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  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:
    DieErfindung betrifft ein Verfahren zur Funktionalisierung von Metalloxid-Pulvernwährend derSprühtrocknung,wobei eine Suspension von Metalloxidpartikeln, die auf ihrer Oberfläche Hydroxylgruppenaufweist, in einen Sprühtrocknereingedüstwird und wobei Trocknungsgas und Organosilan in den Sprühtrocknereingeblasen oder gesaugt wird.
    公开号:DE102004008524A1
    申请号:DE200410008524
    申请日:2004-02-20
    公开日:2005-09-08
    发明作者:Alexander Ibach；Matthias Kind
    申请人:Ibach Alexander Dipl-Ing；
    IPC主号:C01B33-12
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft ein Verfahren zur Funktionalisierung von Metalloxid-Pulvernwährendder Sprühtrocknung.
    [0002] Esist bereits bekannt, dass man Partikel durch Modifikation der Oberflächeneigenschafthydrophobisieren kann. Typische Partikel hierfür sind die durch Fällung oderPyrolyse hergestellten Siliziumdioxide. Ein angewandtes Verfahrenzur Herstellung von hydrophoben Siliziumoxiden ist ein Verfahren,bei welchem man in einem FällreaktorSäure und eineAlkalisilikatlösung(meist Schwefelsäureund Wasserglas) zur Reaktion bringt. Die in dem Prozess gewonnenenPartikel müssendanach abgetrennt, von entstehendem Alkalisulfat gereinigt und sprühgetrocknetwerden. Im Anschluss daran findet eine Hydrophobisierung in einemseparaten Fließbettreaktor mitOrganosilanen bei Temperaturen über500°C statt.
    [0003] Diebisher bekannten Verfahren zur Hydrophobisierung von Metalloxidenhaben den Nachteil, dass sie bei sehr hohen Temperaturen arbeitenund die Anlagentechnik fürdie einzelnen Prozesse sehr kostenintensiv sind.
    [0004] Aufgabeder vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Funktionalisierungvon Metalloxidpulvern zu schaffen, das möglichst wenig Verfahrensschritteaufweist und damit kostengünstigdurchführbarist.
    [0005] Erfindungsgemäß wird einderartiges Verfahren zur Funktionalisierung von Metalloxidpulvern während derSprühtrocknungmit folgenden beiden Verfahrensschritten durchgeführt: – Eindüsen einerSuspension von Metalloxidpartikeln, die auf ihrer Oberfläche Hydroxylgruppen aufweisen,in einen Sprühtrocknerund – Einblasenoder -saugen von Organosilan Trocknungsgas in den Sprühtrockner.
    [0006] Indem erfindungsgemäßen Verfahrenwird im Tropfen der Suspension das Organosilan hydrolysiert, wobeieine Polykondensation, wegen der gleichzeitig ablaufenden Trocknungdes Tropfens, verhindert wird. Das so hydrolysierte bzw. aktivierte Organosilanreagiert mit den Hydroxylgruppen der Metalloxide unter Abgabe einesWassermoleküls. Dieorganischen Gruppen der Organosilane bilden nun die äußeren funktionellenGruppen und verleihen den Partikeln unter anderem hydrophobe Eigenschaften.Das beschriebene Verfahren bietet somit einerseits die Möglichkeit,Metalloxide kostengünstig zufunktionalisieren und andererseits integriert es zwei Prozessschritte,nämlichdie Funktionalisierung und das Sprühtrocknen in einem.
    [0007] Dashier vorgeschlagene Verfahren hat den Vorteil, dass es die VerfahrensschritteSprühtrocknungund Hydrophobisierung in einem Anlagenteil vereint. Aufgrund dereinerseits weniger benötigten Anlagentechnikund andererseits der verkürztenVerweilzeit bei der Herstellung ist das erfindungsgemäße Verfahrenvergleichsweise kostengünstigerals die bisher bekannten Verfahren. Des weiteren wird weniger Energieals bei der Hydrophobisierung mit Temperaturen über 500°C aufgewendet, da prinzipiellnur die Verdampfungsenthalpie fürdie Suspension aufzubringen ist.
    [0008] BevorzugteAusgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den sich an den HauptanspruchanschließendenUnteransprüchen.
    [0009] Demnachist vorteilhaft die Trocknungsgeschwindigkeit der Suspensionstropfenim Sprühtrocknerso eingestellt, dass das Organosilan in den Tropfen absorbiert wird,wobei aber gleichzeitig eine Polykondensation der Silane verhindertwird.
    [0010] DasOrganosilan kann entweder zusammen mit dem Trocknungsgas oder ineinem zweistufigen Prozess zugeführtwerden. Bei einem zweistufigen Prozess gibt man zunächst dasOrganosilan zu und erst in einer zweiten Zuführung das Trocknungsgas. Diezweistufige Zuführungkann auch in umgekehrter Reihenfolge umgesetzt werden.
    [0011] DasTrocknungsgas kann im Gleichstrom oder aber im Gegenstrom zu denSuspensionstropfen geführtwerden.
    [0012] Dasdem Trocknungsgas zugesetzte Organosilan kann mit einem, zwei oderdrei organischen Resten am Siliziumatom substituiert sein.
    [0013] Besondersvorteilhaft ist das Organosilan aus den Organosilanen mit folgenderFormel gewählt: SiRnX4-n,wobeigilt: R ist ein organischer Rest, n ist 1, 2 oder 3 und Xist ein Halogen.
    [0014] Dabeikönnendie substituierten organischen Reste R aus beliebig langen Kettenbestehen.
    [0015] AlsOrganosilan kann gemäß einervorteilhaften Ausführungder Erfindung Dichlordimethylsilan eingesetzt werden. Die in demerfindungsgemäßen Verfahren einzusetzende Suspension kann beispielsweisegemäß vorteilhafterAusführungaus in Wasser gefällterKieselsäurebestehen, die durch die erfindungsgemäße Verfahrensführung hydrophobisiertwird.
    [0016] WeitereMerkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhandeines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Eszeigen:
    [0017] 1:ein Immersionstestdiagramm, in welchem unterschiedlich behandelteMetalloxid-Pulver miteinander verglichen werden,
    [0018] 2:eine schematische Darstellung eines Sprühtrockners, in welchem daserfindungsgemäße Verfahrendurchgeführtwird,
    [0019] 3:eine schmatische Darstellung eines Sprühtrockners, in welchem daserfindungsgemäße Verfahrenzweistufig durchgeführtwird, und
    [0020] 4:die Reaktionen, die bei der erfindungsgemäßen Verfahrensführung ablaufen.
    [0021] Indem erfindungsgemäßen Verfahren,wird, wie in 2 dargestellt, eine Suspension 12 ausMetalloxiden in einen Trocknungsraum 10 geführt und darinversprüht.Die Metalloxidpartikel müssenfür diesesVerfahren an der OberflächeHydroxylgruppen besitzen. Zusätzlichwird dem Trocknungsraum Trocknungsgas 14 zugegeben. Imin 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Trocknungsgas 14 imGleichstrom geführt.Es kann aber auch im Gegenstrom geführt werden.
    [0022] DemTrocknungsgas 14 ist ein Organosilan 15 zugegeben,welches in die versprühtenSuspensionstropfen absorbiert. Das Organosilan 15 kannaber auch separat von dem Trocknungsgas 14 zugegeben werden(siehe 3). Im Tropfen hydrolysiert das Organosilan undaktiviert sich somit. Dies ist in der Formel I in 4 dargestellt.Die Hydroxylgruppen der Organosilane kondensieren nun mit den Hydroxylgruppender Metalloxid-Partikeln, wie in der Formel II in 4 beispielhaftdargestellt ist. Eine möglichePolykondensation der Organosilane untereinander wird wegen der gleichzeitigablaufenden Trocknung des Suspensionstropfens verhindert. Die Trocknungsgeschwindigkeitenfür dieseVerfahren müssen demnachso eingestellt werden, dass zum einen das Organosilan genügend Zeithat, in die Suspensionstropfen zu absorbieren, andererseits abernicht zu lange, damit die Organosilane nicht polykondensieren undman trockene Partikel am Ende des Prozesses erhält. Die trockenen Partikelwerden im Produktstrom 16 abgezogen, während das Abgas bei 18 abgeleitetwird (vgl. 2 und 3).
    [0023] 1000g/h einer Suspension aus 100g gefällter Kieselsäure (Sipernat® 22,Fa. Degussa) und 900g Wasser wurden in einen Sprühtrockner eingedüst. DieTrocknungsluft hatte einen Volumenstrom von 28,6 m3 N/h, welcher 6 bis 60 g/h Dichlordimethylsilanzugegeben worden ist. Dies entspricht einer Konzentration von 40bis 400 ppm. Die Eingangstemperatur der Luft hatte 140 – 220°C, wobeider vorliegende Sprühtrocknerals ideal rückvermischtanzusehen ist. Somit entsprechen die Trocknungstemperaturen denAusgangstemperaturen von 50 – 100°C.
    [0024] DiePartikeleigenschaften der so hergestellten Partikeln wurden mitHilfe eines Immersionstestes charakterisiert. Der Immersionsteststellt ein Maß für die Benetzbarkeitvon Partikeloberflächenmit einer Flüssigkeitdar. Hierbei wird eine Pulverschüttung aufeine Flüssigkeitsoberfläche aufgegebenund die Veränderungder Schütthöhe (h0-h) des Haufwerks gemessen. Suspensionenaus Sipernat® 22sind bei gleichen Versuchsparametern sprühgetrocknet worden, wobei in 1 beib und c der Trocknungsluft 50 g/h Dichlordimethylsilan (DCDMS) zugesetztworden ist. Die Probe c wurde zur Analyse zuerst mit Cyclohexanund anschließendmit Wasser und Aceton gewaschen, um adsorbiertes Silan von den Partikelnzu entfernen.
    [0025] Mita ist also in 1 das sprühgetrocknete Sipernat® 22dargestellt. Mit b ist ein sprühgetrocknetesund entsprechend der Erfindung hydrophobisiertes Sipernat® 22dargestellt, währendmit c ein sprühgetrocknetes,hydrophobisiertes und zusätzlichnoch gewaschenes Sipernat® 22 gezeigt ist. Das Dispersionsmittelist füra, b und c ein 35 Vol.-% Methanol-Wassergemisch.
    [0026] Ausdem Verlauf der Messwerte in 1 lässt sicherkennen, dass sich das Sprühgetrocknete undnicht weiter behandelte Sipernat® 22gut benetzen lässt(vgl. die Punkte a). Im Gegensatz dazu ist das sprühgetrockneteund entsprechend der Erfindung hydrophobisierte Sipernat® 22nicht oder so gut wie nicht benetzbar. Die gewaschene Probe c istetwas leichter benetzbar als die nicht gewaschene Probe b, was bedeutet,dass geringe Mengen von Silanen an den Partikeln nur adsorbiertsind. Die meisten Silanmoleküleallerdings, haben mit den Silanolgruppen Sipernat® 22reagiert und sind somit fest an die Partikeln gebunden.
    权利要求:
    Claims (10)
    [1] Verfahren zur Funktionalisierung von Metalloxid-Pulvernwährendder Sprühtrocknungbestehend aus folgenden Schritten: – Eindüsen einer Suspension von Metalloxidpartikeln,die auf ihrer OberflächeHydroxylgruppen aufweisen, in einen Sprühtrockner und – Einblasenoder -saugen von Organosilan und Trocknungsgas in den Sprühtrockner.
    [2] Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die Trocknungsgeschwindigkeit der Suspensionstropfen im Sprühtrocknerso eingestellt ist, dass das Organosilan in den Tropfen absorbiert wird,dass aber gleichzeitig eine Polykondensation der Silane verhindertwird.
    [3] Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,dass das Trocknungsgas im Gleichstrom zu den Suspensionstropfengeführtwird.
    [4] Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,dass das Trocknungsgas im Gegenstrom zu den Suspensionstropfen geführt wird.
    [5] Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,dass das Organosilan zusammen mit oder separat von dem Trocknungsgaszugeführtwird.
    [6] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,dass das Organosilan mit einem, zwei oder drei organischen Restenam Siliziumatom substituiert ist.
    [7] Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,dass das Organosilan aus den Organosilanen mit folgender Formelgewähltist: SiRnX4-n wobeigilt: R ist ein organischer Rest, n ist 1, 2 oder 3 und Xist ein Halogen.
    [8] Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,dass die substituierten organischen Reste R aus beliebig langenKetten bestehen können.
    [9] Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet,dass als Organosilan Dichlordimethylsilan eingesetzt wird.
    [10] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,dass die eingedüsteSuspension aus Metalloxiden und Wasser besteht.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    DE102004008524B4|2008-11-20|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2005-09-08| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2009-05-20| 8364| No opposition during term of opposition|
    2012-01-12| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|Effective date: 20110901 |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DE200410008524|DE102004008524B4|2004-02-20|2004-02-20|Verfahren zur Funktionalisierung von SiO2-Pulvern während der Sprühtrocknung|DE200410008524| DE102004008524B4|2004-02-20|2004-02-20|Verfahren zur Funktionalisierung von SiO2-Pulvern während der Sprühtrocknung|
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