具有大的孔長度的二氧化硅粉末的制作方法
【專利說明】
[0001] 本申請是申請日為2012年2月21日申請號為201280018461. 0的中國專利申請 的分案申請。
技術領域
[0002] 本發明涉及二氧化硅粉末和硅烷化的二氧化硅粉末以及它們的制造方法。本發明 進一步涉及包含這些二氧化硅粉末的熱絕緣材料。
【背景技術】
[0003] 長期以來用于生產二氧化硅的火焰水解方法就是已知的，并且在大工業規模上實 踐。在這種方法中，將蒸發的或者氣態可水解的鹵化硅與通過燃燒氫和含氧氣體所形成的 火焰反應。這個火焰提供水來水解該鹵化硅和充分加熱來驅動該水解反應。由此獲得的二 氧化硅被稱作熱解二氧化硅。
[0004] 這種方法最初產生了初級粒子，其幾乎沒有內孔。這些初級粒子在加工過程中經 由所謂的"燒結頸（Sinter necks)"熔合成聚集體，其具有開放的三維結構和因此是大孔 的。
[0005] 歸因于這種結構，熱解產生的二氧化硅粉末是理想的熱絕緣材料，因為該聚集體 的結構確保了足夠的機械穩定性，經由"燒結頸"使得通過固態傳導性的傳熱最小，和產生 了足夠的高孔隙率。此外，當將包含熱解二氧化硅的熱絕緣材料壓模時，對流傳熱最小。
[0006] 本發明要解決的技術問題是提供一種二氧化硅粉末，其由于它的結構而具有改進 的熱絕緣性。本發明要解決的另一問題是提供生產這種二氧化硅粉末的方法。
[0007] 本發明提供一種初級粒子的聚集體形式的二氧化娃粉末，其比孔長度（specific pore length) L 是 2. 5 X 105-4X 105m/ μ g，和優選 2. 8-3. 5 X 105m/ μ g，其中 L 定義為根據式 L = (BETXBET) /BJH體積，由BET表面積的平方和使用BJH方法所測量的累積的2-50nm孔 體積所形成的商。
[0008] 該初級粒子是非常大的球形，它們的表面光滑，并且它們僅僅具有最小數目的微 孔。它們經由燒結頸而穩固聚集。該聚集體形成決定了微孔性的開放的三維結構。
[0009] 本發明的粉末由于起始材料或者生產方法而受到的雜質的污染的最小。SiO2含量 通常不小于99重量％和優選不小于99. 5重量％。
[0010] 對于本發明的二氧化硅粒子的BET表面積沒有限制。該BET表面積通常是 200m2/g-1000m2/g。在一種具體實施方案中的二氧化硅粉末的BET表面積是400-600m 2/g ; 450-550m2/g的BET表面積會是特別優選的。
[0011] 對于該二氧化硅粉末，使用BJH方法所測量的累積的2-50nm孔體積來說有利的值 是 0· 7-0. 9cm3/g 和更優選 0· 80-0. 85cm3/g。
[0012] 在本發明的另一實施方案中，該二氧化硅粉末的t-plot微孔體積是 0· 030-0. lcm3/g，優選 0· 035-0. 070cm3/g。
[0013] 該二氧化硅粉末的平均孔尺寸優選是6-9nm。初級粒子直徑的頻率分布的D5tl中 值優選是4-611111，和初級粒子直徑的頻率分布的90%跨度值是1.5-1511111。
[0014] 本發明進一步提供了一種生產本發明的二氧化硅粉末的方法，特征在于將包含可 氧化的和/或可水解的硅化合物、氫和含氧的氣體1 (優選空氣1)的氣體混合物在燃燒器 中點燃，并且將火焰燒進反應室，將含氧的氣體2(優選空氣2)另外引入到該反應室中，然 后將所獲得的固體材料任選地用水蒸氣處理，并且與氣態材料分離，并且限定：
[0015] a)在燃燒器中
[0016] 由供給量的氧和化學計量所需量的氧所形成的商I是2-4,和
[0017] 由供給量的氫和化學計量所需量的氫所形成的商II是0. 70-1. 30,和
[0018] 來自燃燒器的氣體混合物的出口速度V是IO-IOOms4和優選30-60ms 和
[0019] b)在反應空間中
[0020] 由總供給量的氧和化學計量所需量的氧所形成的商III是2-4,和
[0021] 商 III/商 I 之比是 I. 1-1. 5。
[0022] 為了獲得本發明的二氧化硅粉末，觀察所述商所限定的供料量和所述的供料量的 比率以及高出口速度是必需的。
[0023] 在一種具體的實施方案中，進行本發明的方法，以使得
[0024] 商 I = 2. 20-3. 00,更優選 2. 30-2. 80，
[0025] 商 II =0· 80-0. 95,更優選 0· 85-0. 90，
[0026] 商 III = 2. 50-3. 80,更優選 3. 00-3. 45,和 V = 30-60ms'
[0027] 在另一實施方案中，
[0028] 商 I = 2. 20-3. 00,更優選 2. 30-2. 80，
[0029] 商 II = I. 00-1. 30,更優選 1. 03-1. 30，
[0030] 商 III = 2. 50-3. 80,更優選 3. 00-3. 45,和 V = 30-60ms'
[0031] 化學計量所需的氧量定義為至少將硅化合物轉化成二氧化硅和反應任何仍然存 在的氫所需的氧量。
[0032] 化學計量所需的氫量定義為是至少將硅化合物中的氯轉化成氯化氫所需的氫量。
[0033] 所用的硅化合物可以優選是選自下面的至少一種：SiCl4、CH3SiCl 3、（CH3) 28iCl2、 (CH3)3SiCU HSiCl3'H2SiCl2H3SiCl (CH3)2HSiCU CH3C2H5SiCl2、（n-C3H 7)SiCl3和（H 3C)xCl3_xSiSi (CH3)yCl3_y，其中 R = CHjP x+y = 2-6。特別優選的是使用 SiCl 4或 SiCl 4和 CH3SiCl^M合物。
[0034] 在從氣態材料中分離后，該二氧化硅粉末可以用水蒸氣處理。這個處理的主要 目的是除去含氯化物的基團，其當使用含氯起始材料時，可能會粘附到粒子表面上。同 時，這種處理降低了聚集體的數目。該方法可以以連續模式、通過用水蒸氣任選地與空氣 一起以同流或逆流處理該粉末來運行。用水蒸氣處理的溫度是250-750°C，優選的值是 450-550 °C。
[0035] 本發明進一步提供了一種初級粒子的聚集體形式的硅烷化的二氧化硅粉末，其 比孔長度L是2 X 105-3. 5 X 105m/ μ g，優選2. 5-3. 2 X 105m/ μ g，其中L定義為根據式L = (BETXBET)/BJH體積，由BET表面積的平方和使用BJH方法所測量的累積的2-50nm孔體積 所形成的商，并且其中該聚集體或者其部分的表面積被化學鍵合的甲硅烷基所占據，優選 直鏈和/或支化的烷基甲硅烷基和更優選具有1-20個碳原子的直鏈和/或支化的烷基甲 娃烷基。
[0036] 該硅烷化的二氧化硅粉末的比表面積可以優選大于400m2/g至550m 2/g。該碳含 量通常是0. 1重量％ -10重量％和優選0. 5重量％ -5重量％，全部都基于硅烷化的二氧化 硅粉末。
[0037] 本發明進一步提供一種生產硅烷化的二氧化硅粉末的方法，其中將本發明的二氧 化硅粉末與一種或多種硅烷化劑一起噴涂，任選地溶解在有機溶劑中，然后將該混合物熱 處理，優選在120-400°C的溫度處理0. 5-8小時的時間，任選地在保護性氣體下進行。表面 改性劑優選選自六甲基二硅氮烷、二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、三甲基甲氧 基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、丁基三甲氧基硅烷、二甲基二氯硅烷、三甲基氯硅烷和/或硅 油。
[0038] 本發明進一步提