[发明专利]制造烟化二氧化硅的方法

说明书

本发明与同时申请的共同未决的申请RD-22640相关。

本发明涉及制备烟化二氧化硅的方法，以及由该方法得到的产物。更具体地说，本发明涉及在燃烧室中燃烧燃料混合物，以制得平均外凸周长在大约0.12μm至0.60μm的聚集体，所述燃料例如为氢气、硅化合物(例如硅烷或有机硅烷)、氧气或含氧气体。

在本发明之前的先有技术中已使用多种工艺，通过燃烧有机卤代硅烷、氢气和含氧混合物的混合物制备细分散的二氧化硅。这些方法中有一些可参见Lange等人，美国专利3954945,Lee，美国专利4048290及Kratel等人，美国专利4108964。

现有的制备诸如亲水二氧化硅之类的细分散的金属氧化物的方法通常是建立在以下工艺基础之上的，该工艺包括向燃烧室的燃烧器中送入金属或非金属卤化物、氢气和诸如空气等含氧气体的可燃混合物，从而制得诸如颗粒二氧化硅之类的初级金属氧化物颗粒。所述初级金属氧化物颗粒形成的聚集体，其平均外凸周长(Convexperime fer)约0.5μm至1.5μm，这常常超出了具体应用中理想的最佳平均聚集体粒径。术语“外凸周长”这里定义为由TEM显微照片测得的高点之间围绕聚集体的平均周缘距离。

Kratel等人在美国专利3953487中指出了一种减小聚集体粒径的方法。Kratel等人的方法包括通过对由初级SiO颗粒的交织链组成的憎水二氧化硅聚集体进行机械冲击处理来减小聚集体粒径。尺寸减小与水结合并进一步与有机硅化合物结合使用，有机硅化合物例如为六甲基二硅氮烷。已发现减小的憎水二氧化硅聚集体平均外凸周长变小。人们希望能够提供其它的方法，以直接制备煅制二氧化硅聚集体，而不经附加的研磨步骤。

已发现可直接制备表面积为75-500m²/g且平均外凸周长在0.12μm至0.60μm的范围内的烟化二氧化硅聚集体，而不需要在烟化二氧化硅生产过程中进行机械研磨，本发明正是以此发现为基础的。

已发现在以下情况下可制得具有可接受的平均外凸周长的聚集体粒径的烟化二氧化硅，即基于硅化合物和元素组分(例如氢和氧)的总摩尔数计算，所使用的硅化合物，例如有机硅烷的可燃混合物具有特定的硅化合物摩尔百分数。将硅化合物混合物以一定气压通过一个喷口进入燃烧室中，所述气压应至少能足以维持温度为1400℃至2000℃的火焰。

本发明提供表面积在75-500m²/g范围内、平均外凸周长在约0.12μm至0.60μm范围内的烟化二氧化硅聚集体的制备方法，该方法包括将气态可燃混合物送入燃烧室中，以产生具有1400℃至2000℃预定绝热火焰温度的火焰，所述气态可燃混合物包括选自硅烷、有机硅烷的硅化合物或其混合物以及充分的氧，其中基于硅化合物与以下列方式之一混合的元素的可燃混合物的总摩尔数计算，所述气态可燃混合物包括约0.05至2.5mol％硅化合物，所述元素混合物选自

(a)氧气和氢气的混合物，

(b)氧气、氢气和氮气的混合物。

在本发明中可以用作制备小聚集体烟化二氧化硅的硅化合物的硅烷和有机硅烷举例如下：

SiH₄、SiCl₄、CH₃SiCl₃、CH₃SiHCl₂、HSiCl₃、(CH₃)₂SiCl₂、(CH₃)₃SiCl₂、(CH₃)₂SiH₂、(CH₃)₃SiH和(C₂H₅)₂SiH₂。

本文示出了在燃烧室中形成烟化二氧化硅聚集体的剖面图，所述烟化二氧化硅是由燃烧具有一种或多种硅化合物(例如可燃有机硅烷混合物)的含氧混合物制得的。

更具体地说，图中10是燃烧器，10有一个导管11用于引入硅化合物、燃料(例如氢气、甲烷或天然气)和空气的混合物，12是燃料管道，13是淬火空气导管。14是热电偶，15为火焰。烟化二氧化硅以16表示，通过真空体系抽出二氧化硅并用未示出的过滤器收集。