POLVO DE DIÓXIDO DE SILICIO PRODUCIDO POR VÍA PIRÓGENA.

Polvo de dióxido de silicio producido por vía pirógena, en forma de conglomerados de partículas primarias con una superficie específica según BET de 300 ± 25 m 2 /g,

caracterizado porque, los conglomerados tienen - un área media de superficie de 4.800 a 6.000 nm 2 , - un diámetro medio del círculo equivalente (ECD = Equivalent Circle Diameter) de 60 a 80 nm y - un perímetro medio de 580 a 750 nm

El invento se refiere a un polvo de dióxido de silicio, a su producción y a su utilización.

La hidrólisis a la llama (ígnea) para la producción de dióxido de silicio constituye un procedimiento conocido desde hace mucho tiempo, que se lleva a cabo a gran escala técnica. En el caso de este procedimiento, un halogenuro de silicio hidrolizable, evaporado o gaseoso, se mezcla con una llama, que se ha formado por combustión de un combustible que contiene hidrógeno, que forma agua, y de un gas oxigenado. La llama de combustión pone a disposición en este caso el agua para la hidrólisis del halogenuro de silicio y una cantidad suficiente de calor para la reacción de hidrólisis. El polvo de dióxido de silicio transportado conjuntamente en los gases residuales de la reacción, es sometido a unos usuales procedimientos de refrigeración y de separación de materiales sólidos. Habitualmente, se emplea tetracloruro de silicio. Sin embargo, también es conocido emplear diclorosilano o triclorosilano. En el caso del empleo de unas sustancias de partida que contienen carbono, tales como, por ejemplo, metil-tricloro-silano, dimetil-dicloro-silano, metil-dicloro-silano, dibutil-dicloro-silano, etil-tricloro-silano y propil-triclorosilano, tiene lugar adicionalmente un proceso de oxidación para transformar el carbono en dióxido de carbono.

Como consecuencia, un polvo de dióxido de silicio, que se forma en el caso de un procedimiento en el que tienen lugar ambos tipos de reacciones, a saber la hidrólisis a la llama y la oxidación, es designado como un dióxido de silicio producido por vía pirógena.

Durante la reacción se forman en primer lugar unas partículas primarias no porosas, altamente dispersas, que en el transcurso ulterior de la reacción pueden reunirse para formar conglomerados y éstos se pueden congregar adicionalmente para formar aglomerados. La superficie específica según BET de estas partículas primarias se sitúa por lo general entre 5 y 600 m2/g. El polvo tiene sobre su superficie grupos hidroxilo libres.

El polvo de dióxido de silicio producido de esta manera se utiliza en muchos sectores de aplicación. En el caso de muchas aplicaciones, el período de tiempo que es necesario para la incorporación en medios líquidos constituye un factor esencial de los costos. Se ha puesto de manifiesto que para unos polvos de dióxido de silicio según el estado de la técnica, a pesar de que ellos se habían producido según el mismo tipo de reacción, y tienen también unos parámetros iguales o similares a los indicados usualmente para la caracterización, tales como, por ejemplo, la superficie específica según BET, son necesarios unos períodos de tiempo muy largos de incorporación en medios líquidos.

Una misión del invento consiste, por lo tanto, en poner a disposición un polvo de dióxido de silicio, que se pueda incorporar rápidamente en medios líquidos.

Además, constituye otra misión del invento poner a disposición un procedimiento para la producción de este polvo.

Es objeto del invento un polvo de dióxido de silicio producido por vía pirógena en forma de conglomerados de partículas primarias con una superficie específica según BET de 300 ± 25 m2/g, en el que los conglomerados tienen -un área de superficie media de 4.800 a 6.000 nm2, -un diámetro medio del círculo equivalente (ECD = acrónimo de Equivalent Circle Diameter) de 60 a 80 nm y -un perímetro medio de 580 a 750 nm.

En este caso la superficie específica según BET se determina de acuerdo con la norma DIN 66131.

Los tamaños de los conglomerados se determinan mediante un análisis de imágenes por medio de un aparato TEM (microscopio electrónico de transmisión) de la entidad Hitachi H 7500 y de una cámara CCD (dispositivo de carga acoplada) MegaView II, de la entidad SIS. El aumento de las imágenes para la evaluación es de 30.000:1 con una densidad de píxeles de 3,2 nm. El número de las partículas evaluadas es mayor que 1.000. La preparación se efectúa de acuerdo con la norma ASTM 3849-89. El límite del valor de umbral inferior en lo que respecta a la detección se sitúa en 50 píxeles.

La superficie específica según BET puede ser de manera preferida de 300 ± 15 m2/g y de manera especialmente preferida de 300 ± 10 m2/g.

Además, se puede preferir un polvo de dióxido de silicio producido por vía pirógena, conforme al invento, en el que los conglomerados tienen -una superficie media de 5.000 a 5.700 nm2, -un diámetro medio del círculo equivalente de 65 a 75 nm y -un perímetro medio de 600 a 720 nm.

Además, se puede preferir un polvo de dióxido de silicio producido por vía pirógena, conforme al invento, en el que el diámetro máximo de los conglomerados se sitúa entre 100 y 140 nm y el diámetro mínimo de los conglomerados se sitúa entre 60 y 90 nm.

Además, se puede preferir un polvo de dióxido de silicio producido por vía pirógena, conforme al invento, en el que el contenido de cloruro es menor que 250 ppm (partes por millón). De manera especialmente preferida, el contenido de cloruro es de menos que 150 ppm.

Además, se puede preferir un polvo de dióxido de silicio producido por vía pirógena, conforme al invento, en el contenido de carbono es menor que 500 ppm. Se prefiere especialmente un contenido de carbono de menos que 300 ppm.

Un objeto adicional del invento es un procedimiento para la producción del polvo de dióxido de silicio conforme al invento, en el que

- una mezcla de compuestos de silicio se evapora, por separado o conjuntamente, los vapores se transfieren a una cámara de mezcladura por medio de un gas portador, se mezclan con

- SiCl4, como primer componente con una proporción de 60 a 100 % en peso, referida a la mezcla, y

- un segundo componente, escogido entre el conjunto que se compone de H3SiCl, H2SiCl2, HSiCl3, CH3SiCl3, (CH3)2SiCl2, (CH3)3SiCl, (n-C3H7)SiCl3, con una proporción de 0 a 40 % en peso, de manera preferida de 5 a 30 % en peso, referida a la mezcla,

- y por separado de esto, se transfieren a la cámara de mezcladura un gas combustible y un aire primario, que puede estar enriquecido eventualmente con oxígeno y/o calentado previamente,

- la mezcla a base del vapor de los compuestos de silicio, del gas combustible y del aire primario se inflama en un quemador y la llama quema hacia dentro en una cámara de reacción,

- se introduce un aire secundario, que rodea a la llama, en la cámara de reacción, estando situada la relación de aire secundario/aire primario en un intervalo de 0,05 a 4, de manera preferida de 0,15 a 3,

- a continuación, se separa el material sólido con respecto de las sustancias gaseosas, y seguidamente se trata el material sólido con vapor de agua,

realizándose que

- la cantidad total de oxígeno es suficiente por lo menos para la combustión completa del gas combustible y de los compuestos de silicio y

- la cantidad de las sustancias de partida, que se componen de los compuestos de silicio, del gas combutible, del aire primario y del aire secundario, se escoge de tal manera que resulte una temperatura de la llama adiabática Tad de 1.390 a 1.450°C, con

Tad = temperatura de las sustancias de partida + la suma de las entalpías de reacción de las reacciones parciales / la capacidad térmica de las sustancias que abandonan la cámara de reacción, que comprenden dióxido de silicio, agua, cloruro de hidrógeno, dióxido de carbono, oxígeno, nitrógeno, y eventualmente el gas portador, cuando éste no es aire o nitrógeno, siendo puesta como base la capacidad térmica específica de estas sustancias a 1.000°C.

La reacción de los compuestos de silicio en presencia de oxígeno y de un gas combustible proporciona dióxido de silicio, agua, ácido clorhídrico y, en el caso de unos compuestos de silicio que contienen carbono, y/o de unos gases combustibles que contienen carbono, dióxido de carbono. Las entalpías de reacción de estas reacciones se pueden calcular por medio de las obras clásicas conocidas para un experto en la especialidad.

En la Tabla 1 se indican algunos valores escogidos de las entalpías de reacción de la conversión química de ciertos compuestos de silicio en presencia de hidrógeno y oxígeno.

De manera especialmente preferida, se pueden emplear metil-tricloro-silano (MTCS, CH3SiCl3), triclorosilano (TCS, SiHCl3) y/o diclorosilano... [Seguir leyendo]

1. Polvo de dióxido de silicio producido por vía pirógena, en forma de conglomerados de partículas primarias con una superficie específica según BET de 300 ± 25 m2/g, caracterizado porque, los conglomerados tienen -un área media de superficie de 4.800 a 6.000 nm2, -un diámetro medio del círculo equivalente (ECD = Equivalent Circle Diameter) de 60 a 80 nm y -un perímetro medio de 580 a 750 nm.

2. Polvo de dióxido de silicio producido por vía pirógena de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque los conglomerados tienen -una superficie media de 5.000 a 5.700 nm2, -un diámetro medio del círculo equivalente de 65 a 75 nm y -un perímetro medio de 600 a 720 nm.

3. Polvo de dióxido de silicio producido por vía pirógena de acuerdo con las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque el diámetro máximo de los conglomerados está situado entre 100 y 140 nm y el diámetro mínimo de los conglomerados está situado entre 60 y 90 nm.

4. Polvo de dióxido de silicio producido por vía pirógena de acuerdo con las reivindicaciones 1 hasta 3, caracterizado porque el contenido de cloruro es menor que 250 ppm.

5. Polvo de dióxido de silicio producido por vía pirógena de acuerdo con las reivindicaciones 1 hasta 4, caracterizado porque el contenido de carbono es menor que 500 ppm.

6. Procedimiento para la producción del polvo de dióxido de silicio de acuerdo con las reivindicaciones 1 hasta 5, caracterizado porque

- una mezcla de compuestos de silicio se evapora por separado o conjuntamente, los vapores se transfieren a una cámara de mezcladura por medio de un gas portador, se mezclan con

- SiCl4 como primer componente en una proporción de 60 a 100 % en peso, referida a la mezcla, y con

- un segundo componente escogido entre el conjunto que se compone de H3SiCl, H2SiCl2, HSiCl3, CH3SiCl3, (CH3)2SiCl2, (CH3)3SiCl, (n-C3H7)SiCl3, en una proporción de 0 a 40 % en peso,

- y por separado de esto, se transfieren un gas combustible y un aire primario, que puede estar enriquecido eventualmente con oxígeno y/o calentado previamente, a la cámara de mezcladura,

- la mezcla a base del vapor de los compuestos de silicio, del gas combustible y del aire primario se inflama en un quemador y la llama quema hacia dentro en una cámara de reacción,

- se introduce un aire secundario, que rodea a la llama, en la cámara de reacción, estando situada la relación del aire secundario al aire primario en un intervalo de 0,05 a 4,

- a continuación, se separa el material sólido con respecto de las sustancias gaseosas, y seguidamente se trata el material sólido con vapor de agua,

realizándose que

- la cantidad total del oxígeno es suficiente por lo menos para la combustión total del gas combustible y de los compuestos de silicio y

- la cantidad de las sustancias de partida que se componen de los compuestos de silicio, del gas combutible, del aire primario y del aire secundario, se escoge de tal manera que resulte una temperatura de la llama adiabática Tad de 1.390 a 1.450°C, con

Tad = temperatura de las sustancias de partida + la suma de las entalpías de reacción de las reacciones parciales / la capacidad térmica de las sustancias, que abandonan la cámara de reacción, que comprende dióxido de silicio, agua, cloruro de hidrógeno, dióxido de carbono, oxígeno, nitrógeno, y eventualmente el gas portador, cuando éste no es aire o nitrógeno,

5 siendo puesta como base la capacidad térmica específica de estas sustancias a 1.000°C.

7. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque la temperatura de las sustancias de partida es de 90°C ± 40°C.

10 8.Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 6 o 7, caracterizado porque la velocidad de salida de la mezcla de reacción desde la cámara de mezcladura en el recinto de reacción es de 10 a 80 m/s.

9. Utilización del polvo de dióxido de silicio producido por vía pirógena de acuerdo con las reivindicaciones 1 hasta 5 como un material de carga en un caucho, en un caucho de silicona y en materiales sintéticos, para el ajuste de la reología en pinturas y barnices, como un poliéster, como un soporte para catalizadores y para la producción de dispersiones.