[发明专利]用于石英玻璃应用的高纯度二氧化硅颗粒及制备所述颗粒的方法

说明书

已经发现，传统的廉价的水玻璃在强酸性介质中反应得到高纯度的二氧化硅等级，将其用碱处理而得到的产物经进一步处理可得到硅烷醇基含量低的玻璃体。

本申请是2012年2月10日提交的国际申请号为PCT/EP2012/052251，中国国家申请号为201280010035.2，发明名称为“用于石英玻璃应用的高纯度二氧化硅颗粒及制备所述颗粒的方法”的发明专利申请的分案申请。

本发明涉及高纯度二氧化硅颗粒，其制备方法及其用于石英玻璃应用的用途。

特定的玻璃应用，尤其是石英玻璃应用需要使用高纯度的二氧化硅，并且在最终玻璃产物中的气泡或OH基的含量最低。

已知许多方法用于从无定形二氧化硅制备颗粒。合适的起始材料可以是通过溶胶-凝胶法制备的二氧化硅、沉淀二氧化硅或气相法二氧化硅。制备通常包括二氧化硅的团聚。这可以通过湿法制粒实现。在湿法制粒的情况下，通过持续的混合或搅拌由胶体二氧化硅分散体制备溶胶，并通过逐渐抽取水分而由其制备碎的材料。通过湿法制粒制备不方便且昂贵，特别是当对颗粒的纯度要求高时。

另外也可以通过压实二氧化硅而得到颗粒。无粘结剂压实气相法二氧化硅是困难的，因为气相法二氧化硅非常干燥，并且没有毛细作用力使颗粒结合。气相法二氧化硅的特点在于非常微细，堆积密度低，比表面积高，纯度非常高，基本上是球形初级颗粒的形状，并且缺乏孔隙。气相法二氧化硅经常具有高的表面电荷，这使得由于静电的原因团聚更加困难。

然而，由于缺乏替代技术，压实气相法二氧化硅至今已成为制备二氧化硅颗粒(也称为石英玻璃)的优选方式。

US4042361公开了一种制备二氧化硅玻璃的方法，其中使用气相法二氧化硅。将后者加入到水中以形成可浇注的分散体，然后用热除去水，将破碎的残留物在1150℃到1500℃下煅烧，然后研磨成大小为1μm-100μm的颗粒并玻璃化。这样制备的二氧化硅玻璃的纯度对于现代应用是不够的。制备过程不方便且昂贵。

WO91/13040也公开了一种方法，其中使用气相法二氧化硅制备二氧化硅玻璃。该方法包括提供气相法二氧化硅的水分散体，其固体含量为约5重量％至约55重量％，通过在约100℃和约200℃之间的温度的烘箱中干燥所述水分散体，将其转化成多孔颗粒，并粉碎多孔残余物。然后通过在局部蒸汽压力在0.2到0.8个大气压的气氛中在低于约1200℃的温度下烧结多孔颗粒。得到高纯度二氧化硅玻璃，其粒径为约3μm至1000μm，氮气BET比表面积小于约1m²/g，杂质的总含量小于约50ppm，金属杂质含量小于15ppm。

EP-A-1717202公开了一种制备二氧化硅玻璃颗粒的方法，其中烧结气相法二氧化硅，已通过特别的方法将所述气相法二氧化硅压实至拍实密度为150和800g/l之间。在DE-A-19601415中所公开的压实是对分散在水中的二氧化硅的喷雾干燥操作，并随后在150℃至1100℃进行热处理。可以烧结由此得到的颗粒，但不能得到无气泡的二氧化硅玻璃颗粒。

还已知用于制备二氧化硅颗粒的源于溶胶-凝胶法的方法。

EP-A-1258456公开了例如制备单片玻璃体的方法，其中水解硅醇盐，然后添加气相法二氧化硅粉末以形成溶胶；形成的溶胶然后转化成凝胶，将凝胶干燥，并最后烧结。

文献EP-A-1283195中公开了同样基于溶胶-凝胶法的方法，其中使用硅醇盐和气相法二氧化硅粉末。

原则上，后者的方法都遵循相同的模式。首先，将醇盐水解，得到二氧化硅，形成溶胶，将其转化为凝胶，将该凝胶干燥，最后烧结。所述方法包括数个阶段，并且费力，对于过程的变化敏感并且容易产生杂质。另外的因素是，在通过溶胶-凝胶法得到的产物中，在最终的玻璃体中保留相对高含量的难以处理的硅烷醇基，并导致其中形成不需要的气泡。