaktion, wie andererseits zur direkten Addition
von z.B. polaren XH-Verbindungen, wie Alkoholen, Aminen etc. geeignet sind.
Die durch die absolute Trocknung in der ersten Stufe bewirkte
hohe Aktivität des Aerogels, welches in diesem aktivierten Zustand ausserord ent lieh empfindlich gegenüber reaktionsfähigen
Stoffen ist, bedingt zweckmässig die sofortige Behandlung des
Aerogels mit dem Hydrophobierungsmittel, so dass alle Phasen des Verfahrens beginnend mit der absoluten Trocknung tind
der folgenden Hydrophobierung kontinuierlich ineinander übergehend
in einer einzigen, senkrecht stehenden, rohrförmigen Anlage durchgeführt werden, wobei am Kopf der Anlage die
hochdispersen Oxide aufgegeben werden und am Ende der Anlage das fertige Produkt kontinuierlich abgezogen werden kann.
Die Anlage kanh aus einem Rohr oder mehreren, gegeneinander
auch versetzten Rohren bestehen, wobei teils beheizte, teils unbeheizte Zonen mit mindestens je einer EingäbestelIe für das
Hydrophobierungsmittel vorgesehen sind. '
Als geeignete Hydrophobierungsmittel werden lineare oder'
cyclische Organopolysiloxane oder Gemische derselben verwendet.
- 1o -
0 0 9 8 41/17 6 8 BAD orjginal
''eiinnnt se" Lon κ.ϋ. ilexarnethyldisiloxan (M0)., ITexamotliylcyiotrisiloxan
(d ), Octamethylcyclotetrasiloxan ('Dj ) ,
Octniiiefciiyltrisiloxnn (üDM) und Decamethyltetrasiloxan MD0M,
wobgi die Möglichkeiten mit den genannten niclit erschöpft sind.
Corner können in den IIydrophohierungsphasen verschiedene JTydronhnbiorun^smittel
eingesetzt werden, indem anstelle deran^eftihrten
Siloxane, z.B. in der Beladungsphase auch andere Verhnndungen,
ζ. B „ \lkyl- oder Aryl- oder Alkyl-Aryl-monod±- oder
trichlor-Silan und in der Peahtionsphase Siloxane eingegeben
werden. Es ist aber auch möglich ein Organochlorsilan an mindestens
einer Eingabestelle zuzuführen, während gleichzeitig; durch
mindestens eine andere Ein^abestelle Siloxan ein^eceben wird.
Ebenso können auch ^eeifjnete Gemische der genannten oder ähnlicher
Verbindungen durch eine, mehrere oder alle Ein^abest.ellen
ein,^ediist oder in der Gasphase zugeführt werden.
Der technische Fortschritt des erfindimgs^eraässen Verfahrens
ist darin zu sehen, dass das Verfahren kontinuierlich durch- >.
führbar ist, dass das bei der TIeaktion störende absorbierte
Wasser bereits vor der Reaktion entfernt wird, dass auch das während der Reaktion von bereits trockenem Oxid mit PoIysiloxan
möglicherweise noch entstehende Wasser vor der
Reaktion entfernt wird, und dass demzufolge am Ende der
"eaktion kein Wasser raelir abgetrennt zu werden braucht« Da
die Reaktionspartner genau dosiert werden können, ist am :2nde des Rohres auch keine Entfernung von überschüssigem
Polysiloxan erforderlich. Am Rohrende tritt unmittelbar das
fertige Produkt aus.
Anhand einer scTtematisehen Zeichnung wird eine Ausführungsform /
des Verfahrens in einem -Modellversuch mit pyrogoner Kiesel-'
säure (siO ) und D^ als IIydrophobi©rungsmittel näher erläutert?
ORJGfNAL 11 - ■ . -
009841/176 8
Man erkennt einen Aktivierungsofen 1, in welchen aus einem
Zyklon I3 mit einem Abgasstutzen I5 für die Förderluft
pyrogenes SiO2 über eine Zuführung Ik, welche in eine Trennkammer 11 mundet, eingebracht wird«
An die Trennkammer 11 ist eine Abgasleitung 12 für den aus dem SiO ausgetriebenen Wasserdampf und das TrH^ergas angeschlossen, welche entweder über 121 abgeleitet oder Über
122 einem Trockner 12*» zugeführt werden können, wobei das
trockene TrHgergas über einen oberen Kreislauf 123 dem Aktivierungaofen 1 bzw« einer anschliessenden Beladungszone 2
wieder zugeleitet werden kann*
Vom Aktivierungsofen 1 gelangt das aktivierte SiO- über
eine Zuführung I3I in eine Trennkammer 21. In den oberen Teil
der Zuführung I3I mündet eine Zuleitung 1o2 für über einen
Rotameter Io und einen Heizofen Ιοί geleiteten Stickstoff als
Trocknungsgas ein. Tn den unteren Teil der Zuführung I31 ist
eine Zuleitung 16 für über einen Rotameter 161 dosierten
Stickstoff zur Strömungsteilung eingelassen. An die Trennkammer 21 int eine Abgasleitung 22 mit einer Pumpe 221 angeschlossen, welche den Stickstoff (N2) und gegebenenfalls einen
Überschuss von z«B. Siloxan (D^) aus der anschiIeββenden Beiadungasone 2 im unteren Kreislauf 223 »u einem anschliessenden
Reaktionsofen 3 fördert.
Aus der Trennkammer 21 gelangt das SlO. in die Beladungszone 2, in deren unteren Teil eine Strahlungsquelle für
UV-Licht 23 vorgesehen ist« Unterhalb der UV-Liehtquelle 23
ist eine Zuführung Zk IUr N. angeordnet, welches Über einen
Rotameter 2o und einen Vorwärmer 2©1 durch einen Verdampfer
251 fttr das Über eine Zuleitung 25 zügeführte D^ zusammen
mit diesem in die Beladungszone eingeleitet wird. Am Verdampfer 251 iat ein Auffanggefties 252 für nicht verdampftes
Di1 angebracht.
- 12 -
009841/1768
BAD ORIGINAL
Λη die Reladungszone 2 ist der Reaktionsof en 3 angeschlossen,
welcher durch eine Leitung 331 mit einem Nachbehandlungsofen
U verbunden ist. In die Leitung 331 mündet eine Zuführung'
3o2 für N , welcher über einen Rotameter 3o und einen-Vorwnriuer
3o1 durch einen weiteren Verdampfer. 351 für das ·
über eine Zuführung 35 eingeleitete D^ in die Leitung 331 ein-*
gebracht wird. Der Vorwärmer 351 steht wiederum mit einem Aufr
fanggefäsa 352 für nnverdampftes D^ in Verbindung.
Λη den Reaktionsofen 3 schliesst der Nachbehandlungsofen k
über die Leitung 331 an, welcher von oben nach unten mit
fallender Temperatur im Bereich von 5oo /25o bis 25o /125
beheizbar ist. Nach dem Nachbehandlungsofen k wird das hydrophobierte
Gut über eine Schleuse 431 ausgetragen. In den
Abfüllstutzen des Nachbehandlungsofera k mündet noch eine.
Leitung 4o1 für über einen Rotameter ho geförderten N_ ein.
Der Stickstoff für den Aktivierungsofen 1 kann dem Rotameter
1o aus einer Leitung oder aus der Abgasleitung 12 nach Trocknung
über den oberen Kreislauf 123 zugeführt werden. Der Stickstoff für die Heladungszone 2 kann ebenfalls aus dem
oheren Kreislauf 123 (oder aus einer Leitung) dem Rotameter 2o und der Stickstoff für den Reaktionsofen 3 aus dem unteren
Kreislauf 223 (oder aus einer Leitung) dem Rotameter 3o
zugeleitet werden, während für den Nachbehandlüngsofen h
dem Rotameter ^o stets Trägergas (N„) aus dem Kreislauf 123
(oder aus einer Leiiung) zugeführt wird.
Der Ablauf des erfindungsgemässen Verfahrens findet in folgender Weise statt: '
Ein frisch aus der Produktionsanlage anfallendes unverrichtetes oder auch ein bereits beliebig abgelagertes Oxidaerogel ·
wird von oben In den Aktivierungsofen 1 eingebracht und zunftchst
- 13 -
BAD ORIGINAL 009841/1768
bei Temperaturen- zwischen 75o und 95o C in ein absolut trocke
nes Produkt übergeführt (Aktivierungsstufe (i)). Die darunterliegende
Stufe der Anlage ist als. Heladün^szone 2 unbehaizt.
In dieser üeladungszone 2 erfolgt die erste Beladung mit
z.B.· Organopolysiloxan-(D.)-Dampf von ca. 3oo - 35o°(Beladungs
stufe (IX)). Das nunmehr beladene Oxid tritt in den darunter
befindlichen ca. 1 - 2 m langen, auf Temperaturen zwischen 35o und 650 beheizten, Reaktionsofen 3» in den wiederum
Organopolysiloxan zugeführt wird. Hier setzt die eigentliche Reaktion ein (Reaktionsstufe (ill)). Ein Nachbehandlungsofen
k mit Temperaturen zwischen 125 und 5oo° C vervollständigt
die Reaktion (Nachbehandlungsstufe (iV)), so dass nunmehr an
dioser Stelle das fertige hydrophobe Produkt abgesackt oder gebunkert werden kann.
Pyrogene Kieselsäure (Aerosil®) mit einer spez. Oberfläche
von 2oo m /g (gemessen nach der BET-Methode) wurde in der beschriebenen Apparatur mit D. (Oktamethyltetrasilojcan) behandelt.
Von der pyrogenen Kieselsäure wurden pneumatisch 5°o g/h in
die Anlage eingepeist, während in die Beladungsstufe 7 ml/h
und in die Reaktionsstufe 7° ml/h an D. in Form von mit,
3oo° heissem, N_ vermischten D.-Dampf eingeblasen wurden. In
dem aus der Beladungsstufe austretenden Abgas wurden stündlich
35 ml D. in einem Kondensor aufgefangen.
Das am Austrag der Anlage erhaltene hydrophobe' Produkt hatte
einen Kohlenstoffgehalt von 2,6 $ entsprechend einem Gehalt
von 8 # D.. Es wurde nicht von Wasser benetzt. Nach 2-stündigem
Kochen mit Wasser am Rückflusskühler war das Produkt noch vollkommen hydrophob.
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Sowohl die Dosierung des Oxides - für die Oxid-Dosierung kann mit Vorteil auch . Luft, für die Aktivierungsstufe aiich
trockene Luft, verwendet werden - wie auch der Polysiloxandfimpfe
erfolgt mit trockenem, z.T. vorgeheiztem Stickstoff. Die einzelnen Zonen bilden anlagetechnisch gesehen eine
Einheit. Der Prozess läuft vollkommen kontinuierlich und Lasst si cli besonders gut führen, wenn in der Beladungszone
oder zu Beginn der Reaktionszone UV-Licht eingestrahlt wird.
Durch eine Strömungsteilung unterhalb der Aktivierungszone (i)
ist es möglich, D. auch im Überschuss im Kreislauf £ Beladungszone
(il), Reaktionszone (lll)jzu fahren. Das bedeutet
Posierungserleichterung und damit bessere Ausnutzung von D..
In der Nachbehandlungszone (-EV) wird erreicht, dass das Produkt
nur chemisch fest verankertes D. enthält. Etwa überschüssiges Di - das keinen weiteren Nutzeffekt in der Hydrophobierung erbringt
- kann gewinnbringend wieder in den Prozess zurückgeführt
werden.
Heladungsstufe (il) und Reaktionsstufe (ill) können auch im
Gleichstrom gefahren werden, währerd THt \ktivierungsstufe (i)
und Nachbfihandlungsstufe (iv) das Gegenstromverfahren beibehalten
wird.
Es ist auch möglich, die Aktivierung der zu hydrophobierenden
Kieselsäure erst in der Reaktionszone (ill)bei 55o - ?oo
vorzunehmen, wobei also Aktivierung und Reaktion in einer einzigen Verfahrenszone durchgeführt werden. Bei dieser
Arbeitsweise wird die Ausgangskieselsäure, zweckmässig vordem Eintritt in die gemeinsame Alctivierungs- und Reaktions- /
zone (ill) durch UV-Energie aktiviert, wobei die Beladung
mit Dj während des Durchlaufens derselben stattfindet. Die
Anwendungsbreite dieser Variante iat naturgemäss sehr abhängig
vom jeweiligen Zustand der zu hydrophobierenden Kieselsäure, speziell von ihrem Feuchtigkeitsgehalt»
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191P360
In einer anderem Variante des Verfahrens kann man auch in dor
geschilderten Apparatur nur Aktivierun^s- ("E) und
zone (Tl) benutzen und das mit D. beladene.SiO0 unmittolbar
auch durch ca. 1 - 2 Std. Autoklavenbehandlun^ bei TpmperaturRn
von loo - '4oo C in stabile hydrophobe Produkte überführen.
Dabei entfallt, die beim einschlägigen Autoklavenverfahron
noch notwenirre Abführung von Wasser und überschüssigem Dj .
Die als Aus^an/^smaterial benutzte Kieselsäure wird in den beiden
ersten Au sf üb run fts forme η in weniger als 2 'linuten in das Endprodukt
(hydrophobe Kieselsäure) umgewandelt, was auch bei kleinsten Apparaturen einen hohen Durchsatz ermöglicht. Demgegenüber
werden selbst bei dem wohl noch als am frünsti/rsten
^u beurteilenden bisher bekannten Verfahren mindestens U Stunden
Verweilzeit benbtict.
- 16 -
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Claims (1)
- Patentansprüche ·1.) Verfahren zur Hydrophobierung von durch pyroxene Umsetzung gewonnenen hochdispersen Oxiden, Mischoxiden oder Oxidgemdsehen von Metallen und/oder Metalloiden durch De- * handlun,^ der Oxidaerogelteilchen mit verflüchtigbaren Organos Lliciumverbindungen in der Gasphase, dadurch gekennzeichnot, dass die Oxidaerogelteilchen mit einem trockenen Inertrrnsstrom im Wirbelbett bei Temperaturen im Bereich von 6oo bis 1ooo C, vorzugsweise 9oo bis 95° C, unter Normaldruck wahrend eines Zeitraumes von weniger als " · 6o Sekunden absolut getrocknet und aktiviert werden und mit in die Gasphase überführten linearen und/oder cyclischen Organopolysiloxanen und gegebenenfalls Organobalogensilänen bei Temperaturen im Bereich von 25 bis 35O C und/oder 35o bis 65o° C beladen und bei Temperaturen im Bereich von 35o bis 65o c mit den Organosiliciumverbindunften zur Reaktion gebracht und bei Temperaturen im Dereich von 5oo bis 125 C nachbehandelt werden,2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensablauf in einer in Reaktionszonen aufgeteilten rohrförmigen Anlage oder in mehreren nacheinander geschalteten Anlagen in vier Verfahrensstufen, welche aus der Aktivierungsstufe (l), der Beladungsstufe (il), der Reaktionsstufe (-III) und der Nachbehandlungsstufe (iV) bestehen, durchgeführt wird, twobei Beiadungsstufe (il) und Reaktionsstufe (ill) unter bestimmten Voraussetzungen auch zusammengelegt werden können.3·) Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Beladungsstufe (il oder (ill) Organohalogensilane und in der Reaktionsstufe (ill) oder (il) Organopolysiloxane zugeführt werden·009841/1768h .·) Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Beladungsstufe (ll) und/oder in der Reaktionsstufe (Hl) gleichzeitig Organohalogensilane und Organopoly-' siloxane zugeführt werden.5.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierung und Reaktion der Oxidaerogelteilchen unter gleichzeitiger Beladung mit den Organosiliciumverbindungen in einer einzigen Verfahrensstufe in der TCeaktionszone (ill) bei Temperaturen von 55o bis 7oo° C vorgenommen wird, wobei die Oxidaerogelteilchen vor dem Eintritt in die Reaktionszone (ill) zweckmässig dem Einfluss von UV-Energie ausgesetzt werden.6.) Verfahren nach den Ansprüchen 1' bis 5» dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensablauf über alle vier Stufen innerhalb eines Zeitraumes von'weniger als zwei Minuten durchgeführt wird.7.) Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Organopolysiloxane Hexamethyldisiloxan (M2) oder Ilexamethylcyclotrisiloxan (D„) oder OcUamethylcyclotetrasiloxan (D.) oder Octamethyltrisiloxan (MUM) oder Decamethyltetrasiloxan (MD_M) oder solche, aus denen sich die genannten unter den Bedingungen des Verfahrens bilden, verwendet werden.8.) Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7t dadurch gekennzeichnet, dass als Organohalogensilane Alkyl- oder Aryl- oder Alkyl-Aryl-mono-, di-, oder tri-chlorailane verwendet werden.Frankfurt/Main, den 2R.3.69
Go /TeBAD ORIGINAL 00984171768ItLeerseite
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| DE19691916360 DE1916360C3 (de) | 1969-03-29 | Verfahren zur kontinuierlichen Hydrophobierung von hochdispersen Oxyden | |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| DE4237022A1 (de) * | 1992-11-02 | 1994-05-05 | Josef Hofmann | Schneeräum-Gerät und dessen Verwendung in einem Schneeräumungsverfahren |
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| JP3202573B2 (ja) | 1995-01-12 | 2001-08-27 | デグサ−ヒュルス アクチェンゲゼルシャフト | 高熱分解により製造された表面変性された混合酸化物及びその製法 |
| FR2729380A1 (fr) * | 1995-01-12 | 1996-07-19 | Degussa | Oxydes mixtes produits par voie pyrogenee, ayant des surfaces modifiees, procede pour leur preparation et utilisation |
| EP0722992A1 (de) * | 1995-01-12 | 1996-07-24 | Degussa Ag | Oberflächenmodifizierte pyrogen hergestellte Mischoxide, Verfahren zu ihrer Herstellung und Verwendung |
| US6022404A (en) * | 1995-01-12 | 2000-02-08 | Degussa Aktiengesellschaft | Surface-modified, pyrogenically produced mixed oxides, method of their production and use |
| DE19757210A1 (de) * | 1997-12-22 | 1999-07-01 | Degussa | Hydrophobierte, pyrogen hergestellte Oxide |
| US7722891B2 (en) | 2002-03-14 | 2010-05-25 | Wacker Chemie Ag | Multiple emulsions |
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| WO2015091153A1 (de) | 2013-12-18 | 2015-06-25 | Wacker Chemie Ag | Modifizierung der oberflächen von metalloxiden mittels kettenartiger strukturen |
| US9617428B2 (en) | 2013-12-18 | 2017-04-11 | Wacker Chemie Ag | Modifying the surfaces of metal oxides by means of chain-like structures |
Also Published As
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| CH564071A5 (de) | 1975-07-15 |
| JPS4815799B1 (de) | 1973-05-17 |
| DE1916360B2 (de) | 1975-12-04 |
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