具有可变增稠效果的硅酸的制备方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种具有可变增稠效果(variabler Verdickung)的二氧化娃的制备 方法，其中在进入反应室之前，将原料通过静态混合元件进行混合。
【背景技术】
[0002] 制备具有高增稠效果的热解二氧化硅的方法是已知的。DE-A-2609487公开了一种 方法，其中在随后的步骤中用四氯化硅处理高温形成的二氧化硅，然后用空气/蒸汽混合物 进行水解和脱酸。
[0003] DE-A-2904199提出一种方法，其包括将额外量的蒸汽引入反应混合物的步骤，该 额外量的蒸汽不是来自包含火焰水解所需氢气的气体的燃烧。
[0004] EP-A-38900涉及一种具有高增稠效果的热解二氧化硅的制备方法，其中将硅氧烷 在氢气和空气存在的情况下进行转化。
[0005] EP-A-97378公开了一种调节增稠效果的方法，其中向热解火焰供给额外的能量， 以例如可燃气体的形式。
[0006] EP-A-634360公开了一种方法，其中在燃烧室内通过气枪来制备气体排放物。
[0007] WO 2006/087136指出，通过建立导致高度均匀、径向分布的温度的条件可获得具 有高增稠效果的二氧化硅，但其没有进一步具体说明这些条件。
[0008] 现行的制备具有高增稠效果的热解二氧化硅的技术方案由高成本的原料来进行， 或者需要对设备进行高成本的改变。因此，本发明所要解决的问题是，提供一种可在低设备 的相关成本下，以简单且经济的方式提供具有可变增稠效果的二氧化硅的方法。
【发明内容】
[0009] 因此，本发明提供一种具有可变增稠效果的二氧化硅的制备方法，其中使以下成 分进行反应：
[0010] a)产物流I，其包含至少一种可水解和/或可氧化的蒸汽态硅化合物，
[0011] b)产物流II，其包含氧气，以及
[0012] c)产物流III，其包含至少一种可燃气体；
[0013] 其特征在于，
[0014] d)使用管件(Rohrstiick)A中的进料口将产物流I输入产物流II中，或者将产物流 II输入产物流I中，由此产生产物流IV，所述管件A包含一个或多个静态混合元件;然后
[0015] e)使用管件B中的进料口将产物流III输入产物流IV中，由此产生产物流V，所述管 件B包含一个或多个静态混合元件；
[0016] f)将离开管件B的产物流V输入反应室，在反应室内点燃并在火焰中反应，以及
[0017] g)分离出所生成的固体材料。
[0018] 用于本发明目的的"可水解"理解为是指在蒸汽的存在下，将硅化合物转化成二氧 化硅和在反应条件下是气态的副产物。其实例为：
[0019] SiCl4+2H2〇-Si〇2+4HCl;Si(OEt)4+2H2〇-Si〇2+4EtOH。
[0020] 用于本发明目的的"可氧化"理解为是指在氧气的存在下，将硅化合物转化成二氧 化硅和气态副产物。其实例为:SiCl4+〇2-Si〇2+2Cl 2。
[0021] 在本发明中，体积和速度规定为标准形式。Nm3表示在1.01325巴的压力下和0°C的 温度下的体积。Nm/s表示由体积和横截面计算的标准速度。
[0022] 包含静态混合元件的管件A和/或管件B是待混合的产物流所经过的静态混合器。 它们使得形成延伸穿过相对大的区域的二次流。还形成紊流区并导致更好的混合。原则上， 静态混合器的选择不受任何限制。可用于本发明的静态混合器的实例参看例如US 4758098 或US 5522661。并且包含静态混合元件的管件A和管件B根据其大小和混合元件的性质，可 以相同或者不同。
[0023] 然而，优选本发明的方法使用法兰混合器(Flanschmischer)，其中混合操作在静 态混合元件的下游进行。例如US 5839828公开了这种类型的法兰混合器，其中将待引入的 反应流通过一个或多个隔膜(Blenden)加入。
[0024] 在EP-A-1153650中，将待引入的反应流通过具有特殊叶片布置的环形计量装置输 入。
[0025]特别优选将管件A和/或管件B配置成如EP-A-1302236所公开的法兰混合器的形 式。这些法兰混合器具有在EP-A-1153650中所公开的叶片布置，但是提供单个点状进料口， 而不是环形计量装置。
[0026]在一个非常特别优选的实施方案中，使用在EP-A-1493485中所公开的静态混合 器。在这种静态混合器中，布置在管件中的内部构件包括平坦的、折叠的或者弯曲的流动障 碍物以及其之间的窄通道(EngpSsse)，其中对主要流动障碍物的表面和/或其边缘进行几何 结构的改进，并且这些改进能够引起第一产物流中的局部二阶(Ordnung)流，所述二阶流与 一阶流叠加，由此提高混合质量，因为流体中的径向和轴向的不均匀性比一阶流更有效地 得到矫正。静态混合器包含用于另一个产物流的进料口，通过该进料口将另一个产物流引 入第一产物流的混合区域的区域中，其中几何结构的改进对流体的影响是特别显著的。明 确参看EP-A-1493485的图1。
[0027]在本发明的一个具体实施方案中，La/Da = 2-20,其中La为管件A的长度，并且Da为 管件A的内径。在一个特别优选的实施方案中，La/Da=3-6。
[0028]在本发明的另一个具体实施方案中，Lb/Db = 2-20,其中Lb为管件B的长度，并且Db 为管件B的内径。在一个特别优选的实施方案中，Lb/Db = 3-6。
【附图说明】
[0029] 图1为本发明的一个实施方案的示意图，其中
[0030] A，B分别为具有各自长度L和内径D的管件A和管件B;
[0031] C为反应室；
[0032] I-VII为产物流；
[0033]产物流I:包含至少一种可水解和/或可氧化的蒸汽态硅化合物；
[0034] 产物流II:包含分子氧；
[0035]产物流III:包含至少一种可燃气体；
[0036] 产物流IV:通过管件A中的进料口将产物流I输入产物流II中，或者将产物流II输 入产物流I中而制得，其中管件A包含一个或多个静态混合元件；
[0037] 产物流V:通过管件B中的进料口将产物流III输入产物流IV中而制得，管件B包含 一个或多个静态混合元件；
[0038]产物流VI:包含氧气和/或蒸汽；
[0039] 产物流VII:包含至少一种反应产物二氧化硅和水，任选存在二氧化碳和盐酸。
[0040] 图2A和2B示出本发明的产物流I至III的可行的实施方案。图2A示出将含有SiCl4 的产物流I加入包含一个或多个静态混合元件的管件A中。图2B示出将含有分子氧的产物流 II加入包含一个或多个静态混合元件的管件A中。在这两种情况下，将产物流III加入包含 一个或多个静态混合元件的管部B中。
【具体实施方式】
[0041] 在本发明的方法中，将产物流III输入产物流IV中的速度VB大于输入产物流III时 的产物流IV的速度 VA。在一个优选的实施方案中，vb/va 2 4。产物流I和产物流II的速度并不 是关键，只要注意确保产物流I保持为蒸汽态即可。这样的措施对本领域技术人员而言是已 知的。本发明的一般原则是，通过管件A的进料口输入的产物流的速度应当是另一个产物流 的速度的至少两倍。
[0042] VA优选为至少15Nm/s。已经证明，20-100Nm/s的范围是特别合适的。VB优选为至少 50_/8。特别优选100<^<150(^111/8。为了制备具有高增稠效果的二氧化硅，本发明的方 法优选根据以下实施方案来进行，其中将氢气用作可燃气体，并且IOO^ 1500Nm/s以及 20 < VA< 50Nm/s。所述速度为标准速度。VA为以NmVh表示的体积流量除以管件A的横截面积 的结果。VB为以Nm3/h表示的体积流量除以进料口的横截面积的结果。
[0043]由现有技术可知，增强的增稠效果可通过提高可燃气体的输入量来实现。现已发 现，在恒定VA的情况下，增稠效果可单独通过改变速度VB而改变。增加 VB(即将可燃气体流输 入包含硅化合物和分子氧的产物流中的速度)可导致增强的增稠效果。
[0044]原则上，本发明的方法并不限于制备特定的二氧化硅。优选适合制备BET表面积为 50-500m2/g，更优选 100-400m2/g，甚至更优选 150-350m2/g，并且尤其是 180-280m2/g 的二氧 化娃。
[0045] "可变增稠效果"理解为是指，对于基本上相同的BET表面积而言，可获得具有不同 增稠效果的二氧化硅。基本上相同的BET表面积是任何一种指定BET表面积±25m2/g，通常 是±15m2/g。这是指例如在BET表面积为200± IOmVg的情况下，可获得增稠效果为3000-3700mPas的二氧化娃。
[0046]同样可获得具有基本上相同增稠效果与明显不同BET表面积的二氧化硅。这是指 例如在BET表面积为110 ± IOmVg和200 ± IOmVg的情况下，可获得增稠效果为3500 土 I OOmPas的二氧化娃。
[0047]在22°C的温度下，在二氧化硅于粘度为1300± IOOmPas的不饱和聚酯树脂中的分 散体中测定增稠效果，并使用旋转粘度计在2.7s的剪切速率和25°C的温度下进行测量，单 位为mPas。合适的不饱和