專利名稱：壓制氣凝膠的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓制氣凝膠的方法。
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-0171722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(xiàn)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(dāng)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(shí)，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(xiàn)中公開的例如通過硅酸沉淀(例如DE3025437，DD296898)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(dāng)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(jī)和有機(jī)氣凝膠。
從1931年以來，就已經(jīng)已知無機(jī)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(jī)氣凝膠。
無機(jī)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(shí)保持其結(jié)構(gòu)的凝膠。例如EP-A-0396076、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(xiǎn)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(xiǎn)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(jī)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(jī)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(jī)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(xì)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(qiáng)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(jī)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(jī)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-4342548中詳細(xì)地描述了基于該技術(shù)的制備方法。
在德國專利申請19541715.1和19541992.8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-A19502453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-19534198中描述了在亞臨界干燥的氣凝膠制備中借助于有機(jī)官能化的甲硅烷基化劑的有機(jī)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)的氣凝膠微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?yàn)檫@些與擴(kuò)散有關(guān)，所以所需時(shí)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)盡可能小的氣凝膠微粒的局面。
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毫米的小氣凝膠顆粒可以形成較大的氣凝膠顆粒。
該問題是通過這樣一種方法解決的，在該方法中，將氣凝膠微粒送入壓塑裝置中，并在該壓塑裝置中被壓塑。以這種方式，將小氣凝膠顆粒變成大氣凝膠顆粒是非常筒單的。
為了獲得所需的氣凝膠顆粒的特定性能，可有利地在氣凝膠微粒中加入顆粒和/或纖維形式或也可以是液體或漿體形式的添加劑、填料和/或粘合劑。
根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方案，在壓塑之前使原材料脫氣。當(dāng)原材料以松散形式存在時(shí)這是特別有利的，因?yàn)樵趬核苤氨匦璩ヒ欢ū壤拇嬖谟跉饽z微粒之間的氣體。
為進(jìn)行脫氣，宜使原材料處于負(fù)壓下，在此，根據(jù)另一實(shí)施方案，也可以在壓塑期間進(jìn)行脫氣。
氣凝膠微?；蛟牧峡梢詨核転轭w粒形狀，之后宜根據(jù)它們的尺寸分離。例如通過篩分出所希望的顆粒范圍來進(jìn)行，以獲得所希望的目標(biāo)級(jí)分。在所希望顆粒范圍之下的顆粒有利地返回壓塑裝置中，而在所希望顆粒范圍之上的顆粒宜被粉碎，以使它們處于所希望的顆粒范圍中。然而，在粉碎之后，也可以將其直接返回壓塑裝置，并再次壓塑。
根據(jù)另一實(shí)施方案，在進(jìn)一步加工之前，干燥氣凝膠，以除去不希望的或?qū)M(jìn)一步加工有害的任何殘余的水分。
然而，也可以將原材料壓成一種凸塊(Schuelpe)，在這種情況下，然后同樣根據(jù)另一實(shí)施方案，在進(jìn)一步加工步驟之前將該凸塊進(jìn)行干燥。
氣凝膠微?；驓饽z微粒與可能的添加劑的壓塑可以使用常規(guī)合適的模壓設(shè)備進(jìn)行。
根據(jù)又一實(shí)施方案，在陰模中借助于陽模(Stempel)將原材料壓塑。然后，可以用刀具、刮刀或類似物切割以這種方式制備的模制品，以使它們獲得所希望的尺寸。
根據(jù)另一實(shí)施方案，在陰模和在陰模上方滑動(dòng)或滾動(dòng)的輥?zhàn)又g壓塑原材料。在這種情況下，陰?？梢允倾@孔的，其中有利地，在出口側(cè)，借助于刀具、刮刀或類似物切割制備的模制品至所希望的尺寸。
根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方案，在至少一個(gè)但優(yōu)選二個(gè)均轉(zhuǎn)動(dòng)的輥?zhàn)又g壓塑原材料。然后，有利地，用搗實(shí)螺桿(Stopfschnecke)將原材料壓入輥隙中。
根據(jù)該實(shí)施方案的又一改進(jìn)方案，至少一個(gè)輥?zhàn)訛殂@孔的空心輥?zhàn)?。有利地，在出口?cè)，借助一些適合的裝置例如刀具或刮刀切割以這種方式制備的模制品至所希望的尺寸。
另一改進(jìn)方案是，至少一個(gè)輥?zhàn)邮钱愋偷?。通過適當(dāng)選擇輪廓(Profile)，可以將原材料直接壓塑成顆粒狀或連續(xù)的帶狀產(chǎn)品，所謂的凸塊。
權(quán)利要求
1.壓制氣凝膠微粒的方法，其特征在于，在壓塑裝置中加入氣凝膠微粒并將其壓塑為顆粒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，在氣凝膠微粒中加入添加劑、填料和/或粘合劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于，這些組分是顆粒狀或纖維狀的。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于，這些組分是液體或漿體。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，在壓塑之前和/或期間使原材料脫氣。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其特征在于，使原材料處于負(fù)壓下。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其特征在于，根據(jù)顆粒的尺寸將顆粒分級(jí)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征在于，將在所希望顆粒范圍之下的顆粒返回壓塑裝置中。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征在于，在所希望顆粒范圍之上的顆粒被粉碎。
10.根據(jù)權(quán)利要求7-9之一的方法，其特征在于，在進(jìn)一步加工之前干燥該顆粒。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，陽模將原材料在陰模中壓塑。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至10之一的方法，其特征在于，將原材料在輥?zhàn)雍完幠Ｖg壓塑。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其特征在于，陰模是鉆有孔的，并且在出口側(cè)切割模制品。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至10之一的方法，其特征在于，在二個(gè)輥?zhàn)又g將原材料壓塑。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其特征在于，至少一個(gè)輥?zhàn)邮倾@有孔的空心輥?zhàn)?，并在出口?cè)切割模制品。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至10之一的方法，其特征在于，在二個(gè)輥?zhàn)又g將原材料壓塑，并且至少一個(gè)輥?zhàn)邮钱愋偷摹?br> 17.根據(jù)權(quán)利要求1-16之一的方法，其特征在于，作為原料的氣凝膠微粒小于2mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及壓制氣凝膠顆粒的方法，其中將氣凝膠加入壓塑裝置中并壓塑。
文檔編號(hào)B01J20/10GK101015781SQ20061000489
公開日2007年8月15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