СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СТАБИЛИЗИРОВАННОГО СИЛИКАЗОЛЯ Российский патент 1997 года по МПК C01B33/14 

Изобретение относится к получению стабилизированного золя кремневой кислоты, получаемого из продуктов гидролиза алкоксисиланов, применяемого в оптической, электронной промышленности.

Широко известен алкоксидный метод получения диоксида кремния различных модификаций. При осуществлении этого метода по золь-гель- технологии силикагель чаще образуется в виде неустойчивой формы, переводимой затем в другое состояние, например в стекло [1]
При получении же устойчивого силикагеля, хранимого в течение нескольких месяцев, в основном, применяется метод конверсии силикатов щелочных металлов. Этот метод обычно включает две основных стадии: стадию конверсии метасиликата щелочного металла, например натрия, в коллоидальный раствор кремниевой кислоты и стадию концентрирования промежуточного коллоидального раствора до устойчивого золя. Первая стадия осуществляется либо путем электролиза [2] либо кислотной нейтрализации [3] либо ионообмена [4] Концентрирование коллоидального раствора осуществимо методом упаривания, как это описано, например, в способе [4] выбранном в качестве прототипа. Данный способ включает стадию ионообменной конверсии силиката натрия в поликремниевую кислоту с последующей стабилизацией ее раствором щелочи, например гидроокиси натрия до молярного соотношения SiO₂/Na₂O, равного 20:40, и кипячением золя при постоянном добавлении золя-питателя со скоростью 10,22 л/ч и упариваемом при скорости испарения влаги на уровне 20 л/ч [4] Процесс концентрирования в данном способе проводят при 10 15^oC и давлении 40 - 57 кПа. Полученный данным способам продукт сохраняет стабильность в течение 7 18 месяцев. Продукт характеризуется такими показателями, как средний диаметр частиц (7 20 нм), вязкость (10 спуаз), плотность (1,21 г/см²).

Основным недостатком прототипа, как и других известных способов получения силиказоля из метасиликатов щелочных металлов [2 4] является низкая степень чистоты получаемого силиказоля из-за загрязнения его примесями щелочных металлов, что делает невозможным применение такого продукта в оптической и электронной промышленности.

Предлагаемый способ получения стабилизированного силиказоля осуществляется концентрированием золя, образовавшегося при щелочном гидролизе кремнийсодержащего соединения алкоксисилана и последующем концентрировании образовавшегося золя при скорости отгона испаряемой влаги на уровне 0,15 0,5 л/ч на 1 л вводимого золя.

Предлагаемый способ отличается от способа-прототипа исходным кремнийсодержащим соединением и скоростью отгона испаряемой влаги на стадии концентрирования золя.

Существенным признаком предлагаемого способа является использование в качестве исходного продукта щелочного гидролизата алкоксисилана, например тетраэтоксисилана, тетраметоксисилана. Применение в качестве исходного продукта продукта конверсии алкоксисилана обеспечивает получение, продукта со степенью чистоты на уровне 10^-5 10^-6 мас. по содержанию примесей металлов.

Другим основным отличительным признаком способа является скорость отгона испаряемой влаги. При величине скорости на уровне 0,15 0,5 л/ч на 1 л исходного золя обеспечивается образование стабильного силиказоля с содержанием основного вещества, составляющего 25 45 мас. при размере частиц, равном 15 50 нм. При скорости же меньше 0,15 л/ч увеличивается время концентрирования, что приводит к снижению стабильности золя и его частичному гелеобразованию. При завышенной скорости упаривания (выше 0,5 л/ч) происходит вспенивание, приводящее к уносу продукта в конденсат, а также наблюдается затруднение в регулировании образования частиц нужного размера, что приводит к нарушению монодисперсности продукта, что затем отрицательно сказывается на потребительских свойствах продукта.

Соблюдение всех параметров процесса обеспечивает образование стабильного силиказоля, не ухудшающего свои свойства в течение нескольких месяцев.

Пример 1. В кварцевый выпарной аппарат емкостью 2 л заливают 1,5 л свежеприготовленного водно-спиртового золя поликремниевой кислоты, представляющего собой продукт гидролиза тетраэтоксисилана, содержащего 11% SiO₂, 33,5% C₂H₅OH и имеющего вязкость 7 спуаз. Золь подвергают упариванию, поддерживая скорость отгона конденсата на уровне 0,2 л/ч на 1 л исходного золя. Полученный упаренный золь содержит 35% SiO₂, 0,2% C₂H₅OH, имеет вязкость 12 спуаз, размер частиц 15 20 нм, срок хранения такого золя 10 18 мес. содержание примесей металлов на уровне -1•10^-5.

Примеры 2 4 осуществляют аналогично примеру 1 (см. таблицу). Срок хранения стабилизированного силиказоля в примерах 1 4 составляет 10 18 месяцев.

1. Авт. св. СССР N 1357373, C 03 C 1/02, 1987.

2. Патент Румынии N 76270, C 01 B 33/12, 1981.

3. Заявка Японии N 6-48422, C 01 B 33/12, 1986.

4. Авт.св. СССР, N 1452789, C 01 B 33/14, 1989 (прототип).

Использование: получение стабилизированного силиказоля, образованного из продуктов гидролиза алкоксисиланов. Сущность изобретения: стабилизированный силиказоль получают концентрированием золя, образовавшегося при щелочном гидролизе алкоксисиланов, при скорости отгона испаряемой влаги, равной 0,15 - 0,5 л/ч на 1 л исходного золя. 1 табл.

Способ получения стабилизированного силиказоля концентрированием золя, образовавшегося конверсией кремнийсодержащих соединений, проводимом при контролировании скорости отгона испаряемой влаги, отличающийся тем, что концентрирование золя, образовавшегося при щелочном гидролизе алкоксисиланов, проводят при скорости отгона испаряемой влаги, равной 0,15 0,5 л/ч на 1 л исходного золя.