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DE2721053A1 - Stable aq. dispersion prodn. from non-alkaline silica - using alpha-methylcellulose strengthened with synthetic resin as thickener - Google Patents

Stable aq. dispersion prodn. from non-alkaline silica - using alpha-methylcellulose strengthened with synthetic resin as thickener

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DE2721053A1
DE2721053A1 DE19772721053 DE2721053A DE2721053A1 DE 2721053 A1 DE2721053 A1 DE 2721053A1 DE 19772721053 DE19772721053 DE 19772721053 DE 2721053 A DE2721053 A DE 2721053A DE 2721053 A1 DE2721053 A1 DE 2721053A1
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dispersion
thickener
synthetic resin
methylcellulose
stable
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Karl-Gustav Dipl Ch Kannenberg
Alfons Dipl Chem Dr Kreher
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Evonik Operations GmbH
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Degussa GmbH
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Abstract

The silica, pref. in the form of a filter cake, is dispersed uniformly in water, adjusted to pH 1-6, pref. 2-4, with stirring, and stabilised by addn. of 0.001-1, pref. 0.005-0.1% thickener w.r.t. the total amt. of dispersion. The pref. thickener is alpha-methylcellulose strengthened with synthetic resin. The dispersions are useful, e.g. as antislip agent for cardboard. The process makes it possible to produce stable dispersions from isolated and opt. dried silicas, which are not alkaline.

Description

Kieselsäuredispersionen werden für viele Einsatzgebiete,Silicic acid dispersions are used for many areas of application,

z.B. für Überzüge auf Photopapieren, zum Spinnen von Wolle und für die schmutzfeste Verbindung von Textilfasern angewandt.e.g. for coatings on photo paper, for spinning wool and for the dirt-resistant connection of textile fibers is used.

Die Herstellung von stabilen Dispersionen aus dispergierten pyrogenen Kieselsäuren ist bereits seit längerem bekannt (US-PS 2 984 629, US-PS 2 951 044), diese weisen jedoch einen alkalischen pH-Wert auf.The production of stable dispersions from dispersed pyrogens Silicas have been known for a long time (US Pat. No. 2,984,629, US Pat. No. 2,951,044), however, these have an alkaline pH.

Wegen der aufwendigen Herstellung der Dispersionen - Einsatz von hochreinem pyrogen hergestelltem SiO2 - bleibt die Anwendung jedoch aufgrund des Preises auf einen kleineren Bereich beschränkt als an und für sich möglich wäre. Der an sich naheliegende wesentlich preiswertere Einsatz von gefällten Kieselsäuren für Dispersionen - sei es in Form eines Filterkuchens, sei es als aus dem Filterkuchen durch geeignete Trocknungsverfahren hergestellte pulverförmige Kieselsäure v scheiterte bisher daran, dass die bekannten Wege, um stabile Dispersionen zu erhalten, entweder, wie die für Kieselsäuresol übliche Ionenaustauschtechnik,überhaupt nicht anwendbar waren, oder aber, wie beim Arbeiten nach den für die Herstellung von Dispersionen aus pyrogenen Kieselsäuren gültigen Prinzipien - unter Stabilisierung im alkalischen Bereich - , nicht zu ausreichend stabilen Dispersionen führten.Because of the complex production of the dispersions - use of high purity Pyrogenically produced SiO2 - however, the application remains due to the price limited to a smaller area than would be possible in and of itself. The in itself Obvious, much cheaper use of precipitated silicas for dispersions - be it in the form of a filter cake, be it as from the filter cake through suitable ones Powdered silica produced by the drying process has so far failed because that the known ways to get stable dispersions, either, like the ion exchange technology customary for silica sol were not applicable at all, or else, as when working according to the for the preparation of dispersions from pyrogenic Silica valid principles - with stabilization in the alkaline range - , did not lead to sufficiently stable dispersions.

So ist aus der US-PS 3715 842 eine Dispersion von Kieselsäurn in HzO bekannt, bei welcherein wasserlösliche3 Cellulosederivat als Verdickungsmittel eingesetzt wird und welche einen p-Wert von mindestens 7 aufweist.For example, US Pat. No. 3,715,842 discloses a dispersion of silica in HzO known in which a water-soluble3 cellulose derivative is used as a thickener and which has a p-value of at least 7.

Alkalische Dispersionen weisen jedoch den Nachteil auf, dass durch den Alkaligehalt die dispergierte Kieselsäure angegriffen bzw. aufgeweicht wird.However, alkaline dispersions have the disadvantage that by the alkali content of the dispersed silica is attacked or softened.

Es wurde nun überraschenderweise gefunden, dass es möglich ist, stabile Dispersionen aus gefällten und aus der wässrigen Fällungssuspension durch Filtration isolierten - und gegebenenfalls getrockneten Kieselsäuren herzustellen, welche nicht alkalisch sind.It has now surprisingly been found that it is possible to produce stable Dispersions of precipitated and of the aqueous precipitation suspension by filtration isolated - and optionally dried silicas to produce, which are not are alkaline.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer stabilen Dispersion einer gefällten Kieselsäure in Wasser, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass man gefällte Kieselsäure in Wasser gleichmässig verteilt, in dieser Dispersion unter Rühren einen pH-Wert von 1 bis 6, vorzugsweise 2 bis 4, einstellt und die Dispersion durch Zusatz eines Verdickungsmittels in Mengen von 0,001 * bis 1 %, bevorzugt, 0,005 % bis 0,1 %, bezogen auf die Gesamtmenge der Dispersion stabilisiert. Die Kieselsäurekonzentration im Endprodukt kann 0,1 bis zu 30 Gew.-% betragen.The invention relates to a method for producing a stable Dispersion of a precipitated silica in water, which is characterized is that precipitated silica is evenly distributed in water in this dispersion while stirring a pH of 1 to 6, preferably 2 to 4, adjusts and the Dispersion by adding a thickener in amounts of 0.001 * to 1%, preferably, 0.005% to 0.1%, based on the total amount of the dispersion stabilized. The silica concentration in the end product can be 0.1 up to 30% by weight.

Während höhere Zusätze die Stabilität der Dispersion beeinträchtigen, sind niedrigere Si02-Konzentrationen ohne Einschränkungen möglich. In einer bevorzugten Ausführungsform kann die erfindungsgemäss erhaltene Kieselsäuredispersion eine Konzentration an Kieselsäure von 15 bis 25 Gew.-% aufweisen.While higher additives impair the stability of the dispersion, lower Si02 concentrations are possible without restrictions. In a preferred Embodiment, the silica dispersion obtained according to the invention can have a concentration of silica from 15 to 25% by weight.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann man die gefällte Kieselsäure in Form ihres Filterkuchens mit einem Wassergehalt von ca. 80 % einsetzen. Dies kann so geschehen, damm man den Filterkuchen unter Kneten durch Zusatz von Säure verflüssigt, auf einen pH-Wert von 1 bis 6, bevorzugt auf einen pH-Wert von 2 bis 4, einstellt und dann das Verdickungsmittel hinzufügt. Als Verdickwigsmittel kann man kunstharzverstärlete cc -'-lethylcellulose vcrwenden.In a preferred embodiment of the invention, the precipitated Use silica in the form of its filter cake with a water content of approx. 80%. This can be done by adding the filter cake while kneading Liquefied acid to a pH of 1 to 6, preferably to a pH of 2 to 4, then add the thickener. As a thickener synthetic resin-reinforced cc -lethylcellulose can be used.

Als Säuren können anorganische Säuren, wie z.B. Schwefelsäure oder Phosphorsäure; organische Säuren, Wie z.B.Inorganic acids such as sulfuric acid or Phosphoric acid; organic acids, e.g.

Ameisensäure oder Esssigsäure zugesetzt werden. Auch durch Hydrolyse sauer wirkende Salze, wie z.B. Al2(S04)3 x 18 H20 können zur Einstellung des erfindungsgemässen pH-Wertes verwendet werden.Formic acid or acetic acid can be added. Also by hydrolysis acidic salts, such as Al2 (S04) 3 x 18 H20, can be used to adjust the pH value can be used.

Die erfindungsgemäss erhaltenen Dispersionen können z.B. als Antirutschmittel für Kartonagen eingesetzt werden.The dispersions obtained according to the invention can be used, for example, as anti-slip agents can be used for cardboard boxes.

Durch den Zusatz der Verdickungsmittel in sehr niedrigen Konzentrationen von unter 1 % - bezogen auf die fertige Dispersion - bildet sich ein gelartiger Zustand aus, der ein Sedimentieren der sauren, zunächst nur durch mechanische Mittel dispergierten Kieselsäureteilchen unterbindet. Aufgrund einer ebenfalls völlig unerwarteten Thixotrophie des Gels ist die Dispersion jederzeit durch einfaches Rühren wieder in einen dünnflüssigen zur direkten Anwendung geeigneten Zustand zu überführen. Da sich der gelartige Zustand erst nach ca. 24 - 28 Stunden wieder ausbildet, verharrt die Dispersion ausreichend lange im verarbeitungsfähigen Zustand. Der sich nach 24 - 28 Stunden wieder ausbildende gelartige Zustand verhindert auf der anderen Seite wirkungsvoll jede Sedimentation.By adding the thickener in very low concentrations of less than 1% - based on the finished dispersion - a gel-like form is formed Condition from a sedimentation of the acid, initially only by mechanical means prevents dispersed silica particles. Because of a completely unexpected one The gel is thixotropic at any time by simply stirring the dispersion again to be converted into a thin liquid state suitable for direct use. Since the gel-like state only develops again after approx. 24 - 28 hours, it persists the dispersion for a sufficiently long time in the workable state. The after 24 - 28 hours prevents on the other from developing gel-like condition again Side effectively any sedimentation.

Das erfindurigsgemässe Verfahren wird anhand der folgenden Beispiele näher erläutert und beschrieben: Beispiel 1: 1,1 kg Fällungskieselsäurefilterkuchen wird mit 0,36 kg (= 0,032 %) konzentrierter Schwefelsäure verknetet bis eine rührfähige Mischung entsteht. Die rührfähige Mischung (z.B.The method according to the invention is illustrated by the following examples explained and described in more detail: Example 1: 1.1 kg of precipitated silica filter cake is kneaded with 0.36 kg (= 0.032%) concentrated sulfuric acid until it is stirrable Mixture is created. The stirrable mixture (e.g.

aus Wasser, SiO2 und H2S04 wird mit einem Hochleistungsrühr gerät (Ultraturax, Fa. Janke ur£d Kenkel) anschliessend 10 Minuten unter Kühlung homogenisiert. 2 Minuten vor Ende des Rührvorganges wird eine Menge von 0,12 g (0,011 %) einer kunstharzverstärkenden t-Methylcellulose (Handelsprodukt Glutolin 77 der Fa. Kalle, Wiesbaden) hinzugegeben und mit dem Hochleistungsrührgerät eingearbeitet.from water, SiO2 and H2S04 is made with a high-performance stirrer (Ultraturax, Janke ur £ d Kenkel) then 10 minutes under Cooling homogenized. 2 minutes before the end of the stirring process, an amount of 0.12 g (0.011%) of a synthetic resin-reinforcing t-methyl cellulose (commercial product Glutolin 77 from Kalle, Wiesbaden) was added and with a high-performance mixer incorporated.

Die erhaltene Dispersion weist einen Feststoffgehalt von 200 g/l, einen pH-Wert von 3,5 und eine Viskosität im ungelierten Zustand von 1,3 bis 1,50 E auf.The dispersion obtained has a solids content of 200 g / l, a pH of 3.5 and a viscosity in the ungelled state of 1.3 to 1.50 E on.

Noch nach einem Zeitraum von 1 Jahr hat sich kein Niederschlag gebildet.After a period of 1 year, no precipitation has formed.

Beispiel 2: 225 g einer gefällten und anschliessend auf geeignete Weise getrocknete pulverförmigen Kieselsäure VN 3 (Hersteller Degussa) wurden zunächst in 900 ml destilliertem Wasser verteilt und anschliessend mit einem Hochleistungsrührgerät (z.B. Ultraturrax, Fa. Janke und Kunkel) eine Minute homogenisiert. In die so hergestellte Rohdispersion wird zur Viskositätserniedrigung eine Menge von 0,36 g konzentrierte Schwefelsäure gegeben und anschliessend unter Kühung weitere 10 Minuten eingearbeitet. 2 Minuten vor Ende des Rührvorganges wird eine Menge von 0,12 g einer kunstharzverstärkten t -Methylcellulose hinzugegeben und mit dem Hochleistungsrührgerät eingearbeitet.Example 2: 225 g of a precipitated and then suitable Wise dried powdered silica VN 3 (manufacturer Degussa) were initially Distributed in 900 ml of distilled water and then with a high-performance mixer (e.g. Ultraturrax, Janke and Kunkel) homogenized for one minute. In the one made in this way An amount of 0.36 g is concentrated to reduce the viscosity of the crude dispersion Given sulfuric acid and then incorporated with cooling for a further 10 minutes. 2 minutes before the end of the stirring process, 0.12 g of a synthetic resin-reinforced t -Methylcellulose was added and worked in with the high-performance mixer.

Die erhaltene Dispersion hat einen Foststoffgehalt von 200 g/l und einen pH-Wert von 3,5; ihre Viskosität im ungelierten Zustand beträgt 1,3 - 1,5 E.The dispersion obtained has a solids content of 200 g / l and a pH of 3.5; its viscosity in the ungelled state is 1.3-1.5 E.

Noch nach einem Zeitrauni von 1 Jahr hat sich kein Niederschlag gebildet.After a period of 1 year, no precipitation has formed.

Claims (3)

Verfahren zur Herstellung einer stabilen Dispersion einer gefällten Kieselsäure in Wasser ß Verfahren zur Herstellung einer stabilen Dispersion einer nassgefällten Kieselsäure in Wasser, dadurch yekennzeichnet, dass man gefällte Kieselsäure in Wasser gleichmässig verteilt, in dieser Dispersion unter Rühren einen pH-Wert von 1 bis 6, vorzugsweise 2 bis 4, einstellt und die Dispersion durch Zusatz eines Verdickungsmittel in Mengen von 0.001 bis 1 %, bevorzugt 0,005 bis 0,1 %, bezogen auf die Gesamtmenge der Dispersion stabilisiert.Process for the preparation of a stable dispersion of a precipitated Silicic acid in water ß Process for the preparation of a stable dispersion of a wet-precipitated silica in water, characterized in that one is precipitated silica Evenly distributed in water, a pH value in this dispersion with stirring from 1 to 6, preferably 2 to 4, adjusts and the dispersion by adding a Thickeners in amounts of 0.001 to 1%, preferably 0.005 to 0.1%, based on stabilized on the total amount of the dispersion. 2. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeich et, dass man die gefällte Kieselsäure in Form ihres Filterkuchens einsetzt.2. The method according to claim 1, characterized in that the uses precipitated silica in the form of its filter cake. 3. Verfahren gemäss den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch =; kennzeichnet, dass man als Verdickungsmittel kunstharzverstärkte 4-Methylcellulose verwendet.3. The method according to claims 1 or 2, thereby =; indicates that synthetic resin-reinforced 4-methylcellulose is used as a thickener.
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