DE10317066A1

DE10317066A1 - Verfahren zur Herstellung von Metalloxid- und Metalloidoxid-Dispersionen

Info

Publication number: DE10317066A1
Application number: DE10317066A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr. Lortz; Christoph Dr. Batz-Sohn; Gabriele Perlet; Werner Will; Gerrit Dr. Schneider
Original assignee: Degussa GmbH
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 2003-04-14
Filing date: 2003-04-14
Publication date: 2004-11-11
Also published as: US8529651B2; EP1611054B1; DE602004029659D1; US20060104881A1; PL1611054T3; JP4768601B2; JP2006522731A; CN1771192A; US20110155951A1; ES2353501T3; WO2004089816A1; CN1771192B; ATE485238T1; EP1611054A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer wässerigen Dispersion von pyrogen hergestellten Metalloxid- und Metalloidoxidpulvern mit einer BET-Oberfläche zwischen 5 und 600 m·2·/g, mit einem Gehalt an Metalloxid oder Metalloidoxid in der Dispersion zwischen 5 und 25 Gew.-%, welches die folgenden Schritte umfasst: DOLLAR A - Wasser, welches ggf. durch Zugabe von Säuren auf pH-Werte zwischen 2 und 4 eingestellt ist, wird aus einer Vorlage über eine Rotor-/Statormaschine im Kreis geführt, und DOLLAR A - über eine Einfüllvorrichtung wird kontinuierlich oder diskontinuierlich und bei laufender Rotor-/Statormaschine eine solche Menge an Metalloxid- oder Metalloidoxidpulver in die Scherzone zwischen den Schlitzen der Rotorzähne und der Statorschlitze eingebracht, dass eine Vordispersion mit einem Feststoffgehalt zwischen 20 und 40 Gew.-% resultiert, und nachdem alles Metalloxidpulver bzw. Metalloidoxidpulver zugegeben ist, DOLLAR A - die Einfüllvorrichtung schließt und so weiterschert, dass die Scherrate im Bereich zwischen 10000 bis 40000 s·-1· liegt, und DOLLAR A - anschließend durch Verdünnen die Vordispersion unter Beibehalten der Dispergierbedingungen auf den gewünschten Feststoffgehalt der Dispersion einstellt.

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von niedrigviskosen, hochgefüllten Dispersionen von pyrogenen Metalloxiden und Metalloidoxiden.
Niedrigviskose, hochgefüllte Dispersionen von pyrogenen Metalloxiden oder Metalloidoxiden finden breite Verwendung. Beispielsweise werden Siliciumdioxid- und Aluminiumdioxid-Dispersionen in Polierverfahren (Chemisch-mechanisches Polieren) oder in der Papierindustrie zur Herstellung eines Papierstriches benutzt. In der Glasindustrie werden hochgefüllte Siliciumdioxid-Dispersionen oder Dispersionen von Silicium-Titanmischoxid zur Herstellung von Glasformkörpern eingesetzt.

US 5,116,535 , US 5,246,624 und US 6,248,144 beschreiben alle Verfahren zur Herstellung von niedrigviskosen Dispersionen von pyrogenem Siliciumdioxidpulver (englisch: fumed silica).

Pyrogene Siliciumdioxidpulver werden wie andere pyrogene Oxidpulver, beispielsweise Aluminiumoxid oder Titandioxid, bevorzugt durch Flammenhydrolyse hergestellt. Bei diesem Prozess wird ein homogenes Gemisch einer dampfförmigen Ausgangsmaterials des späteren Oxides, beispielsweise Siliziumtetrachlorid oder Aluminiumchlorid, mit Wasserstoff, Sauerstoff und einem Inertgas mit einem Brenner in einem gekühlten Verbrennungsraum verbrannt. Dabei wird in einem ersten Schritt durch Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff Wasser erzeugt, welches in einem zweiten Schritt das Ausgangsmaterial unter Bildung des pyrogenen Oxides hydrolysiert.

In diesem Prozess werden zunächst Primärpartikel gebildet, die im weiteren Reaktionsverlauf zu Aggregaten zusammenwachsen können. Dabei sind Aggregate verwachsene Primärpartikel. Die Aggregate können weiter zu Agglomeraten zusammenlagern. Bei der Dispergierung von pyrogenen Oxidpartikeln werden zunächst, schon bei Einwirkung geringer Dispergierenergie, die Agglomerate getrennt. Bei höheren Dispergierenergien werden auch größere Aggregate in kleiner Aggregate überführt.

Das den Dokumenten US 5,116,535 , US 5,246,624 und US 6,248,144 zugrunde liegende Prinzip ist das gleiche, nämlich durch Einwirkung von hohen Scherenergien eine möglichst vollständige Destrukturierung des pyrogenen Siliciumdioxidpulvers zu erzielen. Um aber die hohe Scherenergien in das System einbringen zu können, muss dieses eine hohe Viskosität aufweisen. Die hohe Viskosität wird in den Herstellverfahren oben genannten Dokumenten durch einen hohen Füllgrad von Siliciumdioxidpulver erzielt, der bei mindestens 40 Gew.-%, besser bei 50 bis 60 Gew.-%, liegen muss. Wird bei diesen Verfahren der Gehalt an Siliciumdioxidpulver auf Werte unterhalb von 40 Gew.-% reduziert, wird die Wirksamkeit der Dispergierung so weit reduziert, dass nur eine unvollständige Destrukturierung des Siliciumdioxidpulvers erfolgt und größere Aggregate in Dispersion verbleiben. Dies kann zu Sedimentation oder Gelierung der Dispersion führen. Nachfolgend wird die Dispersion durch Verdünnen auf den gewünschten Feststoffgehalt eingestellt.

Nachteilig bei diesen Verfahren ist das zeit- und energieintensive Einarbeiten des pyrogen hergestellten Siliciumdioxidpulvers zur Erzielen der nötigen Viskosität.

Weiterhin gibt es ein Verfahren zur Dispergierung von pyrogen hergestellten Metalloxiden in einem wässerigen Medium, bei dem zwei unter hohem Druck stehende vordispergierte Suspensionsströme über zwei Düsen entspannt werden. Die Düsen sind dabei so zu justieren, dass die Dispersionsstrahlen exakt aufeinander treffen und die Teilchen sich dadurch selbst vermahlen.

Dieses Verfahren zur Herstellung von Dispersionen, welche pyrogen hergestelltes Siliciumdioxid enthalten, ist beispielsweise in EP-A-773270 beschrieben.

Hierbei wird eine wässerige Vordispersion in zwei Teilströme geteilt und unter hohem Druck wieder zusammengeführt. Hierbei vermahlen sich die Partikel selbst. Bei einer anderen Ausführungsform wird die Vordispersion ebenfalls unter hohen Druck gesetzt, jedoch erfolgt die Kollision der Teilchen gegen gepanzerte Wandbereiche. Dispersion kann über den gesamten pH-Bereich erfolgen, wobei der alkalische Bereich bevorzugt ist. Wird eine Dispersion mit hohem Feststoffgehalt im sauren Bereich gewünscht, ist es vorteilhaft die Viskosität durch geeignete Zusätze zu senken.

Problematisch bei diesem Verfahren ist die exakte Justierung der beiden vordispergierten Suspensionströme. Nur bei einer exakten Justierung kann eine einheitliche Vermahlung des Siliciumdioxidpulvers erfolgen. Erschwerend kommt hinzu, dass bei der extremen Beanspruchung der Düsen bei Drucken bis zu 3500 kg/cm², diese einen starken Verschleiß zeigen, was die oben genannte Justierung negativ beeinflusst und zum Eintrag von Verunreinigungen in die Dispersion führen kann.

Bei der Ausführungsform bei der die Kollision der Partikel gegen gepanzerte Wandbereiche erfolgt, hat es sich gezeigt, dass die Wandbereiche einem starken Verschleiß unterliegen und zur Dispergierung von pyrogenem Siliciumdioxid nicht geeignet ist.

Für beide Hochdruckverfahren gilt, dass die Dimensionen der erhältlichen Vorrichtungen es nicht erlaubt kostengünstig größere Mengen an Dispersion herzustellen.

Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren zur Herstellung feindispersen Dispersionen, welche als feste Phase pyrogen hergestellte Metalloxide enthalten, welches die Nachteile des Standes der Technik vermeidet. Insbesonders soll ein möglichst rasches Einarbeiten von pyrogen hergestellten Metalloxiden oder Metalloidoxiden in eine wässerige Phase möglich sein, der Eintrag von Verunreinigungen soll minimal sein und das Verfahren wirtschaftlich durchführbar sein.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer wässerigen Dispersion von pyrogen hergestellten Metalloxid- oder Metalloidoxidpulvern mit einer BET-Oberfläche zwischen 5 und 600 m²/g, mit einem Gehalt an Metalloxid oder Metalloidoxid in der Dispersion zwischen 5 und 25 Gew.-%, welches folgende Schritte umfasst:

– Wasser, welches ggf. durch Zugabe von Säuren auf pH-Werte zwischen 2 und 4 eingestellt ist, wird aus einer Vorlage über eine Rotor-/Statormaschine im Kreis geführt, und
– über eine Einfüllvorrichtung wird kontinuierlich oder diskontinuierlich und bei laufender Rotor-/Statormaschine eine solche Menge an Metalloxidpulver bzw. Metalloidoxidpulver in die Scherzone zwischen den Schlitzen der Rotorzähne und der Statorschlitze eingebracht, dass eine Vordispersion mit einem Feststoffgehalt zwischen 20 und 40 Gew.-% resultiert, und nachdem alles Metalloxidpulver bzw. Metalloidoxidpulver zugegeben ist,
– die Einfüllvorrichtung schließt und so weiterschert, dass die Scherrate im Bereich zwischen 10000 und 40000 s^–1 liegt, und
– anschließend durch Verdünnen die Vordispersion unter Beibehalten der Dispergierbedingungen auf den gewünschten Feststoffgehalt der Dispersion einstellt.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Scherrate zwischen 20000 und 30000 s^–1 liegen.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann bevorzugt mit Siliciumdioxidpulver, Aluminiumoxidpulver, dotiertem Siliciumdioxidpulver, beispielsweise beschrieben in DE-A-19847161 oder DE-A-10065028, mit Silicium-Aluminium-Mischoxidpulver, beispielsweise beschrieben in DE-A-4226711, DE-A-10135452, DE-A19919635, oder US-A-2003/22081, ausgeführt werden.

Weiterhin können bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Dispersion und/oder Vordispersion Basen oder Säuren zugesetzt werden. Als Basen können beispielsweise Ammoniak, Ammoniumhydroxid, Tetramethylammoniumhydroxid, primäre, sekundäre oder tertiäre organische Amine, Natronlauge oder Kalilauge eingesetzt werden. Als Säuren können beispielsweise Phosphorsäure, Schwefelsäure, Salzsäure, Salpetersäure oder Carbonsäuren eingesetzt werden.

Weiterhin können bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Dispersion und/oder Vordispersion kationische Polymere und/oder Aluminiumsalze zugesetzt werden. Geeignete kationische Polymere können solche mit mindestens einer quaternären Ammoniumgruppe, einer Phosphoniumgruppe, einem Säureaddukt einer primären, sekundären oder tertiären Amingruppe, Polyethylenimine, Polydiallylamine oder Polyallylamine, Polyvinylamine, Dicyandiamidkondensate, Dicyandiamid-Polyamin-Cokondensate oder Polyamid-Formaldehyd-Kondensate sein. Geeignete Aluminiumsalze können Aluminiumchlorid, Aluminiumhydroxychloride der allgemeinen Formel Al(OH)_xCl mit x = 2–8, Aluminiumchlorat, Aluminiumsulfat, Aluminiumnitrat, Aluminiumhydroxynitrate der allgemeinen Formel Al(OH)_xNO₃ mit x = 2–8, Aluminiumacetat, Alaune wie Aluminiumkaliumsulfat oder Aluminiumammoniumsulfat, Aluminiumformiate, Aluminiumlactat, Aluminiumoxid, Aluminiumhydroxidacetat, Aluminiumisopropylat, Aluminiumhydroxid, Aluminiumsilikate und Gemische der vorgenannten Verbindungen sein. Die Verwendung dieser Aluminiumverbindungen bei der Herstellung von Siliciumdioxid-Dispersionen ist bereits in der deutschen Patentanmeldung mit Anmelde-Nummer DE 10238463.0 beschrieben.

Weiterhin kann es vorteilhaft sein, der Dispersion und/oder Vordispersion einen oberflächenaktiven Stoffe zusetzen, der nichtionischer, kationischer, anionischer oder amphoterer Art ist.

Schließlich kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auch ein oder mehrere Konservierungsmittel zugesetzt werden. Dies können beispielsweise Verbindungen sein, die unter den Markennamen Preventol^®, Fa. Bayer, oder Acticide^®, Fa. Thor sein.

Analytische Bestimmungen
Bestimmung der Viskosität der Dispersionen: Die Viskosität der erzeugten Dispersionen wurde mit einem Rotations-Rheometer der Firma Physica Model 300 und dem Meßbecher CC 27 bei 25°C ermittelt. Der Viskositätswert wurde bei einer Schergeschwindigkeit von 10 s^–1 und 100 s^–1 ermittelt.
Bestimmung der in der Dispersion vorliegenden Partikelgröße: Die in der Dispersion vorliegende Partikelgröße wird mittels dynamischer Lichtstreuung bestimmt. Verwendet wird das Gerät Zetasizer 3000 HSa (Malvern Instruments, UK). Angegeben wird der Median-Wert der Volumenverteilung d_50(V).
Bestimmung der Scherrate: Die Scherrate gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird als Umfangsgeschwindigkeit geteilt durch den Abstand der Flächen ausgedrückt.
Die Umfangsgeschwindigkeiten können aus der Drehzahl des Rotors und dem Rotordurchmesser errechnet werden. Der Abstand zwischen Rotor und Stator beträgt bei den eingesetzten Dispergiervorrichtungen ca. 1 mm
Verwendete Dispergiervorrichtungen: Zur Dispergierung werden die Rotor-/Stator-Maschinen Conti-TDS 3 und Conti-TDS 4 der Fa. Ystral eingesetzt.
Verwendete Siliciumdioxidpulver: Es werden AEROSIL^® 90 (ca. 90 m²/g), AEROSIL^® 130 (ca. 130 m²/g) AEROSIL^® 200 (ca. 200 m²/g) und AEROSIL^® 300 (ca. 300 m²/g), alle DEGUSSA AG, eingesetzt.
Beispiele: Der pH-Wert der Vordispersion kann bedingt durch den sauren Charakter des pyrogen hergestellten Siliciumdioxides und je nach Rohstoffqualität zwischen 2 und 4,5 liegen. Falls erwünscht, kann durch Zugabe von Säure, beispielsweise wässerige Salzsäure, oder auch Base, beispielsweise wässerige Ammoniaklösung, ein über die unterschiedlichen Siliciumdioxid-Chargen konstanter pH-Wert eingestellt werden, um eine konstante Vermahlungsleistung zu erreichen.
Bei der Vermahlung ist ein pH-Wert der Vordispersion in der Nähe des isoelektrischen Punktes ist vorteilhaft, da sich die zu vermahlenden Teilchen hierbei ohne gegenseitige elektrostatische Abstoßungskräfte überwinden zu müssen, besser vermahlen lassen. Bei der Einstellung alkalischer pH-Werte. Kann es sinnvoll sein den Bereich um pH 7 durch zügige Zugabe der alkalischen Komponente zu durchlaufen.
In allen Beispielen wird einer Aufwärmung der Dispersion durch den hohen Energieeintrag wird durch einen Wärmetauscher begegnet, der den Temperaturanstieg auf max. 40°C beschränkt.
Beispiel 1–3: Herstellung von saueren AEROSIL^® 200-Dispersionen bei einer Scherrate von ca. 20000 s^–1
In einem 60 l Edelstahl-Ansatzbehälter werden 32,5 kg VE-Wasser vorgelegt. Anschließend werden mit Hilfe des Saugrüssels der Ystral Conti-TDS 3 (Statorschlitze: 4 mm Kranz und 1 mm Kranz, Rotor/Stator-Abstand ca. 1 mm) unter Scherbedingungen die nötige Menge AEROSIL^® 200 für eine Vordispersion von 13,0 Gew.-% (Beispiel 1, Vergleichsbeispiel), 24,0 Gew.-% (Beispiel 2) und 28,5 Gew.-% (Beispiel 3), entsprechend der Tab. 1, zugegeben.
Nach Beendigung des Einziehens wird der Einsaugstutzen geschlossen und noch bei 3000 U/min 10 min lang nachgeschert. Nach erfolgter Vermahlung wird mit VE-Wasser auf eine Konzentration, die etwas über der gewünschten Endkonzentration liegt, verdünnt, um die noch hinzukommenden Additivmengen berücksichtigen zu können.
Mit Ammoniak-Lösung wird ein pH-Wert von 5,3 eingestellt. Nach dem Erreichen des gewünschten pH-Wertes wird das restliche benötigte Wasser zudosiert, um die exakte Siliciumdioxid-Endkonzentration der Dispersion von 12 Gew.-% zu erreichen. Mit Hilfe der Conti TDS 3 wird noch einige Minuten homogenisiert.
Beispiel 4: Herstellung einer saueren AEROSIL^® 200-Dispersion bei einer Scherrate von ca. 25000 s^–1
In einem 1600 l Edelstahl-Ansatzbehälter werden 475 kg VE-Wasser vorgelegt. Anschließend werden mit Hilfe des Saugrüssels der Ystral Conti-TDS 4 (Statorschlitze: 6 mm Kranz und 1 mm Kranz, Rotor/Stator-Abstand ca. 1 mm) unter Scherbedingungen 190 kg AEROSIL^® 200 eingezogen. Nach Beendigung des Einziehens wird der Einsaugstutzen geschlossen und die 28,5 gewichtsprozentige Vordispersion noch bei 3000 U/min 10 min lang nachgeschert. Der pH-Wert der Vordispersion liegt bei ca. pH 3,7. Nach erfolgter Vermahlung wird mit VE-Wasser auf eine Konzentration die etwas über der gewünschte Endkonzentration der Dispersion von 12 Gew.-% liegt verdünnt, um die noch hinzukommenden Additivmengen berücksichtigen zu können.
Mit Ammoniak-Lösung wird der pH-Wert 5,0 eingestellt. Mit weiterem VE-Wasser wird eine Konzentration der Dispersion von 12% Gew.-% Siliciumdioxid eingestellt und mit der Conti TDS 4 noch einige Minuten homogenisiert. Die Durchmischung/Homogenisierung wird zusätzlich durch einen im Ansatzbehälter installiertem Leitstrahlmischer der Firma Ystral unterstützt.
Beispiel 5: Herstellung einer alkalischen AEROSIL^® 300-Dispersion bei einer Scherrate von ca. 25000 s^–1
In einem 1600 l Edelstahl-Ansatzbehälter werden 475 kg VE-Wasser vorgelegt. Anschließend werden mit Hilfe des Saugrüssels der Ystral Conti-TDS 4 (Statorschlitze: 6 mm Kranz und 1 mm Kranz, Rotor/Stator-Abstand ca. 1 mm) unter Scherbedingungen 190 kg (oder eine geringere Menge entsprechend der Tabelle) AEROSIL^® 300 eingezogen. Nach Beendigung des Einziehens wird der Einsaugstutzen geschlossen und die 28,5 gewichtsprozentige Vordispersion noch bei 3000 U/min 10 min lang nachgeschert. Der pH-Wert der Dispersion liegt bei ca. 3,6. Nach erfolgter Vermahlung wird mit VE-Wasser auf eine Konzentration, die etwas über der gewünschten Endkonzentration von 15% liegt verdünnt, um die noch hinzukommenden Additivmengen berücksichtigen zu können.
Durch zügige Zugabe von Ammoniak-Lösung wird ein pH-Wert von 9,5 eingestellt. Die Durchmischung/Homogenisierung wird zusätzlich durch einen im Ansatzbehälter installiertem Leitstrahlmischer der Firma Ystral unterstützt. Nach dem Erreichen des gewünschten pH-Wertes von 9,5 wird mit weiterem VE-Wasser eine Konzentration der Dispersion von 15 Gew.-% Siliciumdioxid eingestellt und mit der Conti TDS 4 noch einige Minuten homogenisiert.
Beispiel 6–15: Herstellung von AEROSIL^®-Dispersionen ausgehend von einer Vordispersion von 35 Gew.-% und einer Scherrate von ca. 20000 s^–1.
In einem 60 l Edelstahl-Ansatzbehälter werden 32,5 kg VE-Wasser vorgelegt. Anschließend werden mit Hilfe des Saugrüssels der Ystral Conti-TDS 3 (Statorschlitze: 4 mm Kranz und 1 mm Kranz, Rotor/Stator-Abstand ca. 1 mm) unter Scherbedingungen 17,5 kg pyrogen hergestelltes Siliciumdioxides entsprechend der Tab. 1 eingezogen.
Nach Beendigung des Einziehens wird der Einsaugstutzen geschlossen und die 35 gewichtsprozentige Vordispersion noch bei 3000 U/min 10 min (Beispiel 14: 30 min) lang nachgeschert. Nach erfolgter Vermahlung wird mit VE-Wasser auf eine Konzentration, die etwas über der gewünschten Endkonzentration liegt, verdünnt, um die noch hinzukommenden Additivmengen berücksichtigen zu können.
Mit Natronlauge oder Ammoniak-Lösung wird der gewünschte pH-Wert eingestellt. Nach dem Erreichen des gewünschten pH-Wertes wird das restliche benötigte Wasser zudosiert, um die exakte Siliciumdioxid-Endkonzentration zu erreichen.
Beispiel 16: Herstellung einer saueren AEROSIL^® 200-Dispersion ausgehend von einer Vordispersion mit 21 Gew.-% in Gegenwart eines Aluminiumsalzes
In einem 60 l Edelstahl-Ansatzbehälter werden 43,5 kg VE-Wasser vorgelegt. Anschließend werden mit Hilfe des Saugrüssels der Ystral Conti-TDS 3 (Statorschlitze: 4 mm Kranz und 1 mm Kranz) unter Scherbedingungen 11,6 kg AEROSIL^® 200 eingesaugt. Nach Beendigung des Einziehens wird der Einsaugstutzen geschlossen und die 21 gewichtsprozentige Vordispersion noch bei 3000 U/min 10 min lang nachgeschert.
Nach der Vermahlung erfolgt die Zugabe einer wässerigen Aluminiumchloridlösung (10 gewichtsprozentig bezogen auf Al₂O₃), so daß, bezogen auf die eingesetzte AEROSIL^® 200-Menge, eine Konzentration von 0,01 mg Al₂O₃ pro m² Siliciumdioxid-Oberfläche erhalten wird. Dabei wird der pH-Wert der Dispersion durch gleichzeitige Zugabe von 25 gewichtsprozentiger Natronlauge auf einem pH zwischen 3,8–4,5 gehalten. Nach Zugabe der benötigten Aluminiumchloridlösung wird der pH-Wert mit der Natronlauge auf 5,0 eingestellt, das restliche benötigte VE-Wasser zugegeben um eine Konzentration der Dispersion von 20 Gew.-% einzustellen und noch weitere 5 Minuten dispergiert.
Beispiel 17: Herstellung einer saueren AEROSIL^® 200-Dispersion ausgehend von einer Vordispersion mit 35 Gew.-% in Gegenwart eines Aluminiumsalzes
In einem 60 l Edelstahl-Ansatzbehälter werden 35,75 kg VE-Wasser vorgelegt. Anschließend werden mit Hilfe des Saugrüssels der Ystral Conti-TDS 3 (Statorschlitze: 4 mm Kranz und 1 mm Kranz) unter Scherbedingungen 19,25 kg AEROSIL^® 200 eingesaugt. Nach Beendigung des Einziehens wird der Einsaugstutzen geschlossen und die 35 gewichtsprozentige Vordispersion noch bei 3000 U/min 10 min lang nachgeschert.
Nach der Vermahlung erfolgt die Zugabe einer wässerigen Aluminiumchloridlösung (10 gewichtsprozentig bezogen auf Al₂O₃), so daß, bezogen auf die eingesetzte AEROSIL^® 200-Menge, eine Konzentration von 0,01 mg Al₂O₃ pro m² Siliciumdioxid-Oberfläche erhalten wird. Dabei wird der pH-Wert der Dispersion durch gleichzeitige Zugabe von 25%iger Natronlauge auf einen pH zwischen 3,8–4,5 gehalten. Nach Zugabe der benötigten Aluminiumchloridlösung wird der pH-Wert mit der Natronlauge auf 5,0 eingestellt, das restliche benötigte VE-Wasser zugegeben um eine Konzentration von 20 Gew.-% einzustellen und noch weitere 5 Minuten dispergiert.
Die Beispiele 1,2,3 und 6 zeigen die Bedeutung eines hohen Füllgrades beim Vermahlen. Ein hoher Füllgrad führt bei der Vermahlung mit einem Rotor/Stator Aggregat zu einer Reduktion der Viskosität der Dispersion.
Die Beispiele 3, 4 und 6 zeigen die Bedeutung der Scherrate für den Vermahlungserfolg. Bei höherer Scherrate kann auch bei niedriger Konzentration der Vordispersion ein gleichwertiges, oder sogar ein Produkt mit etwas niedriger Viskosität, erreicht werden.
Die Beispiele 10, 11 und 12 zeigen, dass bei höherer Konzentration des Siliciumdioxides eine größere Viskosität erhalten wird.
Die Beispiele 13, 14 und 15 zeigen, dass neben der Scherrate und dem Füllgrad beim Vermahlen auch die Mahldauer und der pH-Wert der Vordispersion einen Einfluss hat. Eine längere Mahldauer bewirkt eine niedrigere Viskosität der Dispersion. Eine Absenkung von pH 4,4 auf 3,5 bewirkt eine starke Absenkung der Viskosität bei gleicher Mahldauer.
Die Beispiele 16 und 17 zeigen, dass die Zugabe von Aluminiumsalzen die Viskosität von Siliciumdioxid enthaltenden Dispersionen deutlich reduziert. Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit hohen Scherraten kann die Viskosität der Dispersion überraschend stark abgesenkt werden. Dies ist besonders deutlich Beispiel 17 zu entnehmen.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer wässerigen Dispersion von pyrogen hergestellten Metalloxid- und Metalloidoxidpulvern mit einer BET-Oberfläche zwischen 5 und 600 m²/g, mit einem Gehalt an Metalloxid oder Metalloidoxid in der Dispersion zwischen 5 und 25 Gew.-%, umfassend die Schritte: – Wasser, welches ggf. durch Zugabe von Säuren auf pH-Werte zwischen 2 und 4 eingestellt ist wird aus einer Vorlage über eine Rotor-/Statormaschine im Kreis geführt, und – über eine Einfüllvorrichtung wird kontinuierlich oder diskontinuierlich und bei laufender Rotor-/Statormaschine eine solche Menge an Metalloxid oder Metalloidoxidpulver in die Scherzone zwischen den Schlitzen der Rotorzähne und der Statorschlitze eingebracht, dass eine Vordispersion mit einem Feststoffgehalt zwischen 20 und 40 Gew.-% resultiert, und nachdem alles Metalloxidpulver bzw. Metalloidoxidpulver zugegeben ist, – die Einfüllvorrichtung schließt und so weiterschert, dass die Scherrate im Bereich zwischen 10000 bis 40000 s^–1 liegt, und – anschließend durch Verdünnen die Vordispersion unter Beibehalten der Dispergierbedingungen auf den gewünschten Feststoffgehalt der Dispersion einstellt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metalloxid- oder Metalloidoxidpulver ein Siliciumdioxidpulver, ein Aluminiumoxidpulver, ein mit Aluminiumoxid dotiertes Siliciumdioxidpulver oder ein Silicium-Aluminium-Mischoxidpulver ist.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Dispersion und/oder Vordispersion Basen oder Säuren zugesetzt werden.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Dispersion und/oder Vordispersion kationische Polymere und/oder Aluminiumsalze zugesetzt werden.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Dispersion und/oder Vordispersion ein oberflächenaktiver Stoff zugesetzt wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Dispersion und/oder Vordispersion ein Konservierungsmittel zugesetzt wird.