本发明专利技术公开了一种用于生产含硅酸盐的玻璃和玻璃陶瓷的连续溶胶‑凝胶方法，其包括以下步骤：(a)将四烷氧基硅、具有至少一个非醇官能团的硅醇盐和醇连续加入第一反应器(R1)中，并通过加入无机酸至少部分水解得到第一产品流(A)；(b)通过加入金属醇盐成分或连续混合醇和金属醇盐成分，在第二反应器(R2)中连续提供第二产品流(B)；(c)在第三反应器(R3)中连续混合产品流(A)和(B)生产预溶胶以获得第三产品流(C)；(d)向产品流(C)中连续加入水或稀酸，得到溶胶(凝胶化)；(e)将得到的溶胶连续填充到模具中以获得水凝胶；(f)干燥水凝胶以获得干凝胶；(g)烧结干凝胶以得到含硅酸盐的玻璃和玻璃陶瓷。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种用于生产含硅酸盐的玻璃和玻璃陶瓷的连续溶胶-凝胶方法
本专利技术涉及无机化学领域，并涉及一种生产含硅酸盐玻璃或玻璃陶瓷的连续过程。
技术介绍
三维石英玻璃体可通过所谓的溶胶-凝胶法制备。该方法的原理基于酸催化或碱催化水解，然后由于缩合反应而凝胶化。最初的液体溶胶经过氧化物颗粒的稳定液体分散体转变成凝胶状和最终固态。随后将上述获得的水凝胶干燥成干凝胶，并烧结成石英玻璃。最终产品是玻璃状的。产品的孔率和形态可以通过添加不同的添加剂或通过干燥时间表来调节。与通过在非常高的温度下熔化原料制备石英玻璃的常规方法相比，在溶胶-凝胶过程中在室温下进行成形。使用此项技术制备玻璃体无需重复加工，既节省时间有更加便宜。溶胶-凝胶合成的原料是低分子量金属醇盐化合物。该合成的第一步是在酸或碱性条件下水解醇盐。该过程形成了不稳定的羟基化合物(a)，上述化合物有时可能容易低聚。形成的溶液是一种溶胶。在缩合反应中，各化合物通过形成硅氧烷桥(Si-O-Si)(b)一起结合生长。该过程持续到所有单体被消耗为止。连续的网络尚未形成。在合适的反应条件下，所有产生的颗粒的尺寸以几纳米均匀分布。水解和缩合的反应速率受通过介质，pH和浓度和同时反应的影响(c)。Nogami等人在JournalofNon-crystallineSolids，37，pp.191-201(1980)中详细描述了该过程。在合适的环境中，溶胶可保持稳定数周，部分甚至数月。凝胶化通过缩合形成硅氧烷键。现在，达到了合成的同步步骤，溶胶-凝胶转变。从溶胶的松散颗粒中，形成了由溶剂浸泡的三维网络。溶胶已成为凝胶。胶化完成后，水凝胶被干燥成干凝胶。溶剂的完全蒸发使整个网络的更(a)M(OR)4+nH2O→M(OR)4-n(OH)n+nROH强交联。该步骤形成了一种紧凑、高度交联和弹性的材料：M＝金属或非金属，R＝残基，n＝1-4a＝0-3b＝0-3c＝0-3在最后一步中，干凝胶被烧结成石英玻璃。从现有技术中，已知大量处理石英玻璃生产的方法，更优选溶胶-凝胶方法。从欧洲专利EP0131057B1(Seiko)，公开了一种间歇生产石英玻璃的方法，其中首先生成化学式为M(OR)x的金属醇盐的水解溶液，溶胶(胶体溶液)随后在其中形成。凝胶化后，溶胶被干燥成干凝胶。随后，将干凝胶烧结成石英玻璃。欧洲专利EP0807610B1(Lucent)，公开了一种制备二氧化硅溶胶的方法，该二氧化硅溶胶基本上由非团聚二氧化硅组成，其中首先制备二氧化硅颗粒在水中的起始混合物，二氧化硅溶胶通过剪切混合从混合物形成。向溶胶中加入不含金属阳离子的碱性物质，将pH调节至6-9。欧洲专利EP1251106B1(Fitel)公开了一种方法，其中通过混合二氧化硅颗粒和水生成溶胶，其中所述颗粒的表面积为5-25m2/g，含有至少85％的球形颗粒，颗粒与水的重量比大于65％。随后，使用碱将pH调节至10至13，并向溶胶中加入胶凝剂。其中使用四甲基氢氧化铵和四乙基氢氧化铵作为碱。欧洲专利申请EP1258457的Al(Degussa)，公开了一种方法，其中首先硅醇盐进行水解，随后加入的Ox50，采用上述成分的原因是其特殊的性质，粒径和表面积。欧洲专利EP1320515B1(Degussa)公开了一种方法，其中首先制备两种溶液，然后混合进行反应。其中，溶液A是煅制二氧化硅(如Ox50)的酸性水分散体(pH＝1.5)，溶液B是煅制二氧化硅(如Ox200)的碱性水分散体(pH＝10.5-13)。H2O与SiO2的摩尔比，溶液A中Si化合物与溶液B中Si化合物的摩尔比，以及混合物C的所得pH(两种溶液合并后)是获得大于2厘米三维体的重要因素。欧洲专利申请EP1606222A1(Degussa)，公开了一种方法，其中溶胶或相应前体由硅醇盐制备。随后，将溶胶水解，然后加入SiO2胶体。欧洲专利申请EP1661866A1(Evonik)，公开了一种方法，其中首先制备煅制二氧化硅(二氧化硅胶体)的水分散体，将其pH调节至2-0.5，然后加入TEOS。随后将如此获得的溶胶调节至碱性并浇铸到模具中，在其中固化成凝胶。在欧洲专利申请EP1700830A1(Degussa)中，公开了一种方法，其中首先制备热解金属氧化物的含水分散体，并向其中加入预先通过加水水解的金属氧化物。随后将上述得到的溶胶浇铸到模具中，在模具中凝胶凝胶化。欧洲专利申请EP1770063A1(Dynax)，公开了制备具有确定孔径和孔径分布的二氧化硅气凝胶的方法，其中硅组分中含有可水解和疏水官能团，优选地，甲基三甲氧基硅烷在酸性表面活性剂水溶液中水解。非离子(如聚氧乙烯烷基醚，聚氧丙烯烷基醚)，阳离子(十六烷基三甲基溴化铵或氯化物)或阴离子(十二烷基硫酸钠)表面活性剂可作为溶剂。欧洲专利申请EP2064159A1(Degussa)，公开了一种方法，其中包括以下步骤：将煅制SiO2加入酸性含水介质中，然后向所得分散体中加入硅醇盐。二氧化硅与硅醇盐的摩尔比为2.5至5。上述方法是一种间歇方法，其中首先要得到煅制二氧化硅，然后加入硅醇盐。在欧洲专利申请EP2088128A1(Degussa)中，公开了一种方法，其中将气相SiO2加入调节至酸性的水中，并将四烷氧基硅加入到上述得到的分散体中。再次调节pH，将混合物加入容器中，使溶胶固化成凝胶。然后，将其干燥成干凝胶并烧结成玻璃产品。国际专利申请WO2013/061104A2(DebreceniEgyetem，公开了一种连续制备醇凝胶，气凝胶和干凝胶的方法，其中硅烷在碱性催化剂和特定的水-有机溶剂体系和胶凝缓凝剂存在下水解，并将惰性颗粒加入到溶液中。现有技术的间歇方法的缺点在于，一次只能制备固定的量，这可能导致质量差异。间歇生产会使玻璃中包含气泡，导致质量降低。另一个缺点是每次运行后反应系统都需要大量的清洁。此外，连续过程提供了更简单的扩展可能性。本专利技术的目的是克服上述缺点，此外，还要生产具有高折射率的多组分玻璃和玻璃陶瓷。一种可能让折射率的增加的方式是在连续过程中进料醇盐进行合成。由于连续反应模式，可以制备任何量的高质量含硅酸盐玻璃和玻璃陶瓷。
技术实现思路
本专利技术涉及一种用于生产含硅酸盐玻璃和玻璃陶瓷的连续溶胶-凝胶方法，包括以下步骤：(a)将四烷氧基硅和具有至少一个非醇官能团和醇的硅醇盐连续加入第一反应器(R1)中，并加入无机酸至少部分水解得到第一产品流(A)；(b)通过加入金属醇盐组分或连续混合醇和金属醇盐组分，在第二反应器(R2)中连续提供第二产物流(B)；(c)在第三反应器(R3)中连续混合产品流(A)和(B)生产预溶胶以获得第三产品流(C)；(d)向产品流(C)中连续加入水或稀酸，得到溶胶(凝胶化)；(e)将得到的溶胶连续填充到模具中以获得水凝胶；(f)干燥水凝胶以获得干凝胶；(g)烧结干凝胶以得到含硅酸盐的玻璃和玻璃陶瓷。在根据本专利技术的方法的步骤(c)中提及的术语“预溶胶”是指在水或酸之前或在二氧化硅玻璃氨的情况下加入产品流(C)的分散体/溶液。与此相反，本专利技术方法的步骤(d)中使用的术语“溶胶”是指预溶胶和水/酸/氨的混合物，其特征在于剩余醇的完全水解。在硅上形成的OH-基团脱水进一步相互反应，该过程称为凝胶化。值得本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于生产含硅酸盐的玻璃和玻璃陶瓷的连续溶胶‑凝胶方法，其包括以下步骤：(a)将四烷氧基硅、具有至少一个非醇官能团的硅醇盐和醇连续加入第一反应器(R1)中，并通过加入无机酸至少部分水解得到第一产品流(A)；(b)通过加入金属醇盐成分或连续混合醇和金属醇盐成分，在第二反应器(R2)中连续提供第二产品流(B)；(c)在第三反应器(R3)中连续混合产品流(A)和(B)生产预溶胶以获得第三产品流(C)；(d)向产品流(C)中连续加入水或稀酸，得到溶胶(凝胶化)；(e)将得到的溶胶连续填充到模具中以获得水凝胶；(f)干燥水凝胶以获得干凝胶；(g)烧结干凝胶以得到含硅酸盐的玻璃和玻璃陶瓷。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.12 EP 16184064.01.一种用于生产含硅酸盐的玻璃和玻璃陶瓷的连续溶胶-凝胶方法，其包括以下步骤：(a)将四烷氧基硅、具有至少一个非醇官能团的硅醇盐和醇连续加入第一反应器(R1)中，并通过加入无机酸至少部分水解得到第一产品流(A)；(b)通过加入金属醇盐成分或连续混合醇和金属醇盐成分，在第二反应器(R2)中连续提供第二产品流(B)；(c)在第三反应器(R3)中连续混合产品流(A)和(B)生产预溶胶以获得第三产品流(C)；(d)向产品流(C)中连续加入水或稀酸，得到溶胶(凝胶化)；(e)将得到的溶胶连续填充到模具中以获得水凝胶；(f)干燥水凝胶以获得干凝胶；(g)烧结干凝胶以得到含硅酸盐的玻璃和玻璃陶瓷。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(a)中使用符合式(I)的硅醇盐Si(OR)4(I)其中R代表具有1-6个碳原子的烷基。3.如权利要求1和/或2所述的方法，其特征在于，在所述步骤(a)中使用原硅酸四乙酯(TEOS)作为硅醇盐。4.如权利要求1-3中至少一项所述的方法，其特征在于，在所述步骤(a)中使用硝酸作为无机酸。5.如权利要求1至4中至少一项所述的方法，其特征在于，在所述步骤(a)中使用占硅醇盐重量的1至60％的无机酸。6.如权利要求1-5中至少一项所述的方法，其特征在于，所述步骤(a)中硅醇盐的水解在1-100℃的温度下进行。7.如权利要求1至6中至少一项所述的方法，其特征在于，在所述步骤(b)中使用烷基原钛酸盐作为金属醇盐组分。8.如权利要求1-7中至少一项所述的方法，其特征在于，所述步骤(b)中使用锆(IV)醇盐作为金属醇盐组分。9.如权利要求1-8中至少一项所述的方法，其特征在于，所述产品流(A)和(B)以金...
【专利技术属性】
技术研发人员：耶奥格·切尔马克，马西亚斯·甘德，克里斯蒂纳·施特赖特尔，克里斯蒂安·加夫尔，克里斯蒂安·利普，路·莱恩·豪厄尔，尼娜·斯泰帕尼克，
申请(专利权)人：D施华洛世奇两合公司，
类型：发明
国别省市：奥地利,AT
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