[發(fā)明專利]一種用于生產(chǎn)含硅酸鹽的玻璃和玻璃陶瓷的連續(xù)溶膠-凝膠方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201780044007.5
• 申請日: 2017-08-11
• 公開（公告）號: CN109562973B
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 耶奧格·切爾馬克;馬西亞斯·甘德;克里斯蒂納·施特賴特爾;克里斯蒂安·加夫爾;克里斯蒂安·利普;路·萊恩·豪厄爾;尼娜·斯泰帕尼克
• 申請（專利權(quán)）人: D.施華洛世奇兩合公司
• 主分類號: C03B19/12
• 分類號: C03B19/12;C03C1/00;C03B8/02;C03B20/00
• 代理公司: 上海弼興律師事務(wù)所 31283
• 代理人: 薛琦

本發(fā)明公開了一種用于生產(chǎn)含硅酸鹽的玻璃和玻璃陶瓷的連續(xù)溶膠?凝膠方法，其包括以下步驟：(a)將四烷氧基硅、具有至少一個非醇官能團的硅醇鹽和醇連續(xù)加入第一反應(yīng)器(R1)中，并通過加入無機酸至少部分水解得到第一產(chǎn)品流(A)；(b)通過加入金屬醇鹽成分或連續(xù)混合醇和金屬醇鹽成分，在第二反應(yīng)器(R2)中連續(xù)提供第二產(chǎn)品流(B)；(c)在第三反應(yīng)器(R3)中連續(xù)混合產(chǎn)品流(A)和(B)生產(chǎn)預(yù)溶膠以獲得第三產(chǎn)品流(C)；(d)向產(chǎn)品流(C)中連續(xù)加入水或稀酸，得到溶膠(凝膠化)；(e)將得到的溶膠連續(xù)填充到模具中以獲得水凝膠；(f)干燥水凝膠以獲得干凝膠；(g)燒結(jié)干凝膠以得到含硅酸鹽的玻璃和玻璃陶瓷。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無機化學(xué)領(lǐng)域，并涉及一種生產(chǎn)含硅酸鹽玻璃或玻璃陶瓷的連續(xù)過程。

背景技術(shù)

三維石英玻璃體可通過所謂的溶膠-凝膠法制備。該方法的原理基于酸催化或堿催化水解，然后由于縮合反應(yīng)而凝膠化。最初的液體溶膠經(jīng)過氧化物顆粒的穩(wěn)定液體分散體轉(zhuǎn)變成凝膠狀和最終固態(tài)。隨后將上述獲得的水凝膠干燥成干凝膠，并燒結(jié)成石英玻璃。最終產(chǎn)品是玻璃狀的。產(chǎn)品的孔率和形態(tài)可以通過添加不同的添加劑或通過干燥時間表來調(diào)節(jié)。與通過在非常高的溫度下熔化原料制備石英玻璃的常規(guī)方法相比，在溶膠-凝膠過程中在室溫下進行成形。使用此項技術(shù)制備玻璃體無需重復(fù)加工，既節(jié)省時間有更加便宜。

溶膠-凝膠合成的原料是低分子量金屬醇鹽化合物。該合成的第一步是在酸或堿性條件下水解醇鹽。該過程形成了不穩(wěn)定的羥基化合物(a)，上述化合物有時可能容易低聚。形成的溶液是一種溶膠。在縮合反應(yīng)中，各化合物通過形成硅氧烷橋(Si-O-Si)(b)一起結(jié)合生長。該過程持續(xù)到所有單體被消耗為止。連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)尚未形成。在合適的反應(yīng)條件下，所有產(chǎn)生的顆粒的尺寸以幾納米均勻分布。水解和縮合的反應(yīng)速率受通過介質(zhì)，pH和濃度和同時反應(yīng)的影響(c)。Nogami等人在Journal of Non-crystalline Solids，37，pp.191-201(1980)中詳細描述了該過程。

在合適的環(huán)境中，溶膠可保持穩(wěn)定數(shù)周，部分甚至數(shù)月。凝膠化通過縮合形成硅氧烷鍵。現(xiàn)在，達到了合成的同步步驟，溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變。從溶膠的松散顆粒中，形成了由溶劑浸泡的三維網(wǎng)絡(luò)。溶膠已成為凝膠。

膠化完成后，水凝膠被干燥成干凝膠。溶劑的完全蒸發(fā)使整個網(wǎng)絡(luò)的更

(a)M(OR)₄+nH₂O→M(OR)_4-n(OH)_n+nROH

強交聯(lián)。該步驟形成了一種緊湊、高度交聯(lián)和彈性的材料：

M＝金屬或非金屬，R＝殘基，

n＝1-4

a＝0-3

b＝0-3

c＝0-3

在最后一步中，干凝膠被燒結(jié)成石英玻璃。

從現(xiàn)有技術(shù)中，已知大量處理石英玻璃生產(chǎn)的方法，更優(yōu)選溶膠-凝膠方法。

從歐洲專利EP 0 131 057 B1(Seiko)，公開了一種間歇生產(chǎn)石英玻璃的方法，其中首先生成化學(xué)式為M(OR)_x的金屬醇鹽的水解溶液，溶膠(膠體溶液)隨后在其中形成。凝膠化后，溶膠被干燥成干凝膠。隨后，將干凝膠燒結(jié)成石英玻璃。

歐洲專利EP 0 807 610 B1(Lucent)，公開了一種制備二氧化硅溶膠的方法，該二氧化硅溶膠基本上由非團聚二氧化硅組成，其中首先制備二氧化硅顆粒在水中的起始混合物，二氧化硅溶膠通過剪切混合從混合物形成。向溶膠中加入不含金屬陽離子的堿性物質(zhì)，將pH調(diào)節(jié)至6-9。