專利名稱：將氣凝膠?；姆椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種將氣凝膠?；姆椒?。
氣凝膠，特別是孔隙率高于60％和密度低于0.6克/立方厘米的氣凝膠，具有特別低的導(dǎo)熱能力，并因此可以作為絕熱材料使用，正如在EP-A-0 171 722中描述的一樣，還可以作為催化劑或作為催化劑載體以及作為吸附材料使用。此外，由于它們對固體物質(zhì)具有非常低的折射率，已知它們可以用于Cerenkov探測器。另外，由于它們特殊的聲阻抗，公開文獻中描述了例如在超聲領(lǐng)域中作為阻抗調(diào)節(jié)裝置。
它們也可以在藥物學(xué)和農(nóng)業(yè)中作為活性物質(zhì)的載體。
在廣義上，即“以空氣作為分散介質(zhì)的凝膠”的意義上，氣凝膠是通過干燥合適的凝膠制備的。在此意義上，術(shù)語“氣凝膠”包括狹義的氣凝膠，干凝膠和冷凝膠(Kryogel)。在此，當凝膠中的液體在超過臨界溫度的溫度下并從超過臨界壓力的壓力開始基本上被脫除時，則干燥的凝膠被稱作狹義上的氣凝膠。相反，如果凝膠的液體在亞臨界條件下，例如伴隨形成液體-蒸汽界面相而被除去，那么生成的凝膠通常被稱為干凝膠。
本發(fā)明中使用的術(shù)語氣凝膠是廣義上的氣凝膠，即“以空氣作為分散介質(zhì)的凝膠”。
該術(shù)語不包括早期文獻中公開的例如通過硅酸沉淀(例如DE3025437，DD296 898)或作為火成硅酸例如AerosilTM產(chǎn)生的干凝膠。在這些情況中，在制備期間，未形成在相當長的距離內(nèi)均勻的三維凝膠網(wǎng)狀物。
氣凝膠基本上可以劃分為無機和有機氣凝膠。
從1931年以來，就已經(jīng)已知無機氣凝膠(S.S.Kistler，自然(Nature)1931，127，741)。之后，由各種不同的原材料制備氣凝膠。在這方面，例如可以制備SiO2-、Al2O3-、TiO2-、ZrO2-、SnO2-、Li2O-、CeO2-、V2O5-氣凝膠以及它們的混合物(H.D.Gesser，P.C.Goswami，《化學(xué)評論》(Chem.Rev.)1989，89，765ff)。
幾年來，也公開了由各種各樣的原材料例如蜜胺甲醛(R.W.Pekala，《材料科學(xué)雜志》(J.Mater.Sci.)，1989，24，3221)制備的有機氣凝膠。
無機氣凝膠可以按照不同的方法制備。
一方面，SiO2氣凝膠例如可以通過原硅酸四乙基酯在乙醇中酸式水解和縮合來制備。在該方法中，獲得一種可以通過超臨界干燥來干燥同時保持其結(jié)構(gòu)的凝膠。例如EP-A-0 396 076、WO92/03378或WO95/06617中公開了基于這種干燥技術(shù)的制備方法。
然而，氣凝膠的超臨界干燥中涉及的高壓技術(shù)在工藝上是非常昂貴的，且具有高的安全危險性。此外，氣凝膠的超臨界干燥是一種成本非常高的生產(chǎn)方法。
已提供一種亞臨界干燥SiO2-凝膠的方法以代替超臨界干燥方法。
由于其工藝簡單、能耗低和安全危險性低，所以亞臨界干燥的成本顯著降低。
例如，SiO2-凝膠可以通過在合適有機溶劑中借助于水使四烷氧基硅烷酸式水解來制備。用合適的有機溶劑交換該溶劑之后，得到的凝膠在下一步驟中與甲硅烷基化劑反應(yīng)。最后在空氣中從有機溶劑中干燥出因此制得的SiO2-凝膠。由此，可以獲得密度低于0.4克/立方厘米和孔隙率高于60％的氣凝膠。WO94/25149中詳細地描述了基于該干燥技術(shù)的制備方法。
此外，如WO92/20623中公開的一樣，在干燥之前，上述凝膠可以與四烷氧基硅烷在醇的水溶液中混合并且老化，以提高凝膠網(wǎng)狀物的強度。
然而，在上述方法中作為原材料的四烷氧基硅烷同樣是十分昂貴的。
通過使用水玻璃作為原材料來制備SiO2-凝膠可以顯著降低成本。為此，例如借助于離子交換樹脂由水玻璃水溶液制備硅酸，然后通過加入堿使該硅酸縮聚為SiO2-凝膠。在用合適的有機溶劑交換含水介質(zhì)之后，獲得的凝膠在下一步驟中可以與含氯甲硅烷基化劑反應(yīng)。最后同樣在空氣中從有機溶劑中干燥出其表面用例如甲基甲硅烷基改性的SiO2-凝膠。DE-A-43 42 548中詳細地描述了基于該技術(shù)的制備方法。
在德國專利申請195 41 715.1和195 41 992.8中描述了另一基于水玻璃和隨后亞臨界干燥制備SiO2-氣凝膠的方法。
此外，在DE-A 195 02 453中描述了無氯的甲硅烷基化劑在制備亞臨界干燥的氣凝膠中的用途。
此外，在DE-A-195 34 198中描述了在亞臨界干燥的氣凝膠制備中借助于有機官能化的甲硅烷基化劑的有機官能化。
然而，由于生產(chǎn)工藝和制備成本方面的原因，工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的氣凝膠顆粒的顆粒尺寸被限為小于5毫米和優(yōu)選小于2毫米。
根據(jù)制備氣凝膠方法的種類，原則上多次洗滌和溶劑交換是需要的。因為這些與擴散有關(guān)，所以所需時間與凝膠顆粒半徑的平方成正比。結(jié)果，不考慮干燥方法，氣凝膠的制造成本也隨顆粒尺寸的增大而顯著增加。由于成本方面的原因，造成試圖生產(chǎn)盡可能小的氣凝膠顆粒的局面。
另一方面，非常小的顆粒的操作非常復(fù)雜，并且因此所需的成本不是令人滿意的，而且不是所有氣凝膠的工業(yè)應(yīng)用均與顆粒尺寸無關(guān)。
因此，從可操作性和對許多應(yīng)用來看，較大的氣凝膠顆粒是需要的或者至少是有利的。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種方法，通過該方法尺寸小于2毫米的小氣凝膠顆?？梢孕纬奢^大的氣凝膠顆粒。
該問題是通過這樣一種方法解決的，在該方法中，將氣凝膠顆粒送入混合裝置中并充分混合，并在混合裝置中加入粘合劑。
可在氣凝膠顆粒加入之前、期間和/或之后，在混合裝置中加入粘合劑，在此隨后加入是優(yōu)選的。
借助于所述的混合裝置使氣凝膠顆粒處于運動中以使它們之間相對移動，該混合裝置例如是附聚板(Agglomerierteller)、混合器或流化床單元。
有利地，粘合劑作為水溶液或非水性溶液或懸浮液或甚至作為熔體例如通過噴射加入。該粘合劑導(dǎo)致原來提供的氣凝膠顆粒相互團聚，形成較大的顆粒。
在該方法中，通過化學(xué)反應(yīng)、硬化、由于溶劑蒸發(fā)或氣化引起的結(jié)晶，該粘合劑導(dǎo)致混合物組分相互粘結(jié)。
根據(jù)另一有利的實施方案，粘合劑作為固體物質(zhì)加入。然后通過固體物質(zhì)與混合物中的一種或多種組分進行化學(xué)反應(yīng)發(fā)生粘結(jié)，或通過固體粘合劑的軟化例如通過升高溫度使其具有粘性并粘結(jié)混合物的顆粒而發(fā)生粘結(jié)。
另一有利的實施方案是除氣凝膠顆粒外，也可以在混合裝置中加入以顆粒或纖維形式的添加劑和/或填料。
根據(jù)一優(yōu)選的實施方案，根據(jù)附聚物的尺寸將它們分離。有利地，從制備的顆粒中，根據(jù)所希望的顆粒范圍篩分出目標級分。太大的顆?？梢岳缡褂们兴闄C或銑頭來粉碎并篩分，這樣使它們處于所希望的顆粒范圍中或在粉碎之后返回附聚裝置中。太小的顆粒可以返回附聚裝置中。
根據(jù)另一方案，在進一步加工之前干燥附聚物。
權(quán)利要求
1.氣凝膠顆粒結(jié)構(gòu)附聚的方法，其中在混合裝置中加入氣凝膠顆粒并充分混合，和在混合裝置中加入粘合劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，在混合裝置中先加入氣凝膠顆粒，然后加入粘合劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，粘合劑作為水溶液或非水性溶液、作為懸浮液、作為熔體或作為固體物質(zhì)加入。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求至少之一的方法，其特征在于，除氣凝膠顆粒外，在混合裝置中還加入添加劑和/或填料。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求至少之一的方法，其特征在于，根據(jù)它們的尺寸分離附聚物。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其特征在于，將在所希望顆粒范圍之下的附聚物返回混合裝置中。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其特征在于，在所希望顆粒范圍之上的附聚物被粉碎。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征在于，將粉碎和在所希望顆粒范圍之下的附聚物送入混合裝置中。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求至少之一的方法，其特征在于，在進一步加工之前干燥附聚物。
全文摘要
本發(fā)明涉及氣凝膠顆粒結(jié)構(gòu)附聚的方法,其中在混合裝置中加入氣凝膠顆粒并充分混合,和在混合裝置中加入粘合劑。
文檔編號B01J13/00GK1258230SQ98805627
公開日2000年6月28日 申請日期1998年4月29日 優(yōu)先權(quán)日1997年5月2日
發(fā)明者M·施米特 申請人:卡伯特公司