小規模製造工場で製造される発熱性ケイ酸
体積が１ｍ３〜１０ｍ３であり、高さが１ｍ〜１０ｍである反応器チャンバと、反応物質を供給するための反応器ノズルとを有することを特徴とするフレーム反応器を開示する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒュームドシリカを製造するための方法及び装置を提供する。
【背景技術】
【０００２】
発熱性金属酸化物、例えばヒュームドシリカは、例えば非特許文献１に記載されているように、水素−酸素炎中でハロケイ素化合物を高温加水分解することにより得られる。多くの用途では、固有の品質だけではなく、特にシリカの純度も非常に重要である。これは、表面コーティング産業における用途、例えば水分の影響下において室温で架橋するシリコーンシーリング材及びポリウレタンシーリング材等のシーリング材用途、並びにプロセッサ、メモリ、コントローラ、及び集積コンポーネント等の電子半導体部品の製造において消耗品として用いるためのヒュームドシリカの使用に特に当てはまる。
【０００３】
既知の問題の一例は、シリコーンシーリング材等のシリコーン材料、及びポリウレタン等のポリアルキレン酸化物含有シーリング材に対するヒュームドシリカの分散性が不十分であることである。
【０００４】
頻繁に報告されている別の問題は、半導体表面及びウェハー上の電子部品に対する化学機械的研磨及び平坦化用途でシリカを用いるときに引っ掻き傷がついた結果生じる欠陥の問題である。
【０００５】
大規模製造工場におけるシリカの製造では、所望の製品品質を得るには制約がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｕｌｌｍａｎｎ’ｓ Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ ｏｆ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ（Ｗｉｌｅｙ−ＶＣＨ Ｖｅｒｌａｇ ＧｍｂＨ＆Ｃｏ． ＫＧａＡ，２０ｏｘｙｇｅｎ）
【発明の概要】
【０００７】
本発明の目的は、先行技術の問題点を克服することであり、より具体的には、ヒュームドシリカを製造するための方法及び装置と、高品質のヒュームドシリカとを提供することである。
【０００８】
本発明は、体積１ｍ３〜１０ｍ３、高さ１ｍ〜１０ｍの反応器チャンバと、反応物質を供給するための反応器ノズルとを有することを特徴とするフレーム反応器を提供する。
【０００９】
ヒュームドシリカを製造するための本発明の装置は、反応器と、反応ガスの供給装置と、反応ガスの混合装置と、反応器ノズルと、空気を供給するための更なる供給装置とを含む。
【００１０】
ヒュームドシリカを製造するための本発明の装置は、以下のユニットを有することが好ましい：（ａ）シラン供給機、シラン蒸発機、任意でガス混合システム、任意で空気処理システム、（ｂ）反応器、（ｃ）エネルギー回収及び冷却機、（ｄ）任意で、好ましくは１つのサイクロン又は複数のサイクロンによるシリカＳｉＯ２の予備除去機、（ｅ）好ましくはフィルタ、好ましくはメッシュフィルタ、より好ましくは表層フィルタによるＳｉＯ２の除去機、（ｆ）乾燥機（好ましくは回転ドラム式乾燥機、好ましくは内部で径方向運動と垂直運動を組み合わせた運動を行う乾燥機、又は好ましくは流動床若しくは移動床）において、好ましくは温度１００℃超、より好ましくは３００℃超、最も好ましくは５００℃超、表面ガス速度０．１ｃｍ／秒〜１００ｃｍ／秒、好ましくは１ｃｍ／秒〜１０ｃｍ／秒の空気、窒素、又は不活性ガス等のガスを供給して、塩化水素ＨＣｌの最後の痕跡を除去するためのシリカの精製機、（ｇ）好ましくは、例えば、特定の既定量のシリカをサイロ内で混合及び流動化させて、例えば１トン（ｔｏ）〜２０トン（ｔｏ）、好ましくは５トン（ｔｏ）〜１５トン（ｔｏ）の均質なバッチにすることによる均質化装置、（ｈ）サイロ内における保管器、（ｉ）任意で、圧縮機、例えばロール圧縮機、スクリュー圧縮機、ピストン圧縮機、好ましくはロール圧縮機、（ｊ）コンテナ（例えば、５ｋｇ〜２０ｋｇの袋、５０ｋｇ〜５００ｋｇの大袋、又は５００ｋｇ〜５，０００ｋｇの容量のサイロトラック、サイロコンテナ等の大きなコンテナ等）への輸送機。
【００１１】
反応器チャンバ内の反応器ノズル以外の少なくとも１つの部位に燃焼ガスの供給装置を有する、ヒュームドシリカを製造するための装置が好ましい。
【００１２】
フレーム反応器の高さは、１ｍ〜１０ｍであり、３ｍ〜６ｍが好ましく、４ｍ〜５ｍがより好ましく、反応空間の長さは、０．７ｍ〜９ｍであり、２ｍ〜５ｍが好ましく、３．５ｍ〜４．５ｍがより好ましい。
【００１３】
フレーム反応器の断面積は、０．１ｍ２〜１ｍ２であり、０．２ｍ２〜０．９ｍ２がより好ましく、０．３５ｍ２〜０．７５ｍ２がより好ましい。
【００１４】
フレーム反応器の体積は、１ｍ３〜１０ｍ３であり、０．５ｍ３〜７ｍ３がより好ましく、１．５ｍ３〜４ｍ３がより好ましい。
【００１５】
フレーム反応器の高さに対する体積の比は、０．１ｍ２〜１ｍ２であり、０．２ｍ２〜０．９ｍ２がより好ましく、０．３５ｍ２〜０．７５ｍ２がより好ましい。
【００１６】
炎の方向は、水平であっても垂直であってもよく、又は垂直に対して如何なる角度も想定することができる。炎の方向は、底部から上方へであっても、上部から下方へであってもよい。上部から下方への方向が好ましい。
【００１７】
好ましい実施形態では、反応器チャンバは、開放され、且つ大気圧による交換は制限されない。これは、反応器が屋外に存在するか、又は大気に対して開放されている穴の中に存在することを意味し得る。
【００１８】
反応器チャンバの上端における直径は、好ましくは０．１ｍ〜１．０ｍ、より好ましくは０．２ｍ〜０．５ｍである。反応器ノズルは、円形断面を有することが好ましい。
【００１９】
反応器チャンバは、円形断面を有することが好ましい。
【００２０】
反応器チャンバの直径は、反応器の上端における反応器チャンバの直径よりも、好ましくは１％、より好ましくは１０％、特に好ましくは５０％大きい。
【００２１】
反応器ノズルの直径は、好ましくは０．０５ｍ〜０．２５ｍ、より好ましくは０．０５ｍ〜０．１５ｍ、最も好ましくは０．１ｍ〜０．１５ｍである。
【００２２】
反応器ノズルの出口領域の大きさは、好ましくは０．００１ｍ２〜０．１ｍ２、より好ましくは０．００２ｍ２〜０．０５ｍ２、最も好ましくは０．００７５ｍ２〜０．０１５ｍ２である。
【００２３】
本発明は、更に、反応器内の炎中でケイ素含有反応ガスを反応させることによりヒュームドシリカを製造する方法であって、前記反応ガス中の有機非ケイ素化合物含量が５モル％未満であることを特徴とする方法を提供する。
【００２４】
ヒュームドシリカを製造するための本発明の方法において、反応器内で、二酸化ケイ素に変換されるケイ素含有反応ガスの量は、好ましくは１０ｋｇ／時間〜５００ｋｇ／時間、好ましくは５０ｋｇ／時間〜３５０ｋｇ／時間、より好ましくは１００ｋｇ／時間〜３００ｋｇ／時間であり、これは１００トン／暦年〜５，０００トン／暦年、好ましくは２５０トン／暦年〜４，０００トン／暦年、より好ましくは５００トン／暦年〜３，０００トン／暦年、最も好ましくは５００トン／暦年〜１，０００トン／暦年に相当する。この目的のために、供給される反応ガスは、以下の構成を含む：ノズル出口のガス速度又は反応器ノズルで用いられるガスのガス速度が、標準体積に基づいて、１０ｍ／秒〜１００ｍ／秒、好ましくは２００ｍ／秒〜８０ｍ／秒、より好ましくは４０ｍ／秒〜７０ｍ／秒であり、且つ前記ガス速度が、ノズル断面全体に亘って放射状に、好ましくは均質に分布し、且つ反応器断面全体に亘って放射状に、好ましくは均質に分布する場合、炎中で反応する蒸気状又は気体状ケイ素化合物の量は、１，０００モル／時間〜１０，０００モル／時間、好ましくは２，０００モル／時間〜８，０００モル／時間、より好ましくは３，０００モル／時間〜６，０００モル／時間、即ち、１００ｋｇ／時間〜２，０００ｋｇ／時間、好ましくは２０ｋｇ／時間〜１，０００ｋｇ／時間、より好ましくは１００ｋｇ／時間〜５００ｋｇ／時間である。
【００２５】
本発明の方法における製造工場の製造力は、暦年に基づいて、好ましくは５，０００トン未満、より好ましくは４，０００トン未満、更により好ましくは３，０００トン未満、特に好ましくは１，０００トン未満のヒュームドシリカである。暦年とは、時間の８５％が利用可能であるとして、７，８８４時間の製造時間に基づくものとする。
３６５日×２４時間／日×０．８５＝７，８８４時間
【００２６】
好ましい実施形態では、ヒュームドシリカは、製造力５００ｋｇ／時間未満、より好ましくは４００ｋｇ／時間未満、特に好ましくは２５０ｋｇ／時間未満、最も好ましくは１００ｋｇ／時間未満で、１つの反応器内で製造される。
【００２７】
反応ガスは、好ましくは酸素、即ち、例えば新鮮空気又は乾燥空気であってもよい空気；燃焼ガス、例えば、水素や、メタン、エタン、イソプロパン、ｎ−プロパン、イソブタン、ｎ−ブタン、エテン、エチン、プロペン、イソブテン、及びｎ−ブテン等、並びに他の高級イソ−、ｎ−若しくはネオ−アルカン、−アルケン、及び−アルキン、低級アルコール（例えばメタノール、エタノール、プロパノール等）等の蒸気状炭化水素（飽和又は不飽和、即ち、二重及び／又は三重結合を含む）である。前記反応ガスは、好ましくはメタン又はその混合物であり、好ましくは９０体積％超の水素を含有する燃焼ガスであり、好ましくは１体積％超の天然ガスと、９０体積％超のメタンと、少なくとも１つの蒸気状ケイ素含有化合物、例えばＲｘＨｙＳｉａＸｚＹｂ（式中、Ｒは１個〜８個の炭素原子を有するアルキル基、好ましくはメチル基であり、Ｈは水素であり、Ｘはハロゲン又はアルコキシ基ＯＲ、好ましくはＯＣＨ３であり、Ｙは酸素であり、ａは＞０且つ整数である。ａ＝１、ｂ＝０、且つｘ＋ｙ＋ｚ＝４であるとき、好ましい例は、Ｘは塩素、且つｘ＝１又はｙ＝１及びｚ＝３であり、より好ましくはＸは塩素、且つｚ＝４である。ａ＝２、ｘ＋ｙ＋ｚ＝６、且つｂ＝０又は１であるとき、ａは好ましくは１〜５、より好ましくは１である）等を含むシランとを含有する第２の更なる燃焼ガスである。
【００２８】
更に、Ｎ２、Ａｒ、Ｈｅ、ＣＯ２等の反応を乱すことのない更なる蒸気又はガスが、好ましくは１０体積％未満存在してもよい。
【００２９】
反応ガスは、反応前に予め混合されることが好ましい。
【００３０】
この目的のために、連続ガスミキサ、例えば、好ましくは静的ミキサを用いることが好ましい。
【００３１】
反応器に供給される反応ガス中のガス状、蒸気状又は揮発性のケイ素含有化合物の比率は、好ましくは１モル％〜２０モル％、より好ましくは１モル％〜１０モル％、特に好ましくは４モル％〜６モル％である。
【００３２】
反応ガス中の有機非ケイ素化合物の含量は、好ましくは５モル％未満、より好ましくは３モル％未満、特に好ましくは２モル％未満、最も好ましくは１モル％未満である。
【００３３】
反応ガス中の無機非ケイ素化合物の含量は、好ましくは１重量％未満、より好ましくは１０ｐｐｍ未満、特に好ましくは５００ｐｐｂ未満、最も好ましくは５ｐｐｂ未満である。
【００３４】
反応ガス中のホウ素化合物の含量は、ホウ素に基づいて、好ましくは１００ｐｐｍ未満、より好ましくは５０ｐｐｍ未満、特に好ましくは１０ｐｐｍ未満である。
【００３５】
反応ガス中のゲルマニウム化合物の含量は、ゲルマニウムに基づいて、好ましくは１００ｐｐｍ未満、より好ましくは５０ｐｐｍ未満、特に好ましくは１０ｐｐｍ未満である。
【００３６】
反応ガス中のチタン化合物の含量は、チタンに基づいて、好ましくは１００ｐｐｍ未満、より好ましくは５０ｐｐｍ未満、特に好ましくは１０ｐｐｍ未満である。
【００３７】
反応ガス中の鉄化合物の含量は、鉄に基づいて、好ましくは１００ｐｐｍ未満、より好ましくは５０ｐｐｍ未満、特に好ましくは１０ｐｐｍ未満である。
【００３８】
反応ガス中のアルミニウム化合物の含量は、アルミニウムに基づいて、好ましくは１００ｐｐｍ未満、より好ましくは５０ｐｐｍ未満、特に好ましくは１０ｐｐｍ未満である。
【００３９】
反応ガス中のスズ化合物の含量は、スズに基づいて、好ましくは１００ｐｐｍ未満、より好ましくは５０ｐｐｍ未満、特に好ましくは１０ｐｐｍ未満である。
【００４０】
反応ガス中のヒ素化合物の含量は、ヒ素に基づいて、好ましくは１００ｐｐｍ未満、より好ましくは５０ｐｐｍ未満、特に好ましくは１０ｐｐｍ未満である。
【００４１】
反応ガス中の硫黄化合物の含量は、硫黄に基づいて、好ましくは１，０００ｐｐｍ未満、より好ましくは５００ｐｐｍ未満、特に好ましくは１００ｐｐｍ未満である。
【００４２】
反応ガス中のリン化合物の含量は、リンに基づいて、好ましくは１，０００ｐｐｍ未満、より好ましくは５００ｐｐｍ未満、特に好ましくは１００ｐｐｍ未満である。
【００４３】
反応に供給される反応ガス中の酸素の比率は、好ましくは１０モル％〜５０モル％、好ましくは１５モル％〜３０モル％、より好ましくは１６モル％〜２１モル％である。
【００４４】
反応に供給される反応ガス中の燃焼ガスの比率は、好ましくは１モル％〜２５モル％、より好ましくは５モル％〜１５モル％、特に好ましくは４モル％〜１３モル％、最も好ましくは５モル％〜８モル％である。
【００４５】
少なくとも１つの好ましくはガス状若しくは蒸気状のケイ素化合物、又はケイ素化合物の混合物を含む反応ガスが、反応器チャンバ又は炎中に導入される量は、好ましくは１００ｍ３（ＳＴＰ）／時間〜５，０００ｍ３（ＳＴＰ）／時間、より好ましくは５００ｍ３（ＳＴＰ）／時間〜４，０００ｍ３（ＳＴＰ）／時間、特に好ましくは１，０００ｍ３（ＳＴＰ）／時間〜３，０００ｍ３（ＳＴＰ）／時間である。
【００４６】
反応ガスは、燃焼ガスとして、好ましくは４モル％〜１５モル％、好ましくは４モル％〜１０モル％の水素を含有することが好ましい。
【００４７】
反応器チャンバにおいて、反応ガスの逆流は、ガス全体の５０体積％未満、より好ましくは１０体積％未満、更により好ましくは１体積％未満、特に好ましくは０．１体積％未満であることが好ましい。測定可能な逆流が生じないことが非常に好ましい。
【００４８】
ノズルにおけるガス流出速度は、最低限であることが好ましい。
【００４９】
反応器チャンバにおけるガス流出速度は、最低限であることが好ましい。
【００５０】
反応ガスは、蒸気の形態で、又はガスの形態で添加されることが好ましい。
【００５１】
反応ガスは、反応器に入る前に予め混合されることが好ましく、予め均質に混合されることが好ましい。反応ガスは、ノズル内の反応器に導入されるガス流において、予め混合されることが好ましく、予め激しく混合されることが特に好ましい。
【００５２】
好ましい実施形態では、熱蒸気を添加することにより、熱プロセスガスが反応器内でクエンチされる、即ち、水によって反応が穏やかになる、又は停止する。前記熱蒸気は、好ましくは僅かに過熱され、空気（好ましくは熱気）で希釈されていることが好ましい。
【００５３】
ケイ素化合物の例としては、四塩化ケイ素、三塩化シラン（ハイドロジェンシリコントリクロリド）、メチルシリコントリクロリド、及びこれらの混合物が好適に挙げられる。経済的実行可能性及び品質上の理由により、主成分として四塩化ケイ素を含む混合物が好ましい。
【００５４】
シランは、非晶質、多結晶質又は単結晶質のケイ素金属、例えば、電子産業、半導体産業又は光電池産業用のケイ素の調製に役立つプロセスから得られることが好ましい。
【００５５】
更に好ましい実施形態では、シランは、例えば、建設産業、コーティング材料産業、又は自動車産業等で、ポリジメチルシロキサン等のシリコーンオイル、架橋ポリジメチルシロキサン等のシリコーンゴム、又はシリコーン樹脂等のシリコーンを調製するための原材料として、メチルクロロシランの調製に役立つプロセスから得られることが好ましい。
【００５６】
したがって、前記調製プロセスのために、ケイ素化合物又はその混合物は、メタン、エタン、イソプロパン、ｎ−プロパン、イソブタン、ｎ−ブタン、エテン、エチン、プロペン、イソブテン、及びｎ−ブテン等のガス状、蒸気状、又は蒸発性且つ揮発性の不純物、並びに他の高級イソ−、ｎ−若しくはネオ−アルカン、−アルケン、及び−アルキン、低級アルコール（例えばメタノール、エタノール、プロパノール）、若しくはこれらの混合物等、又はアルキル置換、任意でハロアルキル置換、例えばクロロアルキル置換されたガス状、蒸気状、又は蒸発性の有機ケイ素化合物、又は水素、又は窒素、又はアルゴン、又は天然ガス、又は一酸化炭素若しくは二酸化炭素等の炭素酸化物を含んでもよい。
【００５７】
好ましい実施形態では、これは、四塩化ケイ素、ケイ素金属、及び水素を形成するための、温度５００℃超、好ましくは７００℃超、より好ましくは８５０℃超における三塩化シランの不均化及び変換から得られる四塩化ケイ素であってもよい。四塩化ケイ素は、蒸留により除去及び精製することができる。
【００５８】
技術的及び経済的理由により、又は製品の品質上の理由によって好ましい実施形態では、ケイ素含有化合物、又はこれらの混合物、又はシランの四塩化ケイ素含量は、１０体積％超、より好ましくは９０体積％超、更により好ましくは９５体積％超、最も好ましくは９９体積％超であり、この場合、混合物中の残りの比率は、三塩化シラン及びジクロロシラン（ジハイドロジェンケイ素二塩化物）であってもよい。
【００５９】
経済的理由によって好ましい、及び多量のメチルシリコントリクロリドが存在し得る別の実施形態では、メチルシリコントリクロリドが好ましく、濃度１０モル％超のメチルシリコントリクロリドが特に好ましい。
【００６０】
経済的理由によって好ましい、及び多量の三塩化シランが存在し得る別の実施形態では、三塩化シランが好ましい。
【００６１】
経済的理由によって好ましい別の実施形態では、四塩化ケイ素と三塩化シランとの混合物が好ましい。
【００６２】
経済的理由によって好ましい別の実施形態では、四塩化ケイ素とメチルシリコントリクロリドと三塩化シランとの混合物が好ましい。
【００６３】
特に好ましい実施形態では、好ましくは８０モル％以下の三塩化シラン、更により好ましくは２０モル％以下の三塩化シラン、特に好ましくは１０モル％以下の三塩化シランを含有する混合物が用いられる。
【００６４】
別の好ましい実施形態では、３０モル％の三塩化シランを含有する混合物が用いられる。
【００６５】
別の特に好ましい実施形態では、１０モル％超のメチルシリコントリクロリド、更により好ましくは２０モル％超のメチルシリコントリクロリド、特に好ましくは５０モル％超のメチルシリコントリクロリドを含有する混合物が用いられる。
【００６６】
別の好ましい実施形態では、４０モル％超のメチルシリコントリクロリド、最も好ましくは４５モル％のメチルシリコントリクロリドを含有する混合物が用いられる。次いで、これら混合物は、メチルシリコントリクロリド以外の炭素含有ケイ素化合物を好ましくは２０モル％未満、好ましくは１０モル％未満、より好ましくは５モル％未満、水素含有ケイ素化合物を２０モル％未満、好ましくは１０モル％未満、より好ましくは５モル％未満、及び任意で置換されている非ケイ素含有炭化水素を５モル％未満含有する。
【００６７】
別の好ましい実施形態では、４０モル％超の四塩化ケイ素、最も好ましくは４５モル％の四塩化ケイ素を含有する混合物が用いられる。次いで、これら混合物は、炭素含有ケイ素化合物を好ましくは２０モル％未満、好ましくは１０モル％未満、より好ましくは５モル％未満、水素含有ケイ素化合物を２０モル％未満、好ましくは１０モル％未満、より好ましくは５モル％未満、及び任意で置換されている非ケイ素含有炭化水素を５モル％未満含有する。
【００６８】
本発明の好ましい実施形態では、ガス混合物は、５００ｍ３（ＳＴＰ）／時間〜５，０００ｍ３（ＳＴＰ）／時間、好ましくは７５０ｍ３（ＳＴＰ）／時間〜３，０００ｍ３（ＳＴＰ）／時間、より好ましくは１，０００ｍ３（ＳＴＰ）／時間〜２，５００ｍ３（ＳＴＰ）／時間の投入速度のノズルから、１０ｍ／秒〜１００ｍ／秒、好ましくは３０ｍ／秒〜７０ｍ／秒のガス速度で、燃焼チャンバの上端においてノズルを介してバーナーチャンバに入り、前記ガス混合物は、好ましくは０．１モル％〜１００モル％、より好ましくは１モル％〜５０モル％、更により好ましくは１モル％〜５モル％の四塩化ケイ素、０モル％〜１００モル％、より好ましくは１モル％〜５モル％のメチルトリクロロシラン、１モル％〜２０モル％、好ましくは２．５モル％〜１５モル％の水素、０．００１モル％〜１５モル％、好ましくは１モル％〜１０モル％の二酸化炭素、１０モル％〜３０モル％、好ましくは１５モル％〜２５モル％の酸素、５０モル％〜１００モル％、好ましくは６５モル％〜７５モル％の窒素、０モル％〜５０モル％、より好ましくは０．１モル％〜１０モル％、最も好ましくは０．５モル％〜５モル％のハイドロジェンメチルジクロロシラン、０．００１モル％〜１００モル％、より好ましくは０．１モル％〜１０モル％の三塩化シラン、０モル％〜５０モル％、より好ましくは０．１モル％〜１０モル％のテトラメチルシラン、０モル％〜５０モル％、より好ましくは０．１モル％〜１０モル％のトリメチルクロロシラン、及び０モル％〜２０モル％、より好ましくは０．５モル％〜１０モル％の、アルカン、アルケン、又はハロアルキルの混合物、即ち、例えばプロパンとブタンとペンタンとの混合物、プロペンとブテンとペンテンとの混合物、及びクロロプロパンとクロロブタンとクロロペンタンとの混合物等を含み、前記燃焼チャンバの体積は、１ｍ３〜１０ｍ３、より好ましくは２．５ｍ３〜５ｍ３であり、高さに対する体積の比は０．１ｍ３〜１ｍ３、より好ましくは０．２５ｍ３〜０．７５ｍ３であり、断面積は０．１ｍ３〜１ｍ３、より好ましくは０．２５ｍ３〜０．７５ｍ３であり、前記ガス混合物は、１，０００℃〜２，０００℃の燃焼チャンバ内で反応する。
【００６９】
反応器内で用いるための酸素は、周囲雰囲気の空気から得られることが好ましい。これは、空気が反応器に供給されることが好ましいことを意味する。例えば、純酸素Ｏ２を添加することにより、又は２０体積％超の酸素Ｏ２を含有する空気を添加することにより、反応器中の空気中の酸素Ｏ２を２０体積％超に濃縮することができる。
【００７０】
空気は、そのまま用いてもよく、温度０℃未満、好ましくは−１０℃未満、より好ましくは−２０℃未満で水を凝結及び／又は吸収させることにより予め乾燥させてもよい。
【００７１】
ヒュームドシリカを製造する方法の好ましい実施形態では、反応ガスを吐出する反応器ノズルを環状に取り囲む更なる反応器ノズルを用いて、純酸素、空気若しくは空気−酸素混合物を更に供給するか、又は窒素、空気若しくは空気−窒素混合物を更に供給する。
【００７２】
ヒュームドシリカを製造する方法の好ましい実施形態では、燃焼チャンバの上端のノズルで外側の燃焼チャンバに更に空気を導入してもよい。
【００７３】
反応器チャンバは、好ましくは開放され、且つ大気圧による交換は制限されない。
【００７４】
好ましい実施形態では、反応で形成される塩化水素ＨＣｌは、吸収及び脱離により回収され、精製、乾燥、及び再利用される。
【００７５】
更なる好ましい実施形態では、上記のように得られた乾燥塩化水素ＨＣｌを用いて、ケイ素金属から、好ましくは四塩化ケイ素、三塩化シラン、ジクロロシラン、及びモノクロルシラン、特に好ましくは三塩化シラン等のクロロシランを調製する。
【００７６】
好ましい使用例は、一般的に単純化された経験式
Ｓｉ＋３ＨＣｌ→ＨＳｉＣｌ３＋Ｈ２
（四塩化ケイ素、三塩化シラン及び他のもの等の反応副生成物を形成する場合がある）によるメチルクロロシランの反応及び生成、又は一般的に単純化された経験式
ＨＣｌ＋ＣＨ３ＯＨ→ＣＨ３Ｃｌ＋Ｈ２Ｏ
によるメチルクロロシランの反応及び生成が挙げられ、塩化メチル及び水の分離後、任意で乾燥させた塩化メチルは、金属ケイ素との反応に用いられ、任意で触媒及び促進剤、例えば銅化合物又はスズ化合物を添加してもよい
Ｓｉ＋２ＣＨ３Ｃｌ→（ＣＨ３）２ＳｉＣｌ２
（メチルシリコントリクロリドＣＨ３ＳｉＣｌ３、トリメチルケイ素塩化物（ＣＨ３）３ＳｉＣｌ、及び他のもの等の反応副生成物を形成する場合がある）。
【００７７】
本発明のヒュームドシリカの本発明の製造のための本発明の化学反応の例は、反応領域の温度が１，０００℃〜２，０００℃に達する大気酸素による燃焼ガスの酸化、ａ＝１、Ｘ＝Ｃｌ、且つｚ＝４のとき、形成される水による高温加水分解、又はシランの酸化、並びにａ、ｂ、ｘ、ｙ、及びｚが他の値であるとき、形成される水によるＳｉ−Ｘ結合の高温加水分解である。
【００７８】
反応の好ましい例は、以下の通りである。
水の形成
Ｏ２＋２Ｈ２→２Ｈ２Ｏ
高温加水分解
ＳｉＣｌ４＋２Ｈ２Ｏ→４ＨＣｌ＋ＳｉＯ２（ヒュームドシリカ）
酸化及び高温加水分解
ＨＳｉＣｌ３＋Ｏ２＋Ｈ２→３ＨＣｌ＋ＳｉＯ２（ヒュームドシリカ）
酸化、二酸化炭素の形成、及び高温加水分酸
ＣＨ３ＳｉＣｌ３＋２Ｏ２→３ＨＣｌ＋ＣＯ２＋ＳｉＯ２（ヒュームドシリカ）。
【００７９】
好ましい実施形態では、反応領域の大きさは、燃焼ガスの量を変化させることにより変動し得る。
【００８０】
本発明の更なる好ましい実施形態では、反応混合物を、好ましくは燃焼チャンバの下端の領域において、燃焼チャンバの外に導き、好ましくは吸引し、次いで、前記反応混合物を、好ましくは冷却し、より好ましくはエネルギーを回収しながら冷却し、好ましくは３００℃未満、最も好ましくは２００℃未満の温度に冷却し、次いで、形成される塩化水素の大部分を含有するガスを、好ましくは形成されたヒュームドシリカから除去し、より好ましくはメッシュフィルタを用いることにより除去し、更なる並列プロセス、好ましくは乾燥塩化水素ガスの回収を、より好ましくは環境上の理由により多段階吸収及び脱離プロセスで実施し、その後、同様に環境上の理由により、形成される過剰の塩素ガスＣｌ２を還元させ、更にＣｌ２及びＨＣｌを除去するためのオフガスクリーニングを実施する。
【００８１】
本発明の更なる実施形態では、好ましくは４００℃〜８００℃、より好ましくは５００℃〜７００℃の温度で、好ましくは流動床において、ガスを吹き込むことにより、本発明に従って製造されるヒュームドシリカの精製を実施することが好ましい。
【００８２】
ＢＥＴ比表面積が１００ｍ２／ｇ〜３００ｍ２／ｇであり、１０ｋｇの紙袋に袋詰めした後のタップ密度が３０ｇ／Ｌ〜９０ｇ／Ｌであり、４重量％の水分散液のｐＨが３．６〜４．６であり、４０μｍ超のＭｏｃｋｅｒ法による篩残分が０重量％〜０．０１重量％であり、シリコーンオイル中の増粘作用η／η０が１〜１０であり、未架橋不飽和ポリエステル樹脂の増粘作用η／η０が１〜１０であり、０．３重量％、２５℃、ｐＨ約９．５〜１０．５で超音波分散させた後、１７３°の後方散乱角でＭａｌｖｅｒｎ Ｚｅｔａｓｉｚｅｒ Ｎａｎｏ ＺＳ（登録商標）を用いて測定したときの平均流体力学的球相当径が１００ｎｍ〜５００ｎｍであるヒュームドシリカが、１０ｋｇ／時間〜１，０００ｋｇ／時間の量、７，８８４時間、即ち、時間の８５％が利用可能であるとした場合の年間製造力１００トン／年〜１０，０００トン／年で、本発明に従って得られる方法が好ましい。
【００８３】
反応器チャンバ内の反応器ノズル以外の少なくとも１つの部位において炎に燃焼ガスを添加することにより、残りの酸素及び塩素ガスを更に継続して燃焼させることが好ましい。更なる燃焼ガス、例えば水素を反応器チャンバ内の異なる位置における反応領域に添加し得ることが好ましい。この追加の水素を用いて、反応器内で形成される塩素Ｃｌ２をＨＣｌに還元することが好ましい。
別の好ましい実施形態では、反応器チャンバ以外の少なくとも１つの部位において炎温度を下回る温度の燃焼ガスを添加することにより、残りの酸素及び塩素ガスを更に継続して燃焼させる。
この追加の水素を用いて、反応器内で形成される塩素Ｃｌ２をＨＣｌに還元することが好ましい。
塩素の減少が、好ましくは１０重量％未満、より好ましくは５重量％未満、更により好ましくは１重量％未満であるシリカの製造プロセスが好ましい。
【００８４】
この追加的に添加される水素は、窒素を含有し得ることが好ましく、該窒素は、０．００１体積％〜９０体積％が好ましく、３０体積％〜７０体積％がより好ましい。
【００８５】
別の好ましい実施形態では、水素は、窒素Ｎ２を全く含有しない。
【００８６】
好ましくは、水素が燃焼ガスとして反応器に供給される。
【００８７】
水素のみを用い、更なる燃焼ガスを用いないことが好ましい。これは、一酸化炭素ＣＯ等の炭素酸化物の形成、及び例えば塩素化ジベンゾジオキシン等の塩素化芳香族炭化水素の形成を防ぐことが好ましい。
【００８８】
可能な一実施形態では、この水素は、例えばメタノールを二酸化炭素ＣＯ２及び水素に、触媒を用いて熱変換することから得られる。
【００８９】
更に好ましい可能な実施形態では、この水素は、炭化水素及び水を二酸化炭素ＣＯ２及び水素に、触媒を用いて熱変換することから得られる。二酸化炭素ＣＯ２は、吸収及び吸着により除去することができ、それによって、水素を精製することができる。
【００９０】
別の好ましい実施形態では、この水素は、温度５００℃超、好ましくは７００℃超、より好ましくは８５０℃超で三塩化シランを不均化及び反応させて、好ましくは四塩化ケイ素、ケイ素金属、及び水素を形成することから得られる。
【００９１】
また、水素は、他の成分の低温凝結により精製され得ることが好ましい。
【００９２】
別の好ましい実施形態では、三塩化シランを形成するための、ケイ素金属と塩化水素ＨＣｌとの反応で形成される水素が用いられる。
【００９３】
ヒュームドシリカを製造する方法は、好ましくは連続工程である以下の工程を含むことが好ましい：（１）シラン供給、シラン蒸発、任意で空気処理、（２）反応、（３）エネルギー回収及び冷却、（４）任意で、好ましくは１つのサイクロン又は複数のサイクロンによるシリカＳｉＯ２の予備除去、好ましくはフィルタ、好ましくはメッシュフィルタ、より好ましくは表層フィルタによるシリカＳｉＯ２の除去、（５）乾燥機（好ましくは回転ドラム式乾燥機、好ましくは内部で径方向運動と垂直運動を組み合わせた運動を行う乾燥機、又は好ましくは流動床若しくは移動床）において、好ましくは温度１００℃超、より好ましくは３００℃超、最も好ましくは４００℃超、表面ガス速度０．１ｃｍ／秒〜１００ｃｍ／秒、より好ましくは１ｃｍ／秒〜１０ｃｍ／秒の空気、窒素、又は不活性ガス等のガスを供給して、好ましくは塩化水素ＨＣｌの最後の痕跡を除去するためのシリカの精製、例えば、水１００ｍＬ中にシリカ４ｇを懸濁させることにより、ｐＨ測定によって分析的に、塩化水素ＨＣｌの痕跡を測定することが好ましい、（６）好ましくは、例えば、特定の既定量のシリカをサイロ内で混合及び流動化させて、例えば１トン（ｔｏ）〜２０トン（ｔｏ）、好ましくは５トン（ｔｏ）〜１５トン（ｔｏ）の均質なバッチにすることによる均質化、（７）サイロ内における保管、（８）任意で、例えばロール圧縮機、スクリュー圧縮機、ピストン圧縮機、好ましくはロール圧縮機を用いる圧縮、（９）コンテナ（例えば、５ｋｇ〜２０ｋｇの袋、好ましくは多層紙からなる袋であって、任意で１以上の層でコーティングされ、好ましくはポリエチレンコーティングされ、好ましくは小さな穴の開いた袋、又は５０ｋｇ〜５００ｋｇの大袋、好ましくはポリエチレン若しくはポリプロピレンで作製され、好ましくは２プライ若しくは多プライであり、例えば欧州特許第７７３１５９Ｂ１号明細書に記載されている大袋、又は大きなコンテナ、例えば５００ｋｇ〜５，０００ｋｇの容量の、例えばポリエチレン若しくはポリプロピレンで作製された、不純物からシリカを保護するための内容器、内袋若しくはインライナを含むサイロトラック、サイロコンテナ、好ましくはサイロコンテナ等）への輸送。
【００９４】
好ましくは空気、窒素又は不活性ガス等のガスを供給して、ヒュームドシリカを精製するために、例えば塩化水素ＨＣｌを除去するために、シリカを精製してＨＣｌを除去するために、ガスの電気加熱により、又は経済的実行可能性及びエネルギー源の保護の理由によって、水素、メタン、エタン、プロパン、ブタン等の燃焼ガスと、空気又は酸素性ガスを燃焼させることにより、流動床又は移動床においてガス温度を生成させることができ、この目的のために水素を用いることが好ましい。
【００９５】
好ましい実施形態では、反応ガスの反応により形成される水を除いて、プロセス全体において追加の水を添加しない。
【００９６】
別の好ましい実施形態では、ヒュームドシリカの精製前、好ましくは精製中、又は精製後、好ましくはシリカからのＨＣｌの脱離を改善するために、蒸気を更に添加する。
【００９７】
別の好ましい実施形態では、蒸気を添加して標準化し、シリカ表面から残りの反応基を排除して、シリカを安定化させる；これは、同時に、好ましくは大気湿度と反応する方向に、シリカ表面をコンディショニングすることができる。
【００９８】
高密度化プロセス
更に好ましい実施形態では、液体で湿潤させ、次いで乾燥させることにより、シリカを高密度化することができる。
【００９９】
湿潤は、撹拌又は液体への分散により行うことができる。
【０１００】
更なる特に好ましい実施形態では、湿潤は、噴霧により実施することができる。これは、液体を噴霧し、次いで乾燥させることにより、シリカが高密度化されることを意味する。
【０１０１】
ヒュームドシリカを用いることが好ましい。
ヒュームドシリカは、親水性シリカの形態、又は有機ケイ素化合物でシリル化されたシリカの形態のいずれかで用いることができる。
親水性シリカを用いることが好ましい。
【０１０２】
高密度化前の、ＤＩＮに基づくシリカのタップ密度は、好ましくは２０ｇ／Ｌ〜１２０ｇ／Ｌ、より好ましくは２５ｇ／Ｌ〜４５ｇ／Ｌである。
高密度化後の、ＤＩＮに基づくシリカのタップ密度は、好ましくは６０ｇ／Ｌ〜３００ｇ／Ｌ、より好ましくは７０ｇ／Ｌ〜１５０ｇ／Ｌである。
【０１０３】
液体の噴霧は、独国特許第４４１９２３４号明細書に記載されているエアロゾル技術により行われる。
【０１０４】
シリカは、独国特許第４４１９２３４号明細書、米国特許第５，６８６，０５４号明細書、又は独国特許第１０１４５１６２号明細書、米国特許第６，８００，４１３号明細書に記載されているような乾燥技術により乾燥させることが好ましい。
【０１０５】
シリカの高密度化に好ましい液体は、ヘキサメチルジシロキサン等の低粘度且つ低揮発性シロキサン、ｎ−ヘキサン若しくはトルエン等の低粘度且つ低揮発性炭化水素、添加剤により変性されているものを含む低粘度且つ低揮発性アルキルアルコール（例えばメタナール、エタノール、若しくはイソプロパノール等）、アセトン等のケトン、又はテトラヒドロフラン等のエーテル、又は水等のプロトン性溶媒、及びこれらの混合物である。
【０１０６】
好ましい液体は、高誘電率、より好ましくは２０超の誘電率を有する液体である。
【０１０７】
好ましい液体は、高密度、より好ましくは０．９ｇ／ｃｍ３超の密度を有する液体である。
【０１０８】
好ましい液体は、高表面張力、より好ましくは４０ｍＮ／ｍ超の表面張力を有する液体である。
【０１０９】
本発明に従って製造されるヒュームドシリカは、好ましくはＢＥＴに従って測定したときの比表面積が、好ましくは３０ｍ２／ｇ〜５００ｍ２／ｇ、より好ましくは７０ｍ２／ｇ〜３３０ｍ２／ｇ、更により好ましくは８０ｍ２／ｇ〜２３０ｍ２／ｇ、特に好ましくは１３０ｍ２／ｇ〜１７０ｍ２／ｇであり、好ましくは流体力学的球相当径として測定したときの平均凝集粒径が、好ましくは５０ｎｍ〜５００ｎｍ、より好ましくは１２０ｎｍ〜３５０ｎｍ、特に好ましくは１３０ｎｍ〜２００ｎｍであり、液体中の相対増粘作用η／η０が、好ましくは２．０超、より好ましくは４．０超、特に好ましくは６．０超、最も好ましくは７．５超であり、ヒュームドシリカに基づいて、直径が好ましくは１０μｍ超、より好ましくは４０μｍ超である粗粒子の比率が、０．３重量％未満、好ましくは０．０１５重量％未満、より好ましくは０．００８重量％未満であり、シリカ１ｇを含有する水分散液１ミリリットル（ｍＬ又はｃｍ３）当たりの、１０μｍ超、より好ましくは２μｍ超の粗粒子が、１００，０００個未満、好ましくは２０，０００個未満、より好ましくは１０，０００個未満、更により好ましくは５，０００個未満、特に好ましくは１，０００個未満である。
【０１１０】
本発明は、更に、最適に分散したシリコーンオイル中の相対増粘作用η／η０として記載したときの増粘作用が好ましくは２．０超であり、ｐＨ９超における水中流体力学的球相当径が１５０ｎｍ〜３００ｎｍであり、ホウ素含量が１ｐｐｍ未満であり、チタン含量が１ｐｐｍ未満であり、鉄含量が１ｐｐｍ未満であり、アルミニウム含量が１０ｐｐｍ未満であり、ニッケル含量が１ｐｐｍ未満であり、銅含量が１ｐｐｍ未満であり、ゲルマニウム含量が１ｐｐｍ未満であるヒュームドシリカを提供する。
【０１１１】
本発明の方法により製造されるシリカは、好ましくはＢＥＴに従って測定したときの比表面積が、好ましくは３０ｍ２／ｇ〜５００ｍ２／ｇ、より好ましくは７０ｍ２／ｇ〜３３０ｍ２／ｇ、更により好ましくは８０ｍ２／ｇ〜２３０ｍ２／ｇ、特に好ましくは８０ｍ２／ｇ〜１７０ｍ２／ｇであるヒュームドシリカであり、好ましくは流体力学的球相当径として測定したときの平均凝集粒径が、１００ｎｍ〜５００ｎｍ、好ましくは１５０ｎｍ〜３５０ｎｍ、より好ましくは１５０ｎｍ〜２５０ｎｍであるヒュームドシリカであり、好ましくは上記のように測定したときの液体中の相対増粘作用η／η０が、好ましくは２．０超、より好ましくは４．０超、特に好ましくは６．０超、最も好ましくは７．５超であるヒュームドシリカであり、ヒュームドシリカに基づいて、直径が好ましくは１０μｍ超、より好ましくは４０μｍ超である粗粒子の比率が、０．０３重量％未満、好ましくは０．０１５重量％未満、より好ましくは０．００５重量％未満であるヒュームドシリカであり、好ましくは１重量％〜５０重量％、より好ましくは１０重量％のシリカ水分散液に基づいて、１ミリリットル（ｍＬ又はｃｍ３）当たりの１０μｍ超、より好ましくは１．５μｍ超、更により好ましくは１．０μｍ超、特に好ましくは０．５６μｍ超の粗粒子が、１００，０００個未満、好ましくは２０，０００個未満、より好ましくは１０，０００個未満、更により好ましくは５，０００個未満、特に好ましくは１，０００個未満であるヒュームドシリカである。
【０１１２】
更に、本発明に従って製造されるヒュームドシリカは、粗焼結粒子の比率が、好ましくは０．０５重量％未満、より好ましくは０．０３重量％未満、特に好ましくは０．０１５重量％未満、最も好ましくは０．００８重量％未満であることが好ましい。好適な試験方法の一例は、例えば、Ｍｏｃｋｅｒ法による篩残分（４０μｍ超の大きさ）の重量測定である。
【０１１３】
本発明に従って製造されるヒュームドシリカは、密度が２００ｇ／Ｌ〜２，５００ｇ／Ｌであり、直径が０．５μｍ〜５００μｍである粗焼結粒子を、好ましくは０．０５重量％未満、より好ましくは０．０３重量％未満、更により好ましくは０．０１５重量％未満、最も好ましくは０．００８重量％未満含有する。好適な試験方法の一例は、例えばＬＵＭｉｆｕｇｅ（登録商標）機器等の光学遠心分離機の使用である。
【０１１４】
本発明に従って製造されるヒュームドシリカ、及びそれから製造される水分散液、又はかかる分散液に基づく化学配合に、例えば超音波チップ、超音波変換機又は超音波ホモジナイザを用いて、好ましくは１分間超、より好ましくは２分間〜５分間、最適に分散させ、且つｐＨ９〜１１、好ましくはｐＨ９．９〜１０．２で、好ましくはアルカリ安定化により最適に安定化させた後、また微細ヒュームドシリカ、非シリカ粒子、並びに密度が２００ｇ／Ｌ〜２，５００ｇ／Ｌであり、直径が０．５μｍ〜５００μｍである粗焼結粒子及び／又は高密度焼結粒子等のシリカ粗粒子を除去した後、大きな粒子を測定するための市販の計数プロセスにより、例えば、白色光又はレーザー光等の消光プロセスに基づいて、分散液の調製に用いられる水の粒子のブランク値を減じた後、１ｍＬ当たり１０μｍ超、より好ましくは１．５μｍ超、更により好ましくは１．０μｍ超、特に好ましくは０．５６μｍ超の粒子は、好ましくは１０，０００個未満、より好ましくは２，０００個未満、特に好ましくは１，０００個未満、更により好ましくは５００個未満、非常に好ましくは１００個未満が存在する。
【０１１５】
ヒュームドシリカは、１０ｇ／Ｌ〜２００ｇ／Ｌの密度及び１μｍ〜５００μｍの直径を有する凝集塊及びフレークを含有することが好ましい。
【０１１６】
シリカ凝集塊の大きさは、好ましくは、水分散液中のシリカに対する、又は乾燥エアロゾル若しくは粉末としてのシリカに対するフラウンホーファー光回折によるか、又は篩分け法により測定することができる。好適な機器は、例えば、Ｍａｌｖｅｒｎ（登録商標）、Ｓｙｍｐａｔｅｃ（登録商標）、Ｃｏｕｌｔｅｒ（登録商標）、Ｚｉｌａｓ（登録商標）、又はＨｏｒｉｂａ（登録商標）等により供給されている。
【０１１７】
ヒュームドシリカは、好ましくは非二酸化ケイ素成分の混入が少ないことが好ましい。
【０１１８】
ヒュームドシリカは、シリカ全体に基づいて、任意の非ケイ素元素を１重量％未満、好ましくは０．１重量％未満、より好ましくは０．０１重量％未満、更により好ましくは１０重量ｐｐｍ未満、特に好ましくは１重量ｐｐｍ未満含有する。
【０１１９】
更に、本発明に従って製造されるシリカのアルミニウム含量は、シリカ全体に基づいて１０重量ｐｐｍ未満、好ましくは１ｐｐｍ未満であり、ホウ素含量は、１０重量ｐｐｍ未満、好ましくは１ｐｐｍ未満であり、チタン含量は、１重量ｐｐｍ未満、好ましくは２００ｐｐｂ未満であり、鉄、コバルト、ニッケル、及び銅含量は、１重量ｐｐｍ未満、好ましくは２００ｐｐｂ未満である。
【０１２０】
製造されるシリカは、好ましくは、ＢＥＴに従って測定された比表面積ＳＯ及び物質密度ρ２，２００ｇ／Ｌから、ｄ＝６／（ρ×ＳＯ）に従って計算される一次粒径ｄ又はザウター（Ｓａｕｔｅｒ）粒径ｄが５〜１００ｎｍであり、ＢＥＴにより測定される比表面積が３０ｍ２／ｇ〜５００ｍ２／ｇであり、上記のように測定される、又は５ｍＰａｓ未満の粘度を有する純粋な形態の液体懸濁液、例えば懸濁水溶液若しくはアルコール懸濁液中で測定される動的光散乱法、光相関分光法若しくは準弾性光散乱法により測定される、一次粒子から形成される好ましくは安定に焼結された凝集塊の流体力学的粒径が１００ｎｍ〜５００ｎｍであるか、又は空気又はガス中で測定される空気力学的直径が１００ｎｍ〜１，０００ｎｍであるか、又はレオロジーを介して測定される直径が１００ｎｍ超であり、フラウンホーファー光回折により測定したとき凝集体から形成される凝集塊の幾何学的直径が、水、アルコール又は油等の流体中では５００ｎｍ〜１００μｍであり、空気又はガス中で測定したときは１μｍ〜１ｍｍである。
【０１２１】
製造されるシリカは、表面積のフラクタル次元が、３未満、好ましくは１．９〜２．７、より好ましくは２．０〜２．１であることが好ましい。
【０１２２】
製造されるシリカは、質量のフラクタル次元が、３未満、好ましくは１．５〜２．８、より好ましくは１．８〜２．３、特に好ましくは１．９〜２．１であることが好ましい。
【０１２３】
製造されるシリカの表面シラノール基ＳｉＯＨ含量は、１．５〜２．０、好ましくは１．７〜１．９であり、これは、ＢＥＴによって測定される比表面積１ｎｍ２当たりのＳｉＯＨであるか、又はＳｅａｒｓ法に基づく滴定方法を用いて酸性ＳｉＯＨとして測定される。
【０１２４】
シリカは、好ましくは塩素化多環式芳香族炭化水素を全く含有せず、より好ましくは酸素原子を含むものを含有しない。
【０１２５】
より好ましくは、塩素化芳香族ジオキシン及びフランの含量は、１重量ｐｐｂ未満である。
【０１２６】
性質の分析
好ましくは、ヒュームドシリカの相対増粘作用η／η０は、２５℃の温度で測定されるヒュームドシリカを含む液体媒体の粘度ηと、２５℃の温度で測定されるヒュームドシリカを含まない液体媒体の粘度η０との比率として測定される。液体媒体の例は、例えば約６５重量％のポリエステル樹脂、例えば無水オルトフタル酸及び無水マレイン酸、及び例えば１，２−プロパンジオール等のジオールの縮合生成物等と、一方、例えば約３５重量％の溶媒、例えば、例えばモノスチレン等の反応性モノマー、又は例えば好ましくはポリジメチルシロキサン、好ましくはトリメチルシロキシ基で末端保護されているもの等のシリコーンオイル、好ましくは２５℃における粘度が０．５Ｐａｓ〜５．０Ｐａｓ、より好ましくは０．９Ｐａｓ〜２．１Ｐａｓ、更により好ましくは約１．０Ｐａｓである溶媒等との混合物である。液体媒体中のヒュームドシリカの量は、好ましくは１重量％〜５重量％、より好ましくは１．８重量％〜３．４重量％、最も好ましくは２重量％である。
【０１２７】
粘度は、２５℃の温度で、同じ一定の剪断速度、好ましくは０．５ｌ／秒〜２００ｌ／秒、より好ましくは０．９ｌ／秒〜２０ｌ／秒、更により好ましくは１０ｌ／秒の一定の剪断速度で測定されることが好ましい。
【０１２８】
ヒュームドシリカは、好ましくは最適な分散で、例えば周速が４ｍ／秒〜２０ｍ／秒、好ましくは１１ｍ／秒である鋸歯状ディスク溶解機を用いて、好ましくは最適な期間、より好ましくは３分間〜１０分間、最も好ましくは５分間、液体媒体に分散させる。
【０１２９】
平均凝集粒径は、好ましくは平均流体力学的球相当径として測定され、好ましくは光相関分光法、動的光散乱法又は準弾性光散乱法により、角度１°〜１７９°、好ましくは約９０°で測定され、又は別の好ましい実施形態では、後方散乱角度１７０°〜１７９°、好ましくは１７３°で、例えば、Ｍａｌｖｅｒｎ Ｚｅｔａｓｉｚｅｒ（登録商標）又はＭａｌｖｅｒｎ Ｎａｎｏｓｉｚｅｒ（登録商標）機器を用いて、例えば、キュムラント解析又は標準的なアルゴリズムによりＺ−平均値が読み取られるか、又は平均凝集体粒径として測定され、好ましくはアンモニアを用いて、好ましくはｐＨ９超、より好ましくは約ｐＨ１０超に調整されているアルカリ性水に０．００１重量％〜５重量％、好ましくは約０．３重量％で分散させた後、好ましくは１００毎分回転数〜５００毎分回転数、より好ましくは３００毎分回転数であるマグネチックスターラを用い、超音波、好ましくは出力が７５％〜９５％、より好ましくは９０％である超音波チップ、例えばＢａｎｄｅｌｉｎ ＵＭ６０超音波チップ等を用いて、１分間〜１５分間、好ましくは５分間〜１０分間、より好ましくは５分間分散させた後、２５℃の温度で測定される。
【０１３０】
粗粒子の比率、例えば焼結粒子の比率は、重量測定により決定されることが好ましい。本明細書において好適な試験方法の例は、メッシュサイズが１００μｍ以下、好ましくは４０μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以下である篩を用いて、水でスラリー化したシリカを篩分けした後の篩残分を重量測定することである。この方法の特に好ましい例は、Ｍｏｃｋｅｒ法であり、例えば噴流水を用いて、４０μｍの篩で粗粒子を篩分けする（計量後、４０μｍ超の篩残分が重量測定により得られる）。
【０１３１】
粗粒子の比率は、密度が１００ｇ／Ｌ〜２５０ｇ／Ｌ、好ましくは２００ｇ／Ｌ〜２，５００ｇ／Ｌであり、直径が０．５μｍ〜５００μｍ、好ましくは２μｍ〜１００μｍである焼結粗粒子として決定されることが好ましい。
好適な分析方法の例は、光学遠心分離機、例えばＬＵＭｉｆｕｇｅ（登録商標）機器の使用である。
【０１３２】
好ましくは、本発明のプロセスにより製造されるヒュームドシリカ中の粗粒子の比率は、水分散液、即ち、例えば超音波チップを用いて、分散時間１分間超、好ましくは２．５分間超分散させる等最適に分散させ、且つ例えばｐＨ９〜１１、好ましくはｐＨ９．２〜１０．２でアルカリ安定化させる等最適に安定化させることによりシリカから作製されるかかる分散液に基づく化学配合に対して測定され、大きな粒子を測定するための商業的計数法、例えば白色光又はレーザー光等の例えば消光プロセス又は光散乱プロセスに基づいて、例えばＰＳＭ社（米国オレゴン州）製のＡｃｃｕｓｉｚｅｒ（登録商標）６８０若しくは７８０機器、又はＬｉｑｕｉｌａｚ（登録商標）機器、又はＴｏｐａｓ社（ドイツ）製のＦＡＳ（登録商標）８１５機器を用いて測定される。
【０１３３】
シリカ生成物の品質は、好ましくは、シリカにとって典型的な方法でこれらサンプルをサンプリング及び分析することにより、一定間隔で検査され、分析されるのは、例えばＢＥＴ法によって測定されるか、又は例えばＳｅａｒｓらに記載されているように例えば酸−塩基滴定法等により測定される比表面積；例えば動的光散乱法又は以下に記載する方法等により測定される、例えば流体力学的直径等としての例えば粒径、例えば平均凝集体粒径等；例えば４重量％のシリカ−水分散液のｐＨとして測定されるｐＨ；例えば噴流水及び４０μｍの篩を用いてＭｏｃｋｅｒ法により測定されるか、又は粗粒子の分析のための計数法として、例えば、上記のように白色光又はレーザー光の消光及び計数法を用い測定される、粗粒子成分の篩残分；例えば上記のように、好ましくは所定のプロトコルに従って測定される、例えば液体媒体等における増粘作用等である。
【０１３４】
サンプルは、特定のサンプリング装置で採取されることが好ましい。
【０１３５】
微量のＨＣｌは、例えばシリカ４ｇを水１００ｍＬに懸濁させることにより、ｐＨ測定により分析的に測定されることが好ましい。
【０１３６】
好ましくは、ヒュームドシリカは、非二酸化ケイ素成分の混入が少ないことが好ましい。
【０１３７】
これは、Ｍｏｃｋｅｒ法によって篩残分（４０μｍ超）を評価することにより可視的に評価することができ、好ましくは拡大鏡、より好ましくは、１０μｍ超、好ましくは１μｍ超まで黒色、白色、及び色を可視化する光学顕微鏡を用いて、又は例えば走査型電子顕微鏡又は透過型電子顕微鏡等により、又は四塩化炭素にシリカを懸濁させることにより（ヒュームドシリカ又はヒュームドシリカ分散液は、屈折率が等しいため透明であるように見えるので、例えば肉眼でも見える程、非二酸化ケイ素画分がよりはっきりと見えるようになる）評価するが、拡大鏡又は光学顕微鏡を用いることが好ましい。
【０１３８】
非ケイ素元素は、二酸化ケイ素をフッ化水素酸で発煙させた後、スペクトル分析を用いて質的且つ半定量的に検出されるか、又は誘導結合プラズマ及び光学発光分析又は質量分析を用いて定量的に分析されることが好ましい。
【０１３９】
本発明のプロセスにより製造される本発明のヒュームドシリカは、好ましくは、増粘剤、レオロジー添加剤、チキソトロープ剤、補強充填剤（例えば表面コーティング、塗料及びインク等におけるエラストマー、プラストマー、及び熱硬化性物用）、接着剤、シーリング材、グラスファイバー補強プラスチック、複合材料、ゴム及び他のプラスチックとして；半導体産業における化学機械的平坦化で研磨粒子として；光沢剤として；断熱材として；印刷媒体を製造するための断熱材の原材料として；不浸透性又は多孔性であり得る層及び成形品を製造するための流動助剤として；例えばタイヤ及び靴底等用の、シリコーン、合成ゴム、又は天然ゴムからなる、塗料、コーティング、インク、接着剤、シーリング材、及びゴム用添加剤及び充填剤として使用される。
【０１４０】
本発明のプロセスにより製造される本発明のヒュームドシリカは、塗料及びコーティングの艶消し剤として、並びに接着剤及びシーリング材系に用いられる。
【０１４１】
同時に、驚くべきことに、これら本発明の工場は、より細かく且つより容易に分散可能な三次元構造のヒュームドシリカ粒子を得ることができる、即ち、より細かい凝集体のシリカ粒子が生じ、それによってレオロジー添加剤として、エラストマー、プラストマー、及び樹脂用の補強充填材として、断熱基材として、印刷媒体用コーティング材料としての性質が改善されることが見出されている。
【０１４２】
レオロジー添加剤として及びシーリング材の充填剤としては、５重量％〜１５重量％のシリカが用いられることが好ましく、衛生及び台所区域、窓及び建造物の前面、建造物及び土木技術、機械、並びに用具製造において接合のためのシーリング材として用いられることが好ましい。
【０１４３】
シリカは、光学機器、半導体産業、電気工学、及び電子産業における化学機械的研磨において、金属、セラミック、及びガラスの表面処理において、研磨剤又は光沢剤として用いられることが好ましい。
【０１４４】
本発明は、更に、本発明のシリカを含む成形品、コーティング、又は含浸物を提供する。
【０１４５】
シリカは、コーティング材料、表面層、布地、ポリマー接着剤、シーリング材、ゴム、及び複合材料で用いられることが好ましく、コーティング材料、接着剤、シーリング材、ゴム、及び複合材料では、レオロジー若しくは機械的性質を制御するため、又はレオロジー及び補強を制御するために用いられる。
【０１４６】
本発明は、更に、本発明のシリカを含む粉末又はトナーを提供する。
【０１４７】
シリカは、粉末、トナー、電子写真、消火用粉末で用いられることが好ましく、粉末、トナー、電子写真、消火用粉末では、乾燥自由流若しくは電荷を制御するため、又は乾燥自由流及び電荷を制御するために用いられる。
【図面の簡単な説明】
【０１４８】
【図１】図１は、炎の方向が上端から下方である本発明のフレーム反応器の長手方向断面を示し、ここで１は反応器チャンバを意味し、１．１は反応器の上端部における直径を意味し、１．２は反応器の長さの半分における直径を意味する。１．３は高さを意味し、これは反応器チャンバの長さと等しく、１．４は反応器チャンバの直径を意味する。２はノズル、２．１はノズルの直径を示す。
【実施例】
【０１４９】
（実施例１）
ガス混合物は、ガス速度５８ｍ／秒のノズルから燃焼チャンバの上端のノズルを介してバーナーチャンバに入り、前記燃焼チャンバの長さは４，６５０ｍｍであり、断面積は０．７１ｍ２であり、圧力は外気圧と同程度であり、ガス混合物の温度は１００℃〜２００℃のであり、反応領域の長さは３，８７５ｍｍであり、ガス混合物が燃焼チャンバに導入される速度は２，０８５ｍ３（ＳＴＰ）／時間であり、ガス混合物（メチルトリクロロシラン０．０４９モル％、水素０．０１９モル％、酸素０．１７モル％、及び窒素０．７０モル％を含む）は、１，０００℃〜２，０００℃で前記燃焼チャンバの入り口にて反応する。生成物を前記燃焼チャンバから吸引し、２００℃未満に冷却し、形成されたヒュームドシリカからメッシュフィルタを通して形成された塩化水素ガスを除去し、多段階吸収及び脱離プロセスにおいて乾燥塩化水素ガスを回収し、過剰の塩素ガスを還元させ、オフガスをクリーニングし、４００℃〜８００℃の熱ガスを用いて流動床において残留塩化水素及び他の揮発性化合物を除去した後、以下のヒュームドシリカが得られる：ＢＥＴ比表面積が１５０ｍ２／ｇであり、１０ｋｇの紙袋に袋詰めした後のタップ密度が４３ｇ／Ｌであり、４重量％の水分散液のｐＨが４．２であり、４０μｍ超のＭｏｃｋｅｒ法による篩残分が０．００３重量％であり、シリコーンオイル中の増粘作用η／η０が３．５であり、０．３重量％、温度２５℃、ｐＨ１０で超音波分散させた後、１７３°の後方散乱角でＭａｌｖｅｒｎ Ｚｅｔａｓｉｚｅｒ Ｎａｎｏ ＺＳ（登録商標）を用いて測定したときの平均流体力学的球相当径が２２０ｎｍである。
【０１５０】
（実施例２）
予め混合されているガス混合物は、ガス速度７３ｍ／秒のノズルから燃焼チャンバの上端のノズルを介してバーナーチャンバに入り、前記燃焼チャンバは、その時点の外気圧に対して５０ｍｂａｒ未満のゲージ圧を有し、温度が１００℃〜２００℃である前記ガス混合物は、１，０００℃〜２，０００℃で燃焼チャンバ内にて反応し、前記燃焼チャンバ内の反応物質は、９０体積％超がメチルトリクロロシランであるシラン６体積％と、環境由来の空気８８体積％と（空気の９４体積％程度はノズルから供給され、６体積％程度は、燃焼チャンバの上端においてノズルの外側に存在する更なる供給装置から供給される）、燃焼ガス５体積％（燃焼ガスは、９０体積％超の水素ガスを含有する）とを含む。生成物を前記燃焼チャンバから吸引し、２００℃未満に冷却し、形成されたヒュームドシリカからメッシュフィルタを通して形成された塩化水素ガスを除去し、多段階吸収及び脱離プロセスにおいて乾燥塩化水素ガスを回収し、過剰の塩素ガスを還元させ、オフガスをクリーニングし、４００℃〜８００℃の熱ガスを用いて流動床においてヒュームドシリカを精製した後、以下のヒュームドシリカが得られる：ＢＥＴ比表面積が１５０ｍ２／ｇであり、１０ｋｇの紙袋に袋詰めした後のタップ密度が４０ｇ／Ｌであり、４重量％の水分散液のｐＨが４．１であり、４０μｍ超のＭｏｃｋｅｒ法による篩残分が０．００５重量％であり、シリコーンオイル中の増粘作用η／η０が４．０であり、０．３重量％、温度２５℃、ｐＨ１０で超音波分散させた後、１７３°の後方散乱角でＭａｌｖｅｒｎ Ｚｅｔａｓｉｚｅｒ Ｎａｎｏ ＺＳ（登録商標）を用いて測定したときの平均流体力学的球相当径が２２０ｎｍである。
【０１５１】
（実施例３）
ガス混合物は、投入速度１，６３０ｍ３（ＳＴＰ）／時間で、ガス速度３４ｍ／秒のノズルから燃焼チャンバの上端のノズルを介してバーナーチャンバに入り、前記ガス混合物は、メチルトリクロロシラン４．９モル％、水素５．８モル％、二酸化炭素１．９モル％、酸素１７モル％、及び窒素７０モル％をガスとして含み、前記燃焼チャンバの体積は１．７ｍ３であり、高さに対する体積の比は０．３８ｍ２であり、断面積は０．３８ｍ２であり、前記ガス混合物は、１，０００℃〜２，０００℃で燃焼チャンバ内にて反応する。生成物を前記燃焼チャンバから吸引し、２００℃未満に冷却し、形成されたヒュームドシリカからメッシュフィルタを用いて形成された塩化水素ガスを除去し、多段階吸収及び脱離プロセスにおいて乾燥塩化水素ガスを回収し、過剰の塩素ガスを還元させ、オフガスをクリーニングし、４００℃〜８００℃の熱ガスを用いて流動床においてヒュームドシリカを精製した後、以下のヒュームドシリカが２１７ｋｇ／時間（年間製造力８，８６４時間で１年間当たり１，９２０トンに相当）得られる：ＢＥＴ比表面積が１５０ｍ２／ｇであり、１０ｋｇの紙袋に袋詰めした後のタップ密度が４０ｇ／Ｌであり、４重量％の水分散液のｐＨが４．１であり、４０μｍ超のＭｏｃｋｅｒ法による篩残分が０．００５重量％であり、シリコーンオイル中の増粘作用η／η０が６．５であり、未架橋不飽和ポリエステル樹脂中の増粘作用η／η０が４．５であり、０．３重量％、温度２５℃、ｐＨ１０で超音波分散させた後、１７３°の後方散乱角でＭａｌｖｅｒｎ Ｚｅｔａｓｉｚｅｒ Ｎａｎｏ ＺＳ（登録商標）を用いて測定したときの平均流体力学的球相当径が２２０ｎｍである。
【０１５２】
（実施例４）
ガス混合物は、投入速度１，６３０ｍ３（ＳＴＰ）／時間で、ガス速度３４ｍ／秒のノズルから燃焼チャンバの上端のノズルを介してバーナーチャンバに入り、前記ガス混合物は、メチルトリクロロシラン４．９モル％、水素５．８モル％、酸素１７モル％、及び窒素７１．９モル％をガスとして含み、前記燃焼チャンバの体積は１．７ｍ３であり、高さに対する体積の比は０．３８ｍ２であり、断面積は０．３８ｍ２であり、前記ガス混合物は、１，０００℃〜２，０００℃で燃焼チャンバ内にて反応する。生成物を前記燃焼チャンバから吸引し、２００℃未満に冷却し、形成されたヒュームドシリカからメッシュフィルタを用いて形成された塩化水素ガスを除去し、多段階吸収及び脱離プロセスにおいて乾燥塩化水素ガスを回収し、過剰の塩素ガスを還元させ、オフガスをクリーニングし、４００℃〜８００℃の熱ガスを用いて流動床においてヒュームドシリカを精製した後、以下のヒュームドシリカが２１７ｋｇ／時間（年間製造力８，８６４時間で１年間当たり１，９２０トンに相当）得られる：ＢＥＴ比表面積が１５０ｍ２／ｇであり、１０ｋｇの紙袋に袋詰めした後のタップ密度が４０ｇ／Ｌであり、４重量％の水分散液のｐＨが４．１であり、４０μｍ超のＭｏｃｋｅｒ法による篩残分が０．００５重量％であり、シリコーンオイル中の増粘作用η／η０が６．５であり、未架橋不飽和ポリエステル樹脂中の増粘作用η／η０が４．５であり、０．３重量％、温度２５℃、ｐＨ１０で超音波分散させた後、１７３°の後方散乱角でＭａｌｖｅｒｎ Ｚｅｔａｓｉｚｅｒ Ｎａｎｏ ＺＳ（登録商標）を用いて測定したときの平均流体力学的球相当径が２２０ｎｍである。
【０１５３】
（実施例５）
ガス混合物は、投入速度１，４０５ｍ３（ＳＴＰ）／時間で、ガス速度３４ｍ／秒のノズルから燃焼チャンバの上端のノズルを介してバーナーチャンバに入り、前記ガス混合物は、四塩化ケイ素４．３モル％、水素１２モル％、二酸化炭素４モル％、酸素１６モル％、及び窒素６４モル％をガスとして含み、前記燃焼チャンバの体積は１．７ｍ３、高さに対する体積の比は０．３８ｍ２、断面積は０．３８ｍ２であり、１，０００℃〜２，０００℃で燃焼チャンバ内にて反応する。生成物を前記燃焼チャンバから吸引し、２００℃未満に冷却し、形成されたヒュームドシリカからメッシュフィルタを用いて形成された塩化水素ガスを除去し、多段階吸収及び脱離プロセスにおいて乾燥塩化水素ガスを回収し、過剰の塩素ガスを還元させ、オフガスをクリーニングし、４００℃〜８００℃の熱ガスを用いて流動床においてヒュームドシリカを精製した後、以下のヒュームドシリカが１６１ｋｇ／時間（年間製造力８，８６４時間で１年間当たり１，４２０トンに相当）得られる：ＢＥＴ比表面積が１５０ｍ２／ｇであり、１０ｋｇの紙袋に袋詰めした後のタップ密度が４０ｇ／Ｌであり、４重量％の水分散液のｐＨが４．１であり、４０μｍ超のＭｏｃｋｅｒ法による篩残分が０．００５重量％であり、シリコーンオイル中の増粘作用η／η０が６．５であり、未架橋不飽和ポリエステル樹脂中の増粘作用η／η０が４．５であり、０．３重量％、温度２５℃、ｐＨ１０で超音波分散させた後、１７３°の後方散乱角でＭａｌｖｅｒｎ Ｚｅｔａｓｉｚｅｒ Ｎａｎｏ ＺＳ（登録商標）を用いて測定したときの平均流体力学的球相当径が２２０ｎｍである。
【０１５４】
（実施例６）
ガス混合物は、投入速度１，４０５ｍ３（ＳＴＰ）／時間で、ガス速度３４ｍ／秒のノズルから燃焼チャンバの上端のノズルを介してバーナーチャンバに入り、前記ガス混合物は、四塩化ケイ素４．３モル％、水素１２モル％、酸素１６モル％、及び窒素６８モル％をガスとして含み、前記燃焼チャンバの体積は１．７ｍ３であり、高さに対する体積の比は０．３８ｍ２であり、断面積は０．３８ｍ２であり、前記ガス混合物は、１，０００℃〜２，０００℃で燃焼チャンバ内にて反応する。生成物を前記燃焼チャンバから吸引し、２００℃未満に冷却し、形成されたヒュームドシリカからメッシュフィルタを用いて形成された塩化水素ガスを除去し、多段階吸収及び脱離プロセスにおいて乾燥塩化水素ガスを回収し、過剰の塩素ガスを還元させ、オフガスをクリーニングし、４００℃〜８００℃の熱ガスを用いて流動床においてヒュームドシリカを精製した後、以下のヒュームドシリカが１６１ｋｇ／時間（年間製造力８，８６４時間で１年間当たり１，４２０トンに相当）得られる：ＢＥＴ比表面積が１５０ｍ２／ｇであり、１０ｋｇの紙袋に袋詰めした後のタップ密度が４０ｇ／Ｌであり、４重量％の水分散液のｐＨが４．１であり、４０μｍ超のＭｏｃｋｅｒ法による篩残分が０．００５重量％であり、シリコーンオイル中の増粘作用η／η０が６．５であり、未架橋不飽和ポリエステル樹脂中の増粘作用η／η０が４．５であり、０．３重量％、温度２５℃、ｐＨ１０で超音波分散させた後、１７３°の後方散乱角でＭａｌｖｅｒｎ Ｚｅｔａｓｉｚｅｒ Ｎａｎｏ ＺＳ（登録商標）を用いて測定したときの平均流体力学的球相当径が２２０ｎｍである。
【０１５５】
（実施例７）
ガス混合物は、投入速度２，６００ｍ３（ＳＴＰ）／時間で、ガス速度５４ｍ／秒のノズルから燃焼チャンバの上端のノズルを介してバーナーチャンバに入り、前記ガス混合物は、メチルトリクロロシラン４．６モル％、水素７．６モル％、二酸化炭素２．５モル％、酸素１７モル％、及び窒素６８モル％をガスとして含み、前記燃焼チャンバの体積は３．３ｍ３であり、高さに対する体積の比は０．７１ｍ２であり、断面積は０．７１ｍ２であり、前記ガス混合物は、１，０００℃〜２，０００℃で燃焼チャンバ内にて反応する。生成物を前記燃焼チャンバから吸引し、２００℃未満に冷却し、形成されたヒュームドシリカからメッシュフィルタを用いて形成された塩化水素ガスを除去し、多段階吸収及び脱離プロセスにおいて乾燥塩化水素ガスを回収し、過剰の塩素ガスを還元させ、オフガスをクリーニングし、４００℃〜８００℃の熱ガスを用いて流動床においてヒュームドシリカを精製した後、以下のヒュームドシリカが３２１ｋｇ／時間（年間製造力８，８６４時間で１年間当たり２，８５０トンに相当）得られる：ＢＥＴ比表面積が２００ｍ２／ｇであり、１０ｋｇの紙袋に袋詰めした後のタップ密度が４０ｇ／Ｌであり、４重量％の水分散液のｐＨが４．０であり、４０μｍ超のＭｏｃｋｅｒ法による篩残分が０．００５重量％であり、シリコーンオイル中の増粘作用η／η０が７．５であり、未架橋不飽和ポリエステル樹脂中の増粘作用η／η０が６．７であり、０．３重量％、温度２５℃、ｐＨ１０で超音波分散させた後、１７３°の後方散乱角でＭａｌｖｅｒｎ Ｚｅｔａｓｉｚｅｒ Ｎａｎｏ ＺＳ（登録商標）を用いて測定したときの平均流体力学的球相当径が２００ｎｍである。
【０１５６】
（実施例８）
ガス混合物は、投入速度２，６００ｍ３（ＳＴＰ）／時間で、ガス速度５４ｍ／秒のノズルから燃焼チャンバの上端のノズルを介してバーナーチャンバに入り、前記ガス混合物は、メチルトリクロロシラン４．６モル％、水素７．６モル％、酸素１７モル％、及び窒素７０．５モル％をガスとして含み、前記燃焼チャンバの体積は３．３ｍ３であり、高さに対する体積の比は０．７１ｍ２であり、断面積は０．７１ｍ２であり、前記ガス混合物は、１，０００℃〜２，０００℃で燃焼チャンバ内にて反応する。生成物を前記燃焼チャンバから吸引し、２００℃未満に冷却し、形成されたヒュームドシリカからメッシュフィルタを用いて形成された塩化水素ガスを除去し、多段階吸収及び脱離プロセスにおいて乾燥塩化水素ガスを回収し、過剰の塩素ガスを還元させ、オフガスをクリーニングし、４００℃〜８００℃の熱ガスを用いて流動床においてヒュームドシリカを精製した後、以下のヒュームドシリカが３２１ｋｇ／時間（年間製造力８，８６４時間で１年間当たり２，８５０トンに相当）得られる：ＢＥＴ比表面積が２００ｍ２／ｇであり、１０ｋｇの紙袋に袋詰めした後のタップ密度が４０ｇ／Ｌであり、４重量％の水分散液のｐＨが４．０であり、４０μｍ超のＭｏｃｋｅｒ法による篩残分が０．００５重量％であり、シリコーンオイル中の増粘作用η／η０が７．５であり、未架橋不飽和ポリエステル樹脂中の増粘作用η／η０が６．７であり、０．３重量％、温度２５℃、ｐＨ１０で超音波分散させた後、１７３°の後方散乱角でＭａｌｖｅｒｎ Ｚｅｔａｓｉｚｅｒ Ｎａｎｏ ＺＳ（登録商標）を用いて測定したときの平均流体力学的球相当径が２００ｎｍである。
【０１５７】
（実施例９）
ガス混合物は、投入速度３，３００ｍ３（ＳＴＰ）／時間で、ガス速度６３ｍ／秒のノズルから燃焼チャンバの上端のノズルを介してバーナーチャンバに入り、前記ガス混合物は、四塩化ケイ素１４モル％、メチルトリクロロシラン０．１モル％、水素６．４モル％、二酸化炭素２．１モル％、酸素１７モル％、窒素６９モル％、及びハイドロジェンメチルジクロロシラン７．２モル％、三塩化シラン１．３モル％、テトラメチルシラン２モル％、トリメチルクロロシラン１．４モル％、及びアルカン（プロパンとブタンとペンタン、プロペンとブテンとペンテン、及びクロロプロパンとクロロブタンとクロロペンタンとの混合物）１．１モル％をガスとして含み、前記燃焼チャンバの体積は３．３ｍ３であり、高さに対する体積の比は０．７１ｍ２であり、断面積は０．７１ｍ２であり、前記ガス混合物は、１，０００℃〜２，０００℃で燃焼チャンバ内にて反応する。生成物を前記燃焼チャンバから吸引し、２００℃未満に冷却し、形成されたヒュームドシリカからメッシュフィルタを用いて形成された塩化水素ガスを除去し、多段階吸収及び脱離プロセスにおいて乾燥塩化水素ガスを回収し、過剰の塩素ガスを還元させ、オフガスをクリーニングし、４００℃〜８００℃の熱ガスを用いて流動床においてヒュームドシリカを精製した後、以下のヒュームドシリカが３２３ｋｇ／時間（年間製造力８，８６４時間で１年間当たり２，８６０トンに相当）得られる：ＢＥＴ比表面積が２００ｍ２／ｇであり、１０ｋｇの紙袋に袋詰めした後のタップ密度が４０ｇ／Ｌであり、４重量％の水分散液のｐＨが４．０であり、４０μｍ超のＭｏｃｋｅｒ法による篩残分が０．００５重量％であり、シリコーンオイル中の増粘作用η／η０が７．５であり、未架橋不飽和ポリエステル樹脂中の増粘作用η／η０が６．７であり、０．３重量％、温度２５℃、ｐＨ１０で超音波分散させた後、１７３°の後方散乱角でＭａｌｖｅｒｎ Ｚｅｔａｓｉｚｅｒ Ｎａｎｏ ＺＳ（登録商標）を用いて測定したときの平均流体力学的球相当径が２００ｎｍである。
【０１５８】
（実施例１０）
ガス混合物は、投入速度２，４５０ｍ３（ＳＴＰ）／時間で、ガス速度５１ｍ／秒のノズルから燃焼チャンバの上端のノズルを介してバーナーチャンバに入り、前記ガス混合物は、四塩化ケイ素０モル％、メチルトリクロロシラン５．２モル％、水素６．２モル％、二酸化炭素２．１モル％、酸素１７モル％、窒素６９モル％、ハイドロジェンメチルジクロロシラン０モル％、三塩化シラン０モル％、テトラメチルシラン０モル％、トリメチルクロロシラン０モル％、及びアルカン（プロパンとブタンとペンタン、プロペンとブテンとペンテン、及びクロロプロパンとクロロブタンとクロロペンタンとの混合物）０モル％をガスとして含み、前記燃焼チャンバの体積は３．３ｍ３であり、高さに対する体積の比は０．７１ｍ２であり、断面積は０．７１ｍ２であり、前記ガス混合物は、１，０００℃〜２，０００℃で燃焼チャンバ内にて反応する。生成物を前記燃焼チャンバから吸引し、２００℃未満に冷却し、形成されたヒュームドシリカからメッシュフィルタを用いて形成された塩化水素ガスを除去し、多段階吸収及び脱離プロセスにおいて乾燥塩化水素ガスを回収し、過剰の塩素ガスを還元させ、オフガスをクリーニングし、４００℃〜８００℃の熱ガスを用いて流動床においてヒュームドシリカを精製した後、以下のヒュームドシリカが３４１ｋｇ／時間（年間製造力８，８６４時間で１年間当たり３，０２０トンに相当）得られる：ＢＥＴ比表面積が１５０ｍ２／ｇであり、１０ｋｇの紙袋に袋詰めした後のタップ密度が４０ｇ／Ｌであり、４重量％の水分散液のｐＨが４．１であり、４０μｍ超のＭｏｃｋｅｒ法による篩残分が０．００５重量％であり、シリコーンオイル中の増粘作用η／η０が５．５であり、未架橋不飽和ポリエステル樹脂中の増粘作用η／η０が４．５であり、０．３重量％、温度２５℃、ｐＨ１０で超音波分散させた後、１７３°の後方散乱角でＭａｌｖｅｒｎ Ｚｅｔａｓｉｚｅｒ Ｎａｎｏ ＺＳ（登録商標）を用いて測定したときの平均流体力学的球相当径が２２０ｎｍである。
【０１５９】
（実施例１１）
ガス混合物は、投入速度２，６９０ｍ３（ＳＴＰ）／時間で、ガス速度５６ｍ／秒のノズルから燃焼チャンバの上端のノズルを介してバーナーチャンバに入り、前記ガス混合物は、四塩化ケイ素１．６モル％、メチルトリクロロシラン０．１モル％、水素５．７モル％、二酸化炭素１．９モル％、酸素１７モル％、窒素６９モル％、ハイドロジェンメチルジクロロシラン０．８モル％、三塩化シラン０．１５モル％、テトラメチルシラン０．２４モル％、トリメチルクロロシラン１．６モル％、及びアルカン（プロパンとブタンとペンタン、プロペンとブテンとペンテン、及びクロロプロパンとクロロブタンとクロロペンタンとの混合物）１．３モル％をガスとして含み、前記燃焼チャンバの体積は３．３ｍ３であり、高さに対する体積の比は０．７１ｍ２であり、断面積は０．７１ｍ２であり、前記ガス混合物は、１，０００℃〜２，０００℃で燃焼チャンバ内にて反応する。生成物を前記燃焼チャンバから吸引し、２００℃未満に冷却し、形成されたヒュームドシリカからメッシュフィルタを用いて形成された塩化水素ガスを除去し、多段階吸収及び脱離プロセスにおいて乾燥塩化水素ガスを回収し、過剰の塩素ガスを還元させ、オフガスをクリーニングし、４００℃〜８００℃の熱ガスを用いて流動床においてヒュームドシリカを精製した後、以下のヒュームドシリカが３４３ｋｇ／時間（年間製造力８，８６４時間で１年間当たり３，０４０トンに相当）得られる：ＢＥＴ比表面積が１５０ｍ２／ｇであり、１０ｋｇの紙袋に袋詰めした後のタップ密度が４０ｇ／Ｌであり、４重量％の水分散液のｐＨが４．１であり、４０μｍ超のＭｏｃｋｅｒ法による篩残分が０．００５重量％であり、シリコーンオイル中の増粘作用η／η０が５．５であり、未架橋不飽和ポリエステル樹脂中の増粘作用η／η０が４．５であり、０．３重量％、温度２５℃、ｐＨ１０で超音波分散させた後、１７３°の後方散乱角でＭａｌｖｅｒｎ Ｚｅｔａｓｉｚｅｒ Ｎａｎｏ ＺＳ（登録商標）を用いて測定したときの平均流体力学的球相当径が２２０ｎｍである。
【０１６０】
（実施例１２）
合計１００ｇの液体がシリカに塗布され、且つシリカが依然として乾燥コロイド状粉末の外観を有するような方法で、実施例６で得られたＢＥＴ比表面積１５０ｍ２／ｇのシリカ１００ｇを、ガラス製の装置内で、窒素雰囲気下にて、パドルスターラで流動化させながら液体の微細エアロゾルと接触させる。次いで、得られたシリカを、ガス循環速度９００リットル／分で容量３００リットルの乾燥キャビネット内の磁器皿に入れ、不活性窒素雰囲気下で液体を取り除き、シリカ含量が少なくとも９９重量％超になるまで乾燥させる。次いで、ＤＩＮによりタップ密度を測定する。様々な液体を用いて上記のように得られたタップ密度を表１に要約する。
【表１】
【０１６１】
（実施例１３）
実施例１〜１１で得られたシリカを、酢酸塩架橋剤系に基づく架橋ブラックシリコーンシーリング材系に、室温で混入する。
【０１６２】
次いで、スパチュラを用いて少量をポリエチレンフィルムに塗布し、平滑化する。
【０１６３】
次いで、表面の外観を評価する：
非常に良好−表面上に粒子が存在しない、
良好−表面上にある粒子が僅かである、
満足−表面上に粒子が幾つか存在する、
十分−表面上に粒子が少し存在する、
不十分−表面上に多くの粒子が存在する、
不満足−表面上に非常に多くの粒子が存在する。
【０１６４】
結果を表２に要約する。
【表２】
【０１６５】
試験方法：
ＢＥＴ比表面積：ＤＩＮ ９２７７／６６１３２
ｐＨ：ＥＮ ＩＳＯ７８７／９
Ｍｏｃｋｅｒ法による篩残分（４０μｍ超）：ＥＮ ＩＳＯ７８７／１８
タップ密度：ＥＮ ＩＳＯ７８７／１１
水分（２時間及び１０５℃における重量減少）：ＥＮ ＩＳＯ７８７／２
【０１６６】
ｍ３（ＳＴＰ）／時間の定義：ｍ３（ＳＴＰ）／時間は、１時間当たりに送達されるガス又は蒸気の体積である
【０１６７】
ｍ３（ＳＴＰ）の定義：標準立方メートル（略記：ｍ３（ＳＴＰ））は、ガスの標準体積について加工技術で用いられる単位である。
【０１６８】
標準立方メートルは、ＤＩＮ１３４３及びＩＳＯ２５３３に定義されている。
【０１６９】
標準立方メートルは、圧力１．０１３２５ｂａｒ、空気湿度０％（乾燥ガス）、及び温度０℃（ＤＩＮ１３４３）又は１５℃（ＩＳＯ２５３３）におけるガス１立方メートルに相当する量である。
【０１７０】
これは、１標準立方メートルのガスが、一定条件下では１ｍ３の体積を有するが、一般的に、異なる条件下では特定の計算により決定できる別の体積を有することを意味する。
【０１７１】
圧縮空気産業では、ＤＩＮ１９４５に基づく異なる値を適用する。本明細書では、圧力１００，０００Ｐ（１ｂａｒ）の、温度２０℃、及び空気湿度０％における体積を標準体積とする。
【符号の説明】
【０１７２】
１ 反応器チャンバ
１．１ 反応器の上端における直径
１．２ 反応器の長さの半分における直径
１．３ 高さ
１．４ 反応器チャンバの直径
２ ノズル
２．１ ノズルの直径
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒュームドシリカを製造するための方法及び装置を提供する。
【背景技術】
【０００２】
発熱性金属酸化物、例えばヒュームドシリカは、例えば非特許文献１に記載されているように、水素−酸素炎中でハロケイ素化合物を高温加水分解することにより得られる。多くの用途では、固有の品質だけではなく、特にシリカの純度も非常に重要である。これは、表面コーティング産業における用途、例えば水分の影響下において室温で架橋するシリコーンシーリング材及びポリウレタンシーリング材等のシーリング材用途、並びにプロセッサ、メモリ、コントローラ、及び集積コンポーネント等の電子半導体部品の製造において消耗品として用いるためのヒュームドシリカの使用に特に当てはまる。
【０００３】
既知の問題の一例は、シリコーンシーリング材等のシリコーン材料、及びポリウレタン等のポリアルキレン酸化物含有シーリング材に対するヒュームドシリカの分散性が不十分であることである。
【０００４】
頻繁に報告されている別の問題は、半導体表面及びウェハー上の電子部品に対する化学機械的研磨及び平坦化用途でシリカを用いるときに引っ掻き傷がついた結果生じる欠陥の問題である。
【０００５】
大規模製造工場におけるシリカの製造では、所望の製品品質を得るには制約がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｕｌｌｍａｎｎ’ｓ Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ ｏｆ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ（Ｗｉｌｅｙ−ＶＣＨ Ｖｅｒｌａｇ ＧｍｂＨ＆Ｃｏ． ＫＧａＡ，２０ｏｘｙｇｅｎ）
【発明の概要】
【０００７】
本発明の目的は、先行技術の問題点を克服することであり、より具体的には、ヒュームドシリカを製造するための方法及び装置と、高品質のヒュームドシリカとを提供することである。
【０００８】
本発明は、体積１ｍ３〜１０ｍ３、高さ１ｍ〜１０ｍの反応器チャンバと、反応物質を供給するための反応器ノズルとを有することを特徴とするフレーム反応器を提供する。
【０００９】
ヒュームドシリカを製造するための本発明の装置は、反応器と、反応ガスの供給装置と、反応ガスの混合装置と、反応器ノズルと、空気を供給するための更なる供給装置とを含む。
【００１０】
ヒュームドシリカを製造するための本発明の装置は、以下のユニットを有することが好ましい：（ａ）シラン供給機、シラン蒸発機、任意でガス混合システム、任意で空気処理システム、（ｂ）反応器、（ｃ）エネルギー回収及び冷却機、（ｄ）任意で、好ましくは１つのサイクロン又は複数のサイクロンによるシリカＳｉＯ２の予備除去機、（ｅ）好ましくはフィルタ、好ましくはメッシュフィルタ、より好ましくは表層フィルタによるＳｉＯ２の除去機、（ｆ）乾燥機（好ましくは回転ドラム式乾燥機、好ましくは内部で径方向運動と垂直運動を組み合わせた運動を行う乾燥機、又は好ましくは流動床若しくは移動床）において、好ましくは温度１００℃超、より好ましくは３００℃超、最も好ましくは５００℃超、表面ガス速度０．１ｃｍ／秒〜１００ｃｍ／秒、好ましくは１ｃｍ／秒〜１０ｃｍ／秒の空気、窒素、又は不活性ガス等のガスを供給して、塩化水素ＨＣｌの最後の痕跡を除去するためのシリカの精製機、（ｇ）好ましくは、例えば、特定の既定量のシリカをサイロ内で混合及び流動化させて、例えば１トン（ｔｏ）〜２０トン（ｔｏ）、好ましくは５トン（ｔｏ）〜１５トン（ｔｏ）の均質なバッチにすることによる均質化装置、（ｈ）サイロ内における保管器、（ｉ）任意で、圧縮機、例えばロール圧縮機、スクリュー圧縮機、ピストン圧縮機、好ましくはロール圧縮機、（ｊ）コンテナ（例えば、５ｋｇ〜２０ｋｇの袋、５０ｋｇ〜５００ｋｇの大袋、又は５００ｋｇ〜５，０００ｋｇの容量のサイロトラック、サイロコンテナ等の大きなコンテナ等）への輸送機。
【００１１】
反応器チャンバ内の反応器ノズル以外の少なくとも１つの部位に燃焼ガスの供給装置を有する、ヒュームドシリカを製造するための装置が好ましい。
【００１２】
フレーム反応器の高さは、１ｍ〜１０ｍであり、３ｍ〜６ｍが好ましく、４ｍ〜５ｍがより好ましく、反応空間の長さは、０．７ｍ〜９ｍであり、２ｍ〜５ｍが好ましく、３．５ｍ〜４．５ｍがより好ましい。
【００１３】
フレーム反応器の断面積は、０．１ｍ２〜１ｍ２であり、０．２ｍ２〜０．９ｍ２がより好ましく、０．３５ｍ２〜０．７５ｍ２がより好ましい。
【００１４】
フレーム反応器の体積は、１ｍ３〜１０ｍ３であり、０．５ｍ３〜７ｍ３がより好ましく、１．５ｍ３〜４ｍ３がより好ましい。
【００１５】
フレーム反応器の高さに対する体積の比は、０．１ｍ２〜１ｍ２であり、０．２ｍ２〜０．９ｍ２がより好ましく、０．３５ｍ２〜０．７５ｍ２がより好ましい。
【００１６】
炎の方向は、水平であっても垂直であってもよく、又は垂直に対して如何なる角度も想定することができる。炎の方向は、底部から上方へであっても、上部から下方へであってもよい。上部から下方への方向が好ましい。
【００１７】
好ましい実施形態では、反応器チャンバは、開放され、且つ大気圧による交換は制限されない。これは、反応器が屋外に存在するか、又は大気に対して開放されている穴の中に存在することを意味し得る。
【００１８】
反応器チャンバの上端における直径は、好ましくは０．１ｍ〜１．０ｍ、より好ましくは０．２ｍ〜０．５ｍである。反応器ノズルは、円形断面を有することが好ましい。
【００１９】
反応器チャンバは、円形断面を有することが好ましい。
【００２０】
反応器チャンバの直径は、反応器の上端における反応器チャンバの直径よりも、好ましくは１％、より好ましくは１０％、特に好ましくは５０％大きい。
【００２１】
反応器ノズルの直径は、好ましくは０．０５ｍ〜０．２５ｍ、より好ましくは０．０５ｍ〜０．１５ｍ、最も好ましくは０．１ｍ〜０．１５ｍである。
【００２２】
反応器ノズルの出口領域の大きさは、好ましくは０．００１ｍ２〜０．１ｍ２、より好ましくは０．００２ｍ２〜０．０５ｍ２、最も好ましくは０．００７５ｍ２〜０．０１５ｍ２である。
【００２３】
本発明は、更に、反応器内の炎中でケイ素含有反応ガスを反応させることによりヒュームドシリカを製造する方法であって、前記反応ガス中の有機非ケイ素化合物含量が５モル％未満であることを特徴とする方法を提供する。
【００２４】
ヒュームドシリカを製造するための本発明の方法において、反応器内で、二酸化ケイ素に変換されるケイ素含有反応ガスの量は、好ましくは１０ｋｇ／時間〜５００ｋｇ／時間、好ましくは５０ｋｇ／時間〜３５０ｋｇ／時間、より好ましくは１００ｋｇ／時間〜３００ｋｇ／時間であり、これは１００トン／暦年〜５，０００トン／暦年、好ましくは２５０トン／暦年〜４，０００トン／暦年、より好ましくは５００トン／暦年〜３，０００トン／暦年、最も好ましくは５００トン／暦年〜１，０００トン／暦年に相当する。この目的のために、供給される反応ガスは、以下の構成を含む：ノズル出口のガス速度又は反応器ノズルで用いられるガスのガス速度が、標準体積に基づいて、１０ｍ／秒〜１００ｍ／秒、好ましくは２００ｍ／秒〜８０ｍ／秒、より好ましくは４０ｍ／秒〜７０ｍ／秒であり、且つ前記ガス速度が、ノズル断面全体に亘って放射状に、好ましくは均質に分布し、且つ反応器断面全体に亘って放射状に、好ましくは均質に分布する場合、炎中で反応する蒸気状又は気体状ケイ素化合物の量は、１，０００モル／時間〜１０，０００モル／時間、好ましくは２，０００モル／時間〜８，０００モル／時間、より好ましくは３，０００モル／時間〜６，０００モル／時間、即ち、１００ｋｇ／時間〜２，０００ｋｇ／時間、好ましくは２０ｋｇ／時間〜１，０００ｋｇ／時間、より好ましくは１００ｋｇ／時間〜５００ｋｇ／時間である。
【００２５】
本発明の方法における製造工場の製造力は、暦年に基づいて、好ましくは５，０００トン未満、より好ましくは４，０００トン未満、更により好ましくは３，０００トン未満、特に好ましくは１，０００トン未満のヒュームドシリカである。暦年とは、時間の８５％が利用可能であるとして、７，８８４時間の製造時間に基づくものとする。
３６５日×２４時間／日×０．８５＝７，８８４時間
【００２６】
好ましい実施形態では、ヒュームドシリカは、製造力５００ｋｇ／時間未満、より好ましくは４００ｋｇ／時間未満、特に好ましくは２５０ｋｇ／時間未満、最も好ましくは１００ｋｇ／時間未満で、１つの反応器内で製造される。
【００２７】
反応ガスは、好ましくは酸素、即ち、例えば新鮮空気又は乾燥空気であってもよい空気；燃焼ガス、例えば、水素や、メタン、エタン、イソプロパン、ｎ−プロパン、イソブタン、ｎ−ブタン、エテン、エチン、プロペン、イソブテン、及びｎ−ブテン等、並びに他の高級イソ−、ｎ−若しくはネオ−アルカン、−アルケン、及び−アルキン、低級アルコール（例えばメタノール、エタノール、プロパノール等）等の蒸気状炭化水素（飽和又は不飽和、即ち、二重及び／又は三重結合を含む）である。前記反応ガスは、好ましくはメタン又はその混合物であり、好ましくは９０体積％超の水素を含有する燃焼ガスであり、好ましくは１体積％超の天然ガスと、９０体積％超のメタンと、少なくとも１つの蒸気状ケイ素含有化合物、例えばＲｘＨｙＳｉａＸｚＹｂ（式中、Ｒは１個〜８個の炭素原子を有するアルキル基、好ましくはメチル基であり、Ｈは水素であり、Ｘはハロゲン又はアルコキシ基ＯＲ、好ましくはＯＣＨ３であり、Ｙは酸素であり、ａは＞０且つ整数である。ａ＝１、ｂ＝０、且つｘ＋ｙ＋ｚ＝４であるとき、好ましい例は、Ｘは塩素、且つｘ＝１又はｙ＝１及びｚ＝３であり、より好ましくはＸは塩素、且つｚ＝４である。ａ＝２、ｘ＋ｙ＋ｚ＝６、且つｂ＝０又は１であるとき、ａは好ましくは１〜５、より好ましくは１である）等を含むシランとを含有する第２の更なる燃焼ガスである。
【００２８】
更に、Ｎ２、Ａｒ、Ｈｅ、ＣＯ２等の反応を乱すことのない更なる蒸気又はガスが、好ましくは１０体積％未満存在してもよい。
【００２９】
反応ガスは、反応前に予め混合されることが好ましい。
【００３０】
この目的のために、連続ガスミキサ、例えば、好ましくは静的ミキサを用いることが好ましい。
【００３１】
反応器に供給される反応ガス中のガス状、蒸気状又は揮発性のケイ素含有化合物の比率は、好ましくは１モル％〜２０モル％、より好ましくは１モル％〜１０モル％、特に好ましくは４モル％〜６モル％である。
【００３２】
反応ガス中の有機非ケイ素化合物の含量は、好ましくは５モル％未満、より好ましくは３モル％未満、特に好ましくは２モル％未満、最も好ましくは１モル％未満である。
【００３３】
反応ガス中の無機非ケイ素化合物の含量は、好ましくは１重量％未満、より好ましくは１０ｐｐｍ未満、特に好ましくは５００ｐｐｂ未満、最も好ましくは５ｐｐｂ未満である。
【００３４】
反応ガス中のホウ素化合物の含量は、ホウ素に基づいて、好ましくは１００ｐｐｍ未満、より好ましくは５０ｐｐｍ未満、特に好ましくは１０ｐｐｍ未満である。
【００３５】
反応ガス中のゲルマニウム化合物の含量は、ゲルマニウムに基づいて、好ましくは１００ｐｐｍ未満、より好ましくは５０ｐｐｍ未満、特に好ましくは１０ｐｐｍ未満である。
【００３６】
反応ガス中のチタン化合物の含量は、チタンに基づいて、好ましくは１００ｐｐｍ未満、より好ましくは５０ｐｐｍ未満、特に好ましくは１０ｐｐｍ未満である。
【００３７】
反応ガス中の鉄化合物の含量は、鉄に基づいて、好ましくは１００ｐｐｍ未満、より好ましくは５０ｐｐｍ未満、特に好ましくは１０ｐｐｍ未満である。
【００３８】
反応ガス中のアルミニウム化合物の含量は、アルミニウムに基づいて、好ましくは１００ｐｐｍ未満、より好ましくは５０ｐｐｍ未満、特に好ましくは１０ｐｐｍ未満である。
【００３９】
反応ガス中のスズ化合物の含量は、スズに基づいて、好ましくは１００ｐｐｍ未満、より好ましくは５０ｐｐｍ未満、特に好ましくは１０ｐｐｍ未満である。
【００４０】
反応ガス中のヒ素化合物の含量は、ヒ素に基づいて、好ましくは１００ｐｐｍ未満、より好ましくは５０ｐｐｍ未満、特に好ましくは１０ｐｐｍ未満である。
【００４１】
反応ガス中の硫黄化合物の含量は、硫黄に基づいて、好ましくは１，０００ｐｐｍ未満、より好ましくは５００ｐｐｍ未満、特に好ましくは１００ｐｐｍ未満である。
【００４２】
反応ガス中のリン化合物の含量は、リンに基づいて、好ましくは１，０００ｐｐｍ未満、より好ましくは５００ｐｐｍ未満、特に好ましくは１００ｐｐｍ未満である。
【００４３】
反応に供給される反応ガス中の酸素の比率は、好ましくは１０モル％〜５０モル％、好ましくは１５モル％〜３０モル％、より好ましくは１６モル％〜２１モル％である。
【００４４】
反応に供給される反応ガス中の燃焼ガスの比率は、好ましくは１モル％〜２５モル％、より好ましくは５モル％〜１５モル％、特に好ましくは４モル％〜１３モル％、最も好ましくは５モル％〜８モル％である。
【００４５】
少なくとも１つの好ましくはガス状若しくは蒸気状のケイ素化合物、又はケイ素化合物の混合物を含む反応ガスが、反応器チャンバ又は炎中に導入される量は、好ましくは１００ｍ３（ＳＴＰ）／時間〜５，０００ｍ３（ＳＴＰ）／時間、より好ましくは５００ｍ３（ＳＴＰ）／時間〜４，０００ｍ３（ＳＴＰ）／時間、特に好ましくは１，０００ｍ３（ＳＴＰ）／時間〜３，０００ｍ３（ＳＴＰ）／時間である。
【００４６】
反応ガスは、燃焼ガスとして、好ましくは４モル％〜１５モル％、好ましくは４モル％〜１０モル％の水素を含有することが好ましい。
【００４７】
反応器チャンバにおいて、反応ガスの逆流は、ガス全体の５０体積％未満、より好ましくは１０体積％未満、更により好ましくは１体積％未満、特に好ましくは０．１体積％未満であることが好ましい。測定可能な逆流が生じないことが非常に好ましい。
【００４８】
ノズルにおけるガス流出速度は、最低限であることが好ましい。
【００４９】
反応器チャンバにおけるガス流出速度は、最低限であることが好ましい。
【００５０】
反応ガスは、蒸気の形態で、又はガスの形態で添加されることが好ましい。
【００５１】
反応ガスは、反応器に入る前に予め混合されることが好ましく、予め均質に混合されることが好ましい。反応ガスは、ノズル内の反応器に導入されるガス流において、予め混合されることが好ましく、予め激しく混合されることが特に好ましい。
【００５２】
好ましい実施形態では、熱蒸気を添加することにより、熱プロセスガスが反応器内でクエンチされる、即ち、水によって反応が穏やかになる、又は停止する。前記熱蒸気は、好ましくは僅かに過熱され、空気（好ましくは熱気）で希釈されていることが好ましい。
【００５３】
ケイ素化合物の例としては、四塩化ケイ素、三塩化シラン（ハイドロジェンシリコントリクロリド）、メチルシリコントリクロリド、及びこれらの混合物が好適に挙げられる。経済的実行可能性及び品質上の理由により、主成分として四塩化ケイ素を含む混合物が好ましい。
【００５４】
シランは、非晶質、多結晶質又は単結晶質のケイ素金属、例えば、電子産業、半導体産業又は光電池産業用のケイ素の調製に役立つプロセスから得られることが好ましい。
【００５５】
更に好ましい実施形態では、シランは、例えば、建設産業、コーティング材料産業、又は自動車産業等で、ポリジメチルシロキサン等のシリコーンオイル、架橋ポリジメチルシロキサン等のシリコーンゴム、又はシリコーン樹脂等のシリコーンを調製するための原材料として、メチルクロロシランの調製に役立つプロセスから得られることが好ましい。
【００５６】
したがって、前記調製プロセスのために、ケイ素化合物又はその混合物は、メタン、エタン、イソプロパン、ｎ−プロパン、イソブタン、ｎ−ブタン、エテン、エチン、プロペン、イソブテン、及びｎ−ブテン等のガス状、蒸気状、又は蒸発性且つ揮発性の不純物、並びに他の高級イソ−、ｎ−若しくはネオ−アルカン、−アルケン、及び−アルキン、低級アルコール（例えばメタノール、エタノール、プロパノール）、若しくはこれらの混合物等、又はアルキル置換、任意でハロアルキル置換、例えばクロロアルキル置換されたガス状、蒸気状、又は蒸発性の有機ケイ素化合物、又は水素、又は窒素、又はアルゴン、又は天然ガス、又は一酸化炭素若しくは二酸化炭素等の炭素酸化物を含んでもよい。
【００５７】
好ましい実施形態では、これは、四塩化ケイ素、ケイ素金属、及び水素を形成するための、温度５００℃超、好ましくは７００℃超、より好ましくは８５０℃超における三塩化シランの不均化及び変換から得られる四塩化ケイ素であってもよい。四塩化ケイ素は、蒸留により除去及び精製することができる。
【００５８】
技術的及び経済的理由により、又は製品の品質上の理由によって好ましい実施形態では、ケイ素含有化合物、又はこれらの混合物、又はシランの四塩化ケイ素含量は、１０体積％超、より好ましくは９０体積％超、更により好ましくは９５体積％超、最も好ましくは９９体積％超であり、この場合、混合物中の残りの比率は、三塩化シラン及びジクロロシラン（ジハイドロジェンケイ素二塩化物）であってもよい。
【００５９】
経済的理由によって好ましい、及び多量のメチルシリコントリクロリドが存在し得る別の実施形態では、メチルシリコントリクロリドが好ましく、濃度１０モル％超のメチルシリコントリクロリドが特に好ましい。
【００６０】
経済的理由によって好ましい、及び多量の三塩化シランが存在し得る別の実施形態では、三塩化シランが好ましい。
【００６１】
経済的理由によって好ましい別の実施形態では、四塩化ケイ素と三塩化シランとの混合物が好ましい。
【００６２】
経済的理由によって好ましい別の実施形態では、四塩化ケイ素とメチルシリコントリクロリドと三塩化シランとの混合物が好ましい。
【００６３】
特に好ましい実施形態では、好ましくは８０モル％以下の三塩化シラン、更により好ましくは２０モル％以下の三塩化シラン、特に好ましくは１０モル％以下の三塩化シランを含有する混合物が用いられる。
【００６４】
別の好ましい実施形態では、３０モル％の三塩化シランを含有する混合物が用いられる。
【００６５】
別の特に好ましい実施形態では、１０モル％超のメチルシリコントリクロリド、更により好ましくは２０モル％超のメチルシリコントリクロリド、特に好ましくは５０モル％超のメチルシリコントリクロリドを含有する混合物が用いられる。
【００６６】
別の好ましい実施形態では、４０モル％超のメチルシリコントリクロリド、最も好ましくは４５モル％のメチルシリコントリクロリドを含有する混合物が用いられる。次いで、これら混合物は、メチルシリコントリクロリド以外の炭素含有ケイ素化合物を好ましくは２０モル％未満、好ましくは１０モル％未満、より好ましくは５モル％未満、水素含有ケイ素化合物を２０モル％未満、好ましくは１０モル％未満、より好ましくは５モル％未満、及び任意で置換されている非ケイ素含有炭化水素を５モル％未満含有する。
【００６７】
別の好ましい実施形態では、４０モル％超の四塩化ケイ素、最も好ましくは４５モル％の四塩化ケイ素を含有する混合物が用いられる。次いで、これら混合物は、炭素含有ケイ素化合物を好ましくは２０モル％未満、好ましくは１０モル％未満、より好ましくは５モル％未満、水素含有ケイ素化合物を２０モル％未満、好ましくは１０モル％未満、より好ましくは５モル％未満、及び任意で置換されている非ケイ素含有炭化水素を５モル％未満含有する。
【００６８】
本発明の好ましい実施形態では、ガス混合物は、５００ｍ３（ＳＴＰ）／時間〜５，０００ｍ３（ＳＴＰ）／時間、好ましくは７５０ｍ３（ＳＴＰ）／時間〜３，０００ｍ３（ＳＴＰ）／時間、より好ましくは１，０００ｍ３（ＳＴＰ）／時間〜２，５００ｍ３（ＳＴＰ）／時間の投入速度のノズルから、１０ｍ／秒〜１００ｍ／秒、好ましくは３０ｍ／秒〜７０ｍ／秒のガス速度で、燃焼チャンバの上端においてノズルを介してバーナーチャンバに入り、前記ガス混合物は、好ましくは０．１モル％〜１００モル％、より好ましくは１モル％〜５０モル％、更により好ましくは１モル％〜５モル％の四塩化ケイ素、０モル％〜１００モル％、より好ましくは１モル％〜５モル％のメチルトリクロロシラン、１モル％〜２０モル％、好ましくは２．５モル％〜１５モル％の水素、０．００１モル％〜１５モル％、好ましくは１モル％〜１０モル％の二酸化炭素、１０モル％〜３０モル％、好ましくは１５モル％〜２５モル％の酸素、５０モル％〜１００モル％、好ましくは６５モル％〜７５モル％の窒素、０モル％〜５０モル％、より好ましくは０．１モル％〜１０モル％、最も好ましくは０．５モル％〜５モル％のハイドロジェンメチルジクロロシラン、０．００１モル％〜１００モル％、より好ましくは０．１モル％〜１０モル％の三塩化シラン、０モル％〜５０モル％、より好ましくは０．１モル％〜１０モル％のテトラメチルシラン、０モル％〜５０モル％、より好ましくは０．１モル％〜１０モル％のトリメチルクロロシラン、及び０モル％〜２０モル％、より好ましくは０．５モル％〜１０モル％の、アルカン、アルケン、又はハロアルキルの混合物、即ち、例えばプロパンとブタンとペンタンとの混合物、プロペンとブテンとペンテンとの混合物、及びクロロプロパンとクロロブタンとクロロペンタンとの混合物等を含み、前記燃焼チャンバの体積は、１ｍ３〜１０ｍ３、より好ましくは２．５ｍ３〜５ｍ３であり、高さに対する体積の比は０．１ｍ３〜１ｍ３、より好ましくは０．２５ｍ３〜０．７５ｍ３であり、断面積は０．１ｍ３〜１ｍ３、より好ましくは０．２５ｍ３〜０．７５ｍ３であり、前記ガス混合物は、１，０００℃〜２，０００℃の燃焼チャンバ内で反応する。
【００６９】
反応器内で用いるための酸素は、周囲雰囲気の空気から得られることが好ましい。これは、空気が反応器に供給されることが好ましいことを意味する。例えば、純酸素Ｏ２を添加することにより、又は２０体積％超の酸素Ｏ２を含有する空気を添加することにより、反応器中の空気中の酸素Ｏ２を２０体積％超に濃縮することができる。
【００７０】
空気は、そのまま用いてもよく、温度０℃未満、好ましくは−１０℃未満、より好ましくは−２０℃未満で水を凝結及び／又は吸収させることにより予め乾燥させてもよい。
【００７１】
ヒュームドシリカを製造する方法の好ましい実施形態では、反応ガスを吐出する反応器ノズルを環状に取り囲む更なる反応器ノズルを用いて、純酸素、空気若しくは空気−酸素混合物を更に供給するか、又は窒素、空気若しくは空気−窒素混合物を更に供給する。
【００７２】
ヒュームドシリカを製造する方法の好ましい実施形態では、燃焼チャンバの上端のノズルで外側の燃焼チャンバに更に空気を導入してもよい。
【００７３】
反応器チャンバは、好ましくは開放され、且つ大気圧による交換は制限されない。
【００７４】
好ましい実施形態では、反応で形成される塩化水素ＨＣｌは、吸収及び脱離により回収され、精製、乾燥、及び再利用される。
【００７５】
更なる好ましい実施形態では、上記のように得られた乾燥塩化水素ＨＣｌを用いて、ケイ素金属から、好ましくは四塩化ケイ素、三塩化シラン、ジクロロシラン、及びモノクロルシラン、特に好ましくは三塩化シラン等のクロロシランを調製する。
【００７６】
好ましい使用例は、一般的に単純化された経験式
Ｓｉ＋３ＨＣｌ→ＨＳｉＣｌ３＋Ｈ２
（四塩化ケイ素、三塩化シラン及び他のもの等の反応副生成物を形成する場合がある）によるメチルクロロシランの反応及び生成、又は一般的に単純化された経験式
ＨＣｌ＋ＣＨ３ＯＨ→ＣＨ３Ｃｌ＋Ｈ２Ｏ
によるメチルクロロシランの反応及び生成が挙げられ、塩化メチル及び水の分離後、任意で乾燥させた塩化メチルは、金属ケイ素との反応に用いられ、任意で触媒及び促進剤、例えば銅化合物又はスズ化合物を添加してもよい
Ｓｉ＋２ＣＨ３Ｃｌ→（ＣＨ３）２ＳｉＣｌ２
（メチルシリコントリクロリドＣＨ３ＳｉＣｌ３、トリメチルケイ素塩化物（ＣＨ３）３ＳｉＣｌ、及び他のもの等の反応副生成物を形成する場合がある）。
【００７７】
本発明のヒュームドシリカの本発明の製造のための本発明の化学反応の例は、反応領域の温度が１，０００℃〜２，０００℃に達する大気酸素による燃焼ガスの酸化、ａ＝１、Ｘ＝Ｃｌ、且つｚ＝４のとき、形成される水による高温加水分解、又はシランの酸化、並びにａ、ｂ、ｘ、ｙ、及びｚが他の値であるとき、形成される水によるＳｉ−Ｘ結合の高温加水分解である。
【００７８】
反応の好ましい例は、以下の通りである。
水の形成
Ｏ２＋２Ｈ２→２Ｈ２Ｏ
高温加水分解
ＳｉＣｌ４＋２Ｈ２Ｏ→４ＨＣｌ＋ＳｉＯ２（ヒュームドシリカ）
酸化及び高温加水分解
ＨＳｉＣｌ３＋Ｏ２＋Ｈ２→３ＨＣｌ＋ＳｉＯ２（ヒュームドシリカ）
酸化、二酸化炭素の形成、及び高温加水分酸
ＣＨ３ＳｉＣｌ３＋２Ｏ２→３ＨＣｌ＋ＣＯ２＋ＳｉＯ２（ヒュームドシリカ）。
【００７９】
好ましい実施形態では、反応領域の大きさは、燃焼ガスの量を変化させることにより変動し得る。
【００８０】
本発明の更なる好ましい実施形態では、反応混合物を、好ましくは燃焼チャンバの下端の領域において、燃焼チャンバの外に導き、好ましくは吸引し、次いで、前記反応混合物を、好ましくは冷却し、より好ましくはエネルギーを回収しながら冷却し、好ましくは３００℃未満、最も好ましくは２００℃未満の温度に冷却し、次いで、形成される塩化水素の大部分を含有するガスを、好ましくは形成されたヒュームドシリカから除去し、より好ましくはメッシュフィルタを用いることにより除去し、更なる並列プロセス、好ましくは乾燥塩化水素ガスの回収を、より好ましくは環境上の理由により多段階吸収及び脱離プロセスで実施し、その後、同様に環境上の理由により、形成される過剰の塩素ガスＣｌ２を還元させ、更にＣｌ２及びＨＣｌを除去するためのオフガスクリーニングを実施する。
【００８１】
本発明の更なる実施形態では、好ましくは４００℃〜８００℃、より好ましくは５００℃〜７００℃の温度で、好ましくは流動床において、ガスを吹き込むことにより、本発明に従って製造されるヒュームドシリカの精製を実施することが好ましい。
【００８２】
ＢＥＴ比表面積が１００ｍ２／ｇ〜３００ｍ２／ｇであり、１０ｋｇの紙袋に袋詰めした後のタップ密度が３０ｇ／Ｌ〜９０ｇ／Ｌであり、４重量％の水分散液のｐＨが３．６〜４．６であり、４０μｍ超のＭｏｃｋｅｒ法による篩残分が０重量％〜０．０１重量％であり、シリコーンオイル中の増粘作用η／η０が１〜１０であり、未架橋不飽和ポリエステル樹脂の増粘作用η／η０が１〜１０であり、０．３重量％、２５℃、ｐＨ約９．５〜１０．５で超音波分散させた後、１７３°の後方散乱角でＭａｌｖｅｒｎ Ｚｅｔａｓｉｚｅｒ Ｎａｎｏ ＺＳ（登録商標）を用いて測定したときの平均流体力学的球相当径が１００ｎｍ〜５００ｎｍであるヒュームドシリカが、１０ｋｇ／時間〜１，０００ｋｇ／時間の量、７，８８４時間、即ち、時間の８５％が利用可能であるとした場合の年間製造力１００トン／年〜１０，０００トン／年で、本発明に従って得られる方法が好ましい。
【００８３】
反応器チャンバ内の反応器ノズル以外の少なくとも１つの部位において炎に燃焼ガスを添加することにより、残りの酸素及び塩素ガスを更に継続して燃焼させることが好ましい。更なる燃焼ガス、例えば水素を反応器チャンバ内の異なる位置における反応領域に添加し得ることが好ましい。この追加の水素を用いて、反応器内で形成される塩素Ｃｌ２をＨＣｌに還元することが好ましい。
別の好ましい実施形態では、反応器チャンバ以外の少なくとも１つの部位において炎温度を下回る温度の燃焼ガスを添加することにより、残りの酸素及び塩素ガスを更に継続して燃焼させる。
この追加の水素を用いて、反応器内で形成される塩素Ｃｌ２をＨＣｌに還元することが好ましい。
塩素の減少が、好ましくは１０重量％未満、より好ましくは５重量％未満、更により好ましくは１重量％未満であるシリカの製造プロセスが好ましい。
【００８４】
この追加的に添加される水素は、窒素を含有し得ることが好ましく、該窒素は、０．００１体積％〜９０体積％が好ましく、３０体積％〜７０体積％がより好ましい。
【００８５】
別の好ましい実施形態では、水素は、窒素Ｎ２を全く含有しない。
【００８６】
好ましくは、水素が燃焼ガスとして反応器に供給される。
【００８７】
水素のみを用い、更なる燃焼ガスを用いないことが好ましい。これは、一酸化炭素ＣＯ等の炭素酸化物の形成、及び例えば塩素化ジベンゾジオキシン等の塩素化芳香族炭化水素の形成を防ぐことが好ましい。
【００８８】
可能な一実施形態では、この水素は、例えばメタノールを二酸化炭素ＣＯ２及び水素に、触媒を用いて熱変換することから得られる。
【００８９】
更に好ましい可能な実施形態では、この水素は、炭化水素及び水を二酸化炭素ＣＯ２及び水素に、触媒を用いて熱変換することから得られる。二酸化炭素ＣＯ２は、吸収及び吸着により除去することができ、それによって、水素を精製することができる。
【００９０】
別の好ましい実施形態では、この水素は、温度５００℃超、好ましくは７００℃超、より好ましくは８５０℃超で三塩化シランを不均化及び反応させて、好ましくは四塩化ケイ素、ケイ素金属、及び水素を形成することから得られる。
【００９１】
また、水素は、他の成分の低温凝結により精製され得ることが好ましい。
【００９２】
別の好ましい実施形態では、三塩化シランを形成するための、ケイ素金属と塩化水素ＨＣｌとの反応で形成される水素が用いられる。
【００９３】
ヒュームドシリカを製造する方法は、好ましくは連続工程である以下の工程を含むことが好ましい：（１）シラン供給、シラン蒸発、任意で空気処理、（２）反応、（３）エネルギー回収及び冷却、（４）任意で、好ましくは１つのサイクロン又は複数のサイクロンによるシリカＳｉＯ２の予備除去、好ましくはフィルタ、好ましくはメッシュフィルタ、より好ましくは表層フィルタによるシリカＳｉＯ２の除去、（５）乾燥機（好ましくは回転ドラム式乾燥機、好ましくは内部で径方向運動と垂直運動を組み合わせた運動を行う乾燥機、又は好ましくは流動床若しくは移動床）において、好ましくは温度１００℃超、より好ましくは３００℃超、最も好ましくは４００℃超、表面ガス速度０．１ｃｍ／秒〜１００ｃｍ／秒、より好ましくは１ｃｍ／秒〜１０ｃｍ／秒の空気、窒素、又は不活性ガス等のガスを供給して、好ましくは塩化水素ＨＣｌの最後の痕跡を除去するためのシリカの精製、例えば、水１００ｍＬ中にシリカ４ｇを懸濁させることにより、ｐＨ測定によって分析的に、塩化水素ＨＣｌの痕跡を測定することが好ましい、（６）好ましくは、例えば、特定の既定量のシリカをサイロ内で混合及び流動化させて、例えば１トン（ｔｏ）〜２０トン（ｔｏ）、好ましくは５トン（ｔｏ）〜１５トン（ｔｏ）の均質なバッチにすることによる均質化、（７）サイロ内における保管、（８）任意で、例えばロール圧縮機、スクリュー圧縮機、ピストン圧縮機、好ましくはロール圧縮機を用いる圧縮、（９）コンテナ（例えば、５ｋｇ〜２０ｋｇの袋、好ましくは多層紙からなる袋であって、任意で１以上の層でコーティングされ、好ましくはポリエチレンコーティングされ、好ましくは小さな穴の開いた袋、又は５０ｋｇ〜５００ｋｇの大袋、好ましくはポリエチレン若しくはポリプロピレンで作製され、好ましくは２プライ若しくは多プライであり、例えば欧州特許第７７３１５９Ｂ１号明細書に記載されている大袋、又は大きなコンテナ、例えば５００ｋｇ〜５，０００ｋｇの容量の、例えばポリエチレン若しくはポリプロピレンで作製された、不純物からシリカを保護するための内容器、内袋若しくはインライナを含むサイロトラック、サイロコンテナ、好ましくはサイロコンテナ等）への輸送。
【００９４】
好ましくは空気、窒素又は不活性ガス等のガスを供給して、ヒュームドシリカを精製するために、例えば塩化水素ＨＣｌを除去するために、シリカを精製してＨＣｌを除去するために、ガスの電気加熱により、又は経済的実行可能性及びエネルギー源の保護の理由によって、水素、メタン、エタン、プロパン、ブタン等の燃焼ガスと、空気又は酸素性ガスを燃焼させることにより、流動床又は移動床においてガス温度を生成させることができ、この目的のために水素を用いることが好ましい。
【００９５】
好ましい実施形態では、反応ガスの反応により形成される水を除いて、プロセス全体において追加の水を添加しない。
【００９６】
別の好ましい実施形態では、ヒュームドシリカの精製前、好ましくは精製中、又は精製後、好ましくはシリカからのＨＣｌの脱離を改善するために、蒸気を更に添加する。
【００９７】
別の好ましい実施形態では、蒸気を添加して標準化し、シリカ表面から残りの反応基を排除して、シリカを安定化させる；これは、同時に、好ましくは大気湿度と反応する方向に、シリカ表面をコンディショニングすることができる。
【００９８】
高密度化プロセス
更に好ましい実施形態では、液体で湿潤させ、次いで乾燥させることにより、シリカを高密度化することができる。
【００９９】
湿潤は、撹拌又は液体への分散により行うことができる。
【０１００】
更なる特に好ましい実施形態では、湿潤は、噴霧により実施することができる。これは、液体を噴霧し、次いで乾燥させることにより、シリカが高密度化されることを意味する。
【０１０１】
ヒュームドシリカを用いることが好ましい。
ヒュームドシリカは、親水性シリカの形態、又は有機ケイ素化合物でシリル化されたシリカの形態のいずれかで用いることができる。
親水性シリカを用いることが好ましい。
【０１０２】
高密度化前の、ＤＩＮに基づくシリカのタップ密度は、好ましくは２０ｇ／Ｌ〜１２０ｇ／Ｌ、より好ましくは２５ｇ／Ｌ〜４５ｇ／Ｌである。
高密度化後の、ＤＩＮに基づくシリカのタップ密度は、好ましくは６０ｇ／Ｌ〜３００ｇ／Ｌ、より好ましくは７０ｇ／Ｌ〜１５０ｇ／Ｌである。
【０１０３】
液体の噴霧は、独国特許第４４１９２３４号明細書に記載されているエアロゾル技術により行われる。
【０１０４】
シリカは、独国特許第４４１９２３４号明細書、米国特許第５，６８６，０５４号明細書、又は独国特許第１０１４５１６２号明細書、米国特許第６，８００，４１３号明細書に記載されているような乾燥技術により乾燥させることが好ましい。
【０１０５】
シリカの高密度化に好ましい液体は、ヘキサメチルジシロキサン等の低粘度且つ低揮発性シロキサン、ｎ−ヘキサン若しくはトルエン等の低粘度且つ低揮発性炭化水素、添加剤により変性されているものを含む低粘度且つ低揮発性アルキルアルコール（例えばメタナール、エタノール、若しくはイソプロパノール等）、アセトン等のケトン、又はテトラヒドロフラン等のエーテル、又は水等のプロトン性溶媒、及びこれらの混合物である。
【０１０６】
好ましい液体は、高誘電率、より好ましくは２０超の誘電率を有する液体である。
【０１０７】
好ましい液体は、高密度、より好ましくは０．９ｇ／ｃｍ３超の密度を有する液体である。
【０１０８】
好ましい液体は、高表面張力、より好ましくは４０ｍＮ／ｍ超の表面張力を有する液体である。
【０１０９】
本発明に従って製造されるヒュームドシリカは、好ましくはＢＥＴに従って測定したときの比表面積が、好ましくは３０ｍ２／ｇ〜５００ｍ２／ｇ、より好ましくは７０ｍ２／ｇ〜３３０ｍ２／ｇ、更により好ましくは８０ｍ２／ｇ〜２３０ｍ２／ｇ、特に好ましくは１３０ｍ２／ｇ〜１７０ｍ２／ｇであり、好ましくは流体力学的球相当径として測定したときの平均凝集粒径が、好ましくは５０ｎｍ〜５００ｎｍ、より好ましくは１２０ｎｍ〜３５０ｎｍ、特に好ましくは１３０ｎｍ〜２００ｎｍであり、液体中の相対増粘作用η／η０が、好ましくは２．０超、より好ましくは４．０超、特に好ましくは６．０超、最も好ましくは７．５超であり、ヒュームドシリカに基づいて、直径が好ましくは１０μｍ超、より好ましくは４０μｍ超である粗粒子の比率が、０．３重量％未満、好ましくは０．０１５重量％未満、より好ましくは０．００８重量％未満であり、シリカ１ｇを含有する水分散液１ミリリットル（ｍＬ又はｃｍ３）当たりの、１０μｍ超、より好ましくは２μｍ超の粗粒子が、１００，０００個未満、好ましくは２０，０００個未満、より好ましくは１０，０００個未満、更により好ましくは５，０００個未満、特に好ましくは１，０００個未満である。
【０１１０】
本発明は、更に、最適に分散したシリコーンオイル中の相対増粘作用η／η０として記載したときの増粘作用が好ましくは２．０超であり、ｐＨ９超における水中流体力学的球相当径が１５０ｎｍ〜３００ｎｍであり、ホウ素含量が１ｐｐｍ未満であり、チタン含量が１ｐｐｍ未満であり、鉄含量が１ｐｐｍ未満であり、アルミニウム含量が１０ｐｐｍ未満であり、ニッケル含量が１ｐｐｍ未満であり、銅含量が１ｐｐｍ未満であり、ゲルマニウム含量が１ｐｐｍ未満であるヒュームドシリカを提供する。
【０１１１】
本発明の方法により製造されるシリカは、好ましくはＢＥＴに従って測定したときの比表面積が、好ましくは３０ｍ２／ｇ〜５００ｍ２／ｇ、より好ましくは７０ｍ２／ｇ〜３３０ｍ２／ｇ、更により好ましくは８０ｍ２／ｇ〜２３０ｍ２／ｇ、特に好ましくは８０ｍ２／ｇ〜１７０ｍ２／ｇであるヒュームドシリカであり、好ましくは流体力学的球相当径として測定したときの平均凝集粒径が、１００ｎｍ〜５００ｎｍ、好ましくは１５０ｎｍ〜３５０ｎｍ、より好ましくは１５０ｎｍ〜２５０ｎｍであるヒュームドシリカであり、好ましくは上記のように測定したときの液体中の相対増粘作用η／η０が、好ましくは２．０超、より好ましくは４．０超、特に好ましくは６．０超、最も好ましくは７．５超であるヒュームドシリカであり、ヒュームドシリカに基づいて、直径が好ましくは１０μｍ超、より好ましくは４０μｍ超である粗粒子の比率が、０．０３重量％未満、好ましくは０．０１５重量％未満、より好ましくは０．００５重量％未満であるヒュームドシリカであり、好ましくは１重量％〜５０重量％、より好ましくは１０重量％のシリカ水分散液に基づいて、１ミリリットル（ｍＬ又はｃｍ３）当たりの１０μｍ超、より好ましくは１．５μｍ超、更により好ましくは１．０μｍ超、特に好ましくは０．５６μｍ超の粗粒子が、１００，０００個未満、好ましくは２０，０００個未満、より好ましくは１０，０００個未満、更により好ましくは５，０００個未満、特に好ましくは１，０００個未満であるヒュームドシリカである。
【０１１２】
更に、本発明に従って製造されるヒュームドシリカは、粗焼結粒子の比率が、好ましくは０．０５重量％未満、より好ましくは０．０３重量％未満、特に好ましくは０．０１５重量％未満、最も好ましくは０．００８重量％未満であることが好ましい。好適な試験方法の一例は、例えば、Ｍｏｃｋｅｒ法による篩残分（４０μｍ超の大きさ）の重量測定である。
【０１１３】
本発明に従って製造されるヒュームドシリカは、密度が２００ｇ／Ｌ〜２，５００ｇ／Ｌであり、直径が０．５μｍ〜５００μｍである粗焼結粒子を、好ましくは０．０５重量％未満、より好ましくは０．０３重量％未満、更により好ましくは０．０１５重量％未満、最も好ましくは０．００８重量％未満含有する。好適な試験方法の一例は、例えばＬＵＭｉｆｕｇｅ（登録商標）機器等の光学遠心分離機の使用である。
【０１１４】
本発明に従って製造されるヒュームドシリカ、及びそれから製造される水分散液、又はかかる分散液に基づく化学配合に、例えば超音波チップ、超音波変換機又は超音波ホモジナイザを用いて、好ましくは１分間超、より好ましくは２分間〜５分間、最適に分散させ、且つｐＨ９〜１１、好ましくはｐＨ９．９〜１０．２で、好ましくはアルカリ安定化により最適に安定化させた後、また微細ヒュームドシリカ、非シリカ粒子、並びに密度が２００ｇ／Ｌ〜２，５００ｇ／Ｌであり、直径が０．５μｍ〜５００μｍである粗焼結粒子及び／又は高密度焼結粒子等のシリカ粗粒子を除去した後、大きな粒子を測定するための市販の計数プロセスにより、例えば、白色光又はレーザー光等の消光プロセスに基づいて、分散液の調製に用いられる水の粒子のブランク値を減じた後、１ｍＬ当たり１０μｍ超、より好ましくは１．５μｍ超、更により好ましくは１．０μｍ超、特に好ましくは０．５６μｍ超の粒子は、好ましくは１０，０００個未満、より好ましくは２，０００個未満、特に好ましくは１，０００個未満、更により好ましくは５００個未満、非常に好ましくは１００個未満が存在する。
【０１１５】
ヒュームドシリカは、１０ｇ／Ｌ〜２００ｇ／Ｌの密度及び１μｍ〜５００μｍの直径を有する凝集塊及びフレークを含有することが好ましい。
【０１１６】
シリカ凝集塊の大きさは、好ましくは、水分散液中のシリカに対する、又は乾燥エアロゾル若しくは粉末としてのシリカに対するフラウンホーファー光回折によるか、又は篩分け法により測定することができる。好適な機器は、例えば、Ｍａｌｖｅｒｎ（登録商標）、Ｓｙｍｐａｔｅｃ（登録商標）、Ｃｏｕｌｔｅｒ（登録商標）、Ｚｉｌａｓ（登録商標）、又はＨｏｒｉｂａ（登録商標）等により供給されている。
【０１１７】
ヒュームドシリカは、好ましくは非二酸化ケイ素成分の混入が少ないことが好ましい。
【０１１８】
ヒュームドシリカは、シリカ全体に基づいて、任意の非ケイ素元素を１重量％未満、好ましくは０．１重量％未満、より好ましくは０．０１重量％未満、更により好ましくは１０重量ｐｐｍ未満、特に好ましくは１重量ｐｐｍ未満含有する。
【０１１９】
更に、本発明に従って製造されるシリカのアルミニウム含量は、シリカ全体に基づいて１０重量ｐｐｍ未満、好ましくは１ｐｐｍ未満であり、ホウ素含量は、１０重量ｐｐｍ未満、好ましくは１ｐｐｍ未満であり、チタン含量は、１重量ｐｐｍ未満、好ましくは２００ｐｐｂ未満であり、鉄、コバルト、ニッケル、及び銅含量は、１重量ｐｐｍ未満、好ましくは２００ｐｐｂ未満である。
【０１２０】
製造されるシリカは、好ましくは、ＢＥＴに従って測定された比表面積ＳＯ及び物質密度ρ２，２００ｇ／Ｌから、ｄ＝６／（ρ×ＳＯ）に従って計算される一次粒径ｄ又はザウター（Ｓａｕｔｅｒ）粒径ｄが５〜１００ｎｍであり、ＢＥＴにより測定される比表面積が３０ｍ２／ｇ〜５００ｍ２／ｇであり、上記のように測定される、又は５ｍＰａｓ未満の粘度を有する純粋な形態の液体懸濁液、例えば懸濁水溶液若しくはアルコール懸濁液中で測定される動的光散乱法、光相関分光法若しくは準弾性光散乱法により測定される、一次粒子から形成される好ましくは安定に焼結された凝集塊の流体力学的粒径が１００ｎｍ〜５００ｎｍであるか、又は空気又はガス中で測定される空気力学的直径が１００ｎｍ〜１，０００ｎｍであるか、又はレオロジーを介して測定される直径が１００ｎｍ超であり、フラウンホーファー光回折により測定したとき凝集体から形成される凝集塊の幾何学的直径が、水、アルコール又は油等の流体中では５００ｎｍ〜１００μｍであり、空気又はガス中で測定したときは１μｍ〜１ｍｍである。
【０１２１】
製造されるシリカは、表面積のフラクタル次元が、３未満、好ましくは１．９〜２．７、より好ましくは２．０〜２．１であることが好ましい。
【０１２２】
製造されるシリカは、質量のフラクタル次元が、３未満、好ましくは１．５〜２．８、より好ましくは１．８〜２．３、特に好ましくは１．９〜２．１であることが好ましい。
【０１２３】
製造されるシリカの表面シラノール基ＳｉＯＨ含量は、１．５〜２．０、好ましくは１．７〜１．９であり、これは、ＢＥＴによって測定される比表面積１ｎｍ２当たりのＳｉＯＨであるか、又はＳｅａｒｓ法に基づく滴定方法を用いて酸性ＳｉＯＨとして測定される。
【０１２４】
シリカは、好ましくは塩素化多環式芳香族炭化水素を全く含有せず、より好ましくは酸素原子を含むものを含有しない。
【０１２５】
より好ましくは、塩素化芳香族ジオキシン及びフランの含量は、１重量ｐｐｂ未満である。
【０１２６】
性質の分析
好ましくは、ヒュームドシリカの相対増粘作用η／η０は、２５℃の温度で測定されるヒュームドシリカを含む液体媒体の粘度ηと、２５℃の温度で測定されるヒュームドシリカを含まない液体媒体の粘度η０との比率として測定される。液体媒体の例は、例えば約６５重量％のポリエステル樹脂、例えば無水オルトフタル酸及び無水マレイン酸、及び例えば１，２−プロパンジオール等のジオールの縮合生成物等と、一方、例えば約３５重量％の溶媒、例えば、例えばモノスチレン等の反応性モノマー、又は例えば好ましくはポリジメチルシロキサン、好ましくはトリメチルシロキシ基で末端保護されているもの等のシリコーンオイル、好ましくは２５℃における粘度が０．５Ｐａｓ〜５．０Ｐａｓ、より好ましくは０．９Ｐａｓ〜２．１Ｐａｓ、更により好ましくは約１．０Ｐａｓである溶媒等との混合物である。液体媒体中のヒュームドシリカの量は、好ましくは１重量％〜５重量％、より好ましくは１．８重量％〜３．４重量％、最も好ましくは２重量％である。
【０１２７】
粘度は、２５℃の温度で、同じ一定の剪断速度、好ましくは０．５ｌ／秒〜２００ｌ／秒、より好ましくは０．９ｌ／秒〜２０ｌ／秒、更により好ましくは１０ｌ／秒の一定の剪断速度で測定されることが好ましい。
【０１２８】
ヒュームドシリカは、好ましくは最適な分散で、例えば周速が４ｍ／秒〜２０ｍ／秒、好ましくは１１ｍ／秒である鋸歯状ディスク溶解機を用いて、好ましくは最適な期間、より好ましくは３分間〜１０分間、最も好ましくは５分間、液体媒体に分散させる。
【０１２９】
平均凝集粒径は、好ましくは平均流体力学的球相当径として測定され、好ましくは光相関分光法、動的光散乱法又は準弾性光散乱法により、角度１°〜１７９°、好ましくは約９０°で測定され、又は別の好ましい実施形態では、後方散乱角度１７０°〜１７９°、好ましくは１７３°で、例えば、Ｍａｌｖｅｒｎ Ｚｅｔａｓｉｚｅｒ（登録商標）又はＭａｌｖｅｒｎ Ｎａｎｏｓｉｚｅｒ（登録商標）機器を用いて、例えば、キュムラント解析又は標準的なアルゴリズムによりＺ−平均値が読み取られるか、又は平均凝集体粒径として測定され、好ましくはアンモニアを用いて、好ましくはｐＨ９超、より好ましくは約ｐＨ１０超に調整されているアルカリ性水に０．００１重量％〜５重量％、好ましくは約０．３重量％で分散させた後、好ましくは１００毎分回転数〜５００毎分回転数、より好ましくは３００毎分回転数であるマグネチックスターラを用い、超音波、好ましくは出力が７５％〜９５％、より好ましくは９０％である超音波チップ、例えばＢａｎｄｅｌｉｎ ＵＭ６０超音波チップ等を用いて、１分間〜１５分間、好ましくは５分間〜１０分間、より好ましくは５分間分散させた後、２５℃の温度で測定される。
【０１３０】
粗粒子の比率、例えば焼結粒子の比率は、重量測定により決定されることが好ましい。本明細書において好適な試験方法の例は、メッシュサイズが１００μｍ以下、好ましくは４０μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以下である篩を用いて、水でスラリー化したシリカを篩分けした後の篩残分を重量測定することである。この方法の特に好ましい例は、Ｍｏｃｋｅｒ法であり、例えば噴流水を用いて、４０μｍの篩で粗粒子を篩分けする（計量後、４０μｍ超の篩残分が重量測定により得られる）。
【０１３１】
粗粒子の比率は、密度が１００ｇ／Ｌ〜２５０ｇ／Ｌ、好ましくは２００ｇ／Ｌ〜２，５００ｇ／Ｌであり、直径が０．５μｍ〜５００μｍ、好ましくは２μｍ〜１００μｍである焼結粗粒子として決定されることが好ましい。
好適な分析方法の例は、光学遠心分離機、例えばＬＵＭｉｆｕｇｅ（登録商標）機器の使用である。
【０１３２】
好ましくは、本発明のプロセスにより製造されるヒュームドシリカ中の粗粒子の比率は、水分散液、即ち、例えば超音波チップを用いて、分散時間１分間超、好ましくは２．５分間超分散させる等最適に分散させ、且つ例えばｐＨ９〜１１、好ましくはｐＨ９．２〜１０．２でアルカリ安定化させる等最適に安定化させることによりシリカから作製されるかかる分散液に基づく化学配合に対して測定され、大きな粒子を測定するための商業的計数法、例えば白色光又はレーザー光等の例えば消光プロセス又は光散乱プロセスに基づいて、例えばＰＳＭ社（米国オレゴン州）製のＡｃｃｕｓｉｚｅｒ（登録商標）６８０若しくは７８０機器、又はＬｉｑｕｉｌａｚ（登録商標）機器、又はＴｏｐａｓ社（ドイツ）製のＦＡＳ（登録商標）８１５機器を用いて測定される。
【０１３３】
シリカ生成物の品質は、好ましくは、シリカにとって典型的な方法でこれらサンプルをサンプリング及び分析することにより、一定間隔で検査され、分析されるのは、例えばＢＥＴ法によって測定されるか、又は例えばＳｅａｒｓらに記載されているように例えば酸−塩基滴定法等により測定される比表面積；例えば動的光散乱法又は以下に記載する方法等により測定される、例えば流体力学的直径等としての例えば粒径、例えば平均凝集体粒径等；例えば４重量％のシリカ−水分散液のｐＨとして測定されるｐＨ；例えば噴流水及び４０μｍの篩を用いてＭｏｃｋｅｒ法により測定されるか、又は粗粒子の分析のための計数法として、例えば、上記のように白色光又はレーザー光の消光及び計数法を用い測定される、粗粒子成分の篩残分；例えば上記のように、好ましくは所定のプロトコルに従って測定される、例えば液体媒体等における増粘作用等である。
【０１３４】
サンプルは、特定のサンプリング装置で採取されることが好ましい。
【０１３５】
微量のＨＣｌは、例えばシリカ４ｇを水１００ｍＬに懸濁させることにより、ｐＨ測定により分析的に測定されることが好ましい。
【０１３６】
好ましくは、ヒュームドシリカは、非二酸化ケイ素成分の混入が少ないことが好ましい。
【０１３７】
これは、Ｍｏｃｋｅｒ法によって篩残分（４０μｍ超）を評価することにより可視的に評価することができ、好ましくは拡大鏡、より好ましくは、１０μｍ超、好ましくは１μｍ超まで黒色、白色、及び色を可視化する光学顕微鏡を用いて、又は例えば走査型電子顕微鏡又は透過型電子顕微鏡等により、又は四塩化炭素にシリカを懸濁させることにより（ヒュームドシリカ又はヒュームドシリカ分散液は、屈折率が等しいため透明であるように見えるので、例えば肉眼でも見える程、非二酸化ケイ素画分がよりはっきりと見えるようになる）評価するが、拡大鏡又は光学顕微鏡を用いることが好ましい。
【０１３８】
非ケイ素元素は、二酸化ケイ素をフッ化水素酸で発煙させた後、スペクトル分析を用いて質的且つ半定量的に検出されるか、又は誘導結合プラズマ及び光学発光分析又は質量分析を用いて定量的に分析されることが好ましい。
【０１３９】
本発明のプロセスにより製造される本発明のヒュームドシリカは、好ましくは、増粘剤、レオロジー添加剤、チキソトロープ剤、補強充填剤（例えば表面コーティング、塗料及びインク等におけるエラストマー、プラストマー、及び熱硬化性物用）、接着剤、シーリング材、グラスファイバー補強プラスチック、複合材料、ゴム及び他のプラスチックとして；半導体産業における化学機械的平坦化で研磨粒子として；光沢剤として；断熱材として；印刷媒体を製造するための断熱材の原材料として；不浸透性又は多孔性であり得る層及び成形品を製造するための流動助剤として；例えばタイヤ及び靴底等用の、シリコーン、合成ゴム、又は天然ゴムからなる、塗料、コーティング、インク、接着剤、シーリング材、及びゴム用添加剤及び充填剤として使用される。
【０１４０】
本発明のプロセスにより製造される本発明のヒュームドシリカは、塗料及びコーティングの艶消し剤として、並びに接着剤及びシーリング材系に用いられる。
【０１４１】
同時に、驚くべきことに、これら本発明の工場は、より細かく且つより容易に分散可能な三次元構造のヒュームドシリカ粒子を得ることができる、即ち、より細かい凝集体のシリカ粒子が生じ、それによってレオロジー添加剤として、エラストマー、プラストマー、及び樹脂用の補強充填材として、断熱基材として、印刷媒体用コーティング材料としての性質が改善されることが見出されている。
【０１４２】
レオロジー添加剤として及びシーリング材の充填剤としては、５重量％〜１５重量％のシリカが用いられることが好ましく、衛生及び台所区域、窓及び建造物の前面、建造物及び土木技術、機械、並びに用具製造において接合のためのシーリング材として用いられることが好ましい。
【０１４３】
シリカは、光学機器、半導体産業、電気工学、及び電子産業における化学機械的研磨において、金属、セラミック、及びガラスの表面処理において、研磨剤又は光沢剤として用いられることが好ましい。
【０１４４】
本発明は、更に、本発明のシリカを含む成形品、コーティング、又は含浸物を提供する。
【０１４５】
シリカは、コーティング材料、表面層、布地、ポリマー接着剤、シーリング材、ゴム、及び複合材料で用いられることが好ましく、コーティング材料、接着剤、シーリング材、ゴム、及び複合材料では、レオロジー若しくは機械的性質を制御するため、又はレオロジー及び補強を制御するために用いられる。
【０１４６】
本発明は、更に、本発明のシリカを含む粉末又はトナーを提供する。
【０１４７】
シリカは、粉末、トナー、電子写真、消火用粉末で用いられることが好ましく、粉末、トナー、電子写真、消火用粉末では、乾燥自由流若しくは電荷を制御するため、又は乾燥自由流及び電荷を制御するために用いられる。
【図面の簡単な説明】
【０１４８】
【図１】図１は、炎の方向が上端から下方である本発明のフレーム反応器の長手方向断面を示し、ここで１は反応器チャンバを意味し、１．１は反応器の上端部における直径を意味し、１．２は反応器の長さの半分における直径を意味する。１．３は高さを意味し、これは反応器チャンバの長さと等しく、１．４は反応器チャンバの直径を意味する。２はノズル、２．１はノズルの直径を示す。
【実施例】
【０１４９】
（実施例１）
ガス混合物は、ガス速度５８ｍ／秒のノズルから燃焼チャンバの上端のノズルを介してバーナーチャンバに入り、前記燃焼チャンバの長さは４，６５０ｍｍであり、断面積は０．７１ｍ２であり、圧力は外気圧と同程度であり、ガス混合物の温度は１００℃〜２００℃のであり、反応領域の長さは３，８７５ｍｍであり、ガス混合物が燃焼チャンバに導入される速度は２，０８５ｍ３（ＳＴＰ）／時間であり、ガス混合物（メチルトリクロロシラン０．０４９モル％、水素０．０１９モル％、酸素０．１７モル％、及び窒素０．７０モル％を含む）は、１，０００℃〜２，０００℃で前記燃焼チャンバの入り口にて反応する。生成物を前記燃焼チャンバから吸引し、２００℃未満に冷却し、形成されたヒュームドシリカからメッシュフィルタを通して形成された塩化水素ガスを除去し、多段階吸収及び脱離プロセスにおいて乾燥塩化水素ガスを回収し、過剰の塩素ガスを還元させ、オフガスをクリーニングし、４００℃〜８００℃の熱ガスを用いて流動床において残留塩化水素及び他の揮発性化合物を除去した後、以下のヒュームドシリカが得られる：ＢＥＴ比表面積が１５０ｍ２／ｇであり、１０ｋｇの紙袋に袋詰めした後のタップ密度が４３ｇ／Ｌであり、４重量％の水分散液のｐＨが４．２であり、４０μｍ超のＭｏｃｋｅｒ法による篩残分が０．００３重量％であり、シリコーンオイル中の増粘作用η／η０が３．５であり、０．３重量％、温度２５℃、ｐＨ１０で超音波分散させた後、１７３°の後方散乱角でＭａｌｖｅｒｎ Ｚｅｔａｓｉｚｅｒ Ｎａｎｏ ＺＳ（登録商標）を用いて測定したときの平均流体力学的球相当径が２２０ｎｍである。
【０１５０】
（実施例２）
予め混合されているガス混合物は、ガス速度７３ｍ／秒のノズルから燃焼チャンバの上端のノズルを介してバーナーチャンバに入り、前記燃焼チャンバは、その時点の外気圧に対して５０ｍｂａｒ未満のゲージ圧を有し、温度が１００℃〜２００℃である前記ガス混合物は、１，０００℃〜２，０００℃で燃焼チャンバ内にて反応し、前記燃焼チャンバ内の反応物質は、９０体積％超がメチルトリクロロシランであるシラン６体積％と、環境由来の空気８８体積％と（空気の９４体積％程度はノズルから供給され、６体積％程度は、燃焼チャンバの上端においてノズルの外側に存在する更なる供給装置から供給される）、燃焼ガス５体積％（燃焼ガスは、９０体積％超の水素ガスを含有する）とを含む。生成物を前記燃焼チャンバから吸引し、２００℃未満に冷却し、形成されたヒュームドシリカからメッシュフィルタを通して形成された塩化水素ガスを除去し、多段階吸収及び脱離プロセスにおいて乾燥塩化水素ガスを回収し、過剰の塩素ガスを還元させ、オフガスをクリーニングし、４００℃〜８００℃の熱ガスを用いて流動床においてヒュームドシリカを精製した後、以下のヒュームドシリカが得られる：ＢＥＴ比表面積が１５０ｍ２／ｇであり、１０ｋｇの紙袋に袋詰めした後のタップ密度が４０ｇ／Ｌであり、４重量％の水分散液のｐＨが４．１であり、４０μｍ超のＭｏｃｋｅｒ法による篩残分が０．００５重量％であり、シリコーンオイル中の増粘作用η／η０が４．０であり、０．３重量％、温度２５℃、ｐＨ１０で超音波分散させた後、１７３°の後方散乱角でＭａｌｖｅｒｎ Ｚｅｔａｓｉｚｅｒ Ｎａｎｏ ＺＳ（登録商標）を用いて測定したときの平均流体力学的球相当径が２２０ｎｍである。
【０１５１】
（実施例３）
ガス混合物は、投入速度１，６３０ｍ３（ＳＴＰ）／時間で、ガス速度３４ｍ／秒のノズルから燃焼チャンバの上端のノズルを介してバーナーチャンバに入り、前記ガス混合物は、メチルトリクロロシラン４．９モル％、水素５．８モル％、二酸化炭素１．９モル％、酸素１７モル％、及び窒素７０モル％をガスとして含み、前記燃焼チャンバの体積は１．７ｍ３であり、高さに対する体積の比は０．３８ｍ２であり、断面積は０．３８ｍ２であり、前記ガス混合物は、１，０００℃〜２，０００℃で燃焼チャンバ内にて反応する。生成物を前記燃焼チャンバから吸引し、２００℃未満に冷却し、形成されたヒュームドシリカからメッシュフィルタを用いて形成された塩化水素ガスを除去し、多段階吸収及び脱離プロセスにおいて乾燥塩化水素ガスを回収し、過剰の塩素ガスを還元させ、オフガスをクリーニングし、４００℃〜８００℃の熱ガスを用いて流動床においてヒュームドシリカを精製した後、以下のヒュームドシリカが２１７ｋｇ／時間（年間製造力８，８６４時間で１年間当たり１，９２０トンに相当）得られる：ＢＥＴ比表面積が１５０ｍ２／ｇであり、１０ｋｇの紙袋に袋詰めした後のタップ密度が４０ｇ／Ｌであり、４重量％の水分散液のｐＨが４．１であり、４０μｍ超のＭｏｃｋｅｒ法による篩残分が０．００５重量％であり、シリコーンオイル中の増粘作用η／η０が６．５であり、未架橋不飽和ポリエステル樹脂中の増粘作用η／η０が４．５であり、０．３重量％、温度２５℃、ｐＨ１０で超音波分散させた後、１７３°の後方散乱角でＭａｌｖｅｒｎ Ｚｅｔａｓｉｚｅｒ Ｎａｎｏ ＺＳ（登録商標）を用いて測定したときの平均流体力学的球相当径が２２０ｎｍである。
【０１５２】
（実施例４）
ガス混合物は、投入速度１，６３０ｍ３（ＳＴＰ）／時間で、ガス速度３４ｍ／秒のノズルから燃焼チャンバの上端のノズルを介してバーナーチャンバに入り、前記ガス混合物は、メチルトリクロロシラン４．９モル％、水素５．８モル％、酸素１７モル％、及び窒素７１．９モル％をガスとして含み、前記燃焼チャンバの体積は１．７ｍ３であり、高さに対する体積の比は０．３８ｍ２であり、断面積は０．３８ｍ２であり、前記ガス混合物は、１，０００℃〜２，０００℃で燃焼チャンバ内にて反応する。生成物を前記燃焼チャンバから吸引し、２００℃未満に冷却し、形成されたヒュームドシリカからメッシュフィルタを用いて形成された塩化水素ガスを除去し、多段階吸収及び脱離プロセスにおいて乾燥塩化水素ガスを回収し、過剰の塩素ガスを還元させ、オフガスをクリーニングし、４００℃〜８００℃の熱ガスを用いて流動床においてヒュームドシリカを精製した後、以下のヒュームドシリカが２１７ｋｇ／時間（年間製造力８，８６４時間で１年間当たり１，９２０トンに相当）得られる：ＢＥＴ比表面積が１５０ｍ２／ｇであり、１０ｋｇの紙袋に袋詰めした後のタップ密度が４０ｇ／Ｌであり、４重量％の水分散液のｐＨが４．１であり、４０μｍ超のＭｏｃｋｅｒ法による篩残分が０．００５重量％であり、シリコーンオイル中の増粘作用η／η０が６．５であり、未架橋不飽和ポリエステル樹脂中の増粘作用η／η０が４．５であり、０．３重量％、温度２５℃、ｐＨ１０で超音波分散させた後、１７３°の後方散乱角でＭａｌｖｅｒｎ Ｚｅｔａｓｉｚｅｒ Ｎａｎｏ ＺＳ（登録商標）を用いて測定したときの平均流体力学的球相当径が２２０ｎｍである。
【０１５３】
（実施例５）
ガス混合物は、投入速度１，４０５ｍ３（ＳＴＰ）／時間で、ガス速度３４ｍ／秒のノズルから燃焼チャンバの上端のノズルを介してバーナーチャンバに入り、前記ガス混合物は、四塩化ケイ素４．３モル％、水素１２モル％、二酸化炭素４モル％、酸素１６モル％、及び窒素６４モル％をガスとして含み、前記燃焼チャンバの体積は１．７ｍ３、高さに対する体積の比は０．３８ｍ２、断面積は０．３８ｍ２であり、１，０００℃〜２，０００℃で燃焼チャンバ内にて反応する。生成物を前記燃焼チャンバから吸引し、２００℃未満に冷却し、形成されたヒュームドシリカからメッシュフィルタを用いて形成された塩化水素ガスを除去し、多段階吸収及び脱離プロセスにおいて乾燥塩化水素ガスを回収し、過剰の塩素ガスを還元させ、オフガスをクリーニングし、４００℃〜８００℃の熱ガスを用いて流動床においてヒュームドシリカを精製した後、以下のヒュームドシリカが１６１ｋｇ／時間（年間製造力８，８６４時間で１年間当たり１，４２０トンに相当）得られる：ＢＥＴ比表面積が１５０ｍ２／ｇであり、１０ｋｇの紙袋に袋詰めした後のタップ密度が４０ｇ／Ｌであり、４重量％の水分散液のｐＨが４．１であり、４０μｍ超のＭｏｃｋｅｒ法による篩残分が０．００５重量％であり、シリコーンオイル中の増粘作用η／η０が６．５であり、未架橋不飽和ポリエステル樹脂中の増粘作用η／η０が４．５であり、０．３重量％、温度２５℃、ｐＨ１０で超音波分散させた後、１７３°の後方散乱角でＭａｌｖｅｒｎ Ｚｅｔａｓｉｚｅｒ Ｎａｎｏ ＺＳ（登録商標）を用いて測定したときの平均流体力学的球相当径が２２０ｎｍである。
【０１５４】
（実施例６）
ガス混合物は、投入速度１，４０５ｍ３（ＳＴＰ）／時間で、ガス速度３４ｍ／秒のノズルから燃焼チャンバの上端のノズルを介してバーナーチャンバに入り、前記ガス混合物は、四塩化ケイ素４．３モル％、水素１２モル％、酸素１６モル％、及び窒素６８モル％をガスとして含み、前記燃焼チャンバの体積は１．７ｍ３であり、高さに対する体積の比は０．３８ｍ２であり、断面積は０．３８ｍ２であり、前記ガス混合物は、１，０００℃〜２，０００℃で燃焼チャンバ内にて反応する。生成物を前記燃焼チャンバから吸引し、２００℃未満に冷却し、形成されたヒュームドシリカからメッシュフィルタを用いて形成された塩化水素ガスを除去し、多段階吸収及び脱離プロセスにおいて乾燥塩化水素ガスを回収し、過剰の塩素ガスを還元させ、オフガスをクリーニングし、４００℃〜８００℃の熱ガスを用いて流動床においてヒュームドシリカを精製した後、以下のヒュームドシリカが１６１ｋｇ／時間（年間製造力８，８６４時間で１年間当たり１，４２０トンに相当）得られる：ＢＥＴ比表面積が１５０ｍ２／ｇであり、１０ｋｇの紙袋に袋詰めした後のタップ密度が４０ｇ／Ｌであり、４重量％の水分散液のｐＨが４．１であり、４０μｍ超のＭｏｃｋｅｒ法による篩残分が０．００５重量％であり、シリコーンオイル中の増粘作用η／η０が６．５であり、未架橋不飽和ポリエステル樹脂中の増粘作用η／η０が４．５であり、０．３重量％、温度２５℃、ｐＨ１０で超音波分散させた後、１７３°の後方散乱角でＭａｌｖｅｒｎ Ｚｅｔａｓｉｚｅｒ Ｎａｎｏ ＺＳ（登録商標）を用いて測定したときの平均流体力学的球相当径が２２０ｎｍである。
【０１５５】
（実施例７）
ガス混合物は、投入速度２，６００ｍ３（ＳＴＰ）／時間で、ガス速度５４ｍ／秒のノズルから燃焼チャンバの上端のノズルを介してバーナーチャンバに入り、前記ガス混合物は、メチルトリクロロシラン４．６モル％、水素７．６モル％、二酸化炭素２．５モル％、酸素１７モル％、及び窒素６８モル％をガスとして含み、前記燃焼チャンバの体積は３．３ｍ３であり、高さに対する体積の比は０．７１ｍ２であり、断面積は０．７１ｍ２であり、前記ガス混合物は、１，０００℃〜２，０００℃で燃焼チャンバ内にて反応する。生成物を前記燃焼チャンバから吸引し、２００℃未満に冷却し、形成されたヒュームドシリカからメッシュフィルタを用いて形成された塩化水素ガスを除去し、多段階吸収及び脱離プロセスにおいて乾燥塩化水素ガスを回収し、過剰の塩素ガスを還元させ、オフガスをクリーニングし、４００℃〜８００℃の熱ガスを用いて流動床においてヒュームドシリカを精製した後、以下のヒュームドシリカが３２１ｋｇ／時間（年間製造力８，８６４時間で１年間当たり２，８５０トンに相当）得られる：ＢＥＴ比表面積が２００ｍ２／ｇであり、１０ｋｇの紙袋に袋詰めした後のタップ密度が４０ｇ／Ｌであり、４重量％の水分散液のｐＨが４．０であり、４０μｍ超のＭｏｃｋｅｒ法による篩残分が０．００５重量％であり、シリコーンオイル中の増粘作用η／η０が７．５であり、未架橋不飽和ポリエステル樹脂中の増粘作用η／η０が６．７であり、０．３重量％、温度２５℃、ｐＨ１０で超音波分散させた後、１７３°の後方散乱角でＭａｌｖｅｒｎ Ｚｅｔａｓｉｚｅｒ Ｎａｎｏ ＺＳ（登録商標）を用いて測定したときの平均流体力学的球相当径が２００ｎｍである。
【０１５６】
（実施例８）
ガス混合物は、投入速度２，６００ｍ３（ＳＴＰ）／時間で、ガス速度５４ｍ／秒のノズルから燃焼チャンバの上端のノズルを介してバーナーチャンバに入り、前記ガス混合物は、メチルトリクロロシラン４．６モル％、水素７．６モル％、酸素１７モル％、及び窒素７０．５モル％をガスとして含み、前記燃焼チャンバの体積は３．３ｍ３であり、高さに対する体積の比は０．７１ｍ２であり、断面積は０．７１ｍ２であり、前記ガス混合物は、１，０００℃〜２，０００℃で燃焼チャンバ内にて反応する。生成物を前記燃焼チャンバから吸引し、２００℃未満に冷却し、形成されたヒュームドシリカからメッシュフィルタを用いて形成された塩化水素ガスを除去し、多段階吸収及び脱離プロセスにおいて乾燥塩化水素ガスを回収し、過剰の塩素ガスを還元させ、オフガスをクリーニングし、４００℃〜８００℃の熱ガスを用いて流動床においてヒュームドシリカを精製した後、以下のヒュームドシリカが３２１ｋｇ／時間（年間製造力８，８６４時間で１年間当たり２，８５０トンに相当）得られる：ＢＥＴ比表面積が２００ｍ２／ｇであり、１０ｋｇの紙袋に袋詰めした後のタップ密度が４０ｇ／Ｌであり、４重量％の水分散液のｐＨが４．０であり、４０μｍ超のＭｏｃｋｅｒ法による篩残分が０．００５重量％であり、シリコーンオイル中の増粘作用η／η０が７．５であり、未架橋不飽和ポリエステル樹脂中の増粘作用η／η０が６．７であり、０．３重量％、温度２５℃、ｐＨ１０で超音波分散させた後、１７３°の後方散乱角でＭａｌｖｅｒｎ Ｚｅｔａｓｉｚｅｒ Ｎａｎｏ ＺＳ（登録商標）を用いて測定したときの平均流体力学的球相当径が２００ｎｍである。
【０１５７】
（実施例９）
ガス混合物は、投入速度３，３００ｍ３（ＳＴＰ）／時間で、ガス速度６３ｍ／秒のノズルから燃焼チャンバの上端のノズルを介してバーナーチャンバに入り、前記ガス混合物は、四塩化ケイ素１４モル％、メチルトリクロロシラン０．１モル％、水素６．４モル％、二酸化炭素２．１モル％、酸素１７モル％、窒素６９モル％、及びハイドロジェンメチルジクロロシラン７．２モル％、三塩化シラン１．３モル％、テトラメチルシラン２モル％、トリメチルクロロシラン１．４モル％、及びアルカン（プロパンとブタンとペンタン、プロペンとブテンとペンテン、及びクロロプロパンとクロロブタンとクロロペンタンとの混合物）１．１モル％をガスとして含み、前記燃焼チャンバの体積は３．３ｍ３であり、高さに対する体積の比は０．７１ｍ２であり、断面積は０．７１ｍ２であり、前記ガス混合物は、１，０００℃〜２，０００℃で燃焼チャンバ内にて反応する。生成物を前記燃焼チャンバから吸引し、２００℃未満に冷却し、形成されたヒュームドシリカからメッシュフィルタを用いて形成された塩化水素ガスを除去し、多段階吸収及び脱離プロセスにおいて乾燥塩化水素ガスを回収し、過剰の塩素ガスを還元させ、オフガスをクリーニングし、４００℃〜８００℃の熱ガスを用いて流動床においてヒュームドシリカを精製した後、以下のヒュームドシリカが３２３ｋｇ／時間（年間製造力８，８６４時間で１年間当たり２，８６０トンに相当）得られる：ＢＥＴ比表面積が２００ｍ２／ｇであり、１０ｋｇの紙袋に袋詰めした後のタップ密度が４０ｇ／Ｌであり、４重量％の水分散液のｐＨが４．０であり、４０μｍ超のＭｏｃｋｅｒ法による篩残分が０．００５重量％であり、シリコーンオイル中の増粘作用η／η０が７．５であり、未架橋不飽和ポリエステル樹脂中の増粘作用η／η０が６．７であり、０．３重量％、温度２５℃、ｐＨ１０で超音波分散させた後、１７３°の後方散乱角でＭａｌｖｅｒｎ Ｚｅｔａｓｉｚｅｒ Ｎａｎｏ ＺＳ（登録商標）を用いて測定したときの平均流体力学的球相当径が２００ｎｍである。
【０１５８】
（実施例１０）
ガス混合物は、投入速度２，４５０ｍ３（ＳＴＰ）／時間で、ガス速度５１ｍ／秒のノズルから燃焼チャンバの上端のノズルを介してバーナーチャンバに入り、前記ガス混合物は、四塩化ケイ素０モル％、メチルトリクロロシラン５．２モル％、水素６．２モル％、二酸化炭素２．１モル％、酸素１７モル％、窒素６９モル％、ハイドロジェンメチルジクロロシラン０モル％、三塩化シラン０モル％、テトラメチルシラン０モル％、トリメチルクロロシラン０モル％、及びアルカン（プロパンとブタンとペンタン、プロペンとブテンとペンテン、及びクロロプロパンとクロロブタンとクロロペンタンとの混合物）０モル％をガスとして含み、前記燃焼チャンバの体積は３．３ｍ３であり、高さに対する体積の比は０．７１ｍ２であり、断面積は０．７１ｍ２であり、前記ガス混合物は、１，０００℃〜２，０００℃で燃焼チャンバ内にて反応する。生成物を前記燃焼チャンバから吸引し、２００℃未満に冷却し、形成されたヒュームドシリカからメッシュフィルタを用いて形成された塩化水素ガスを除去し、多段階吸収及び脱離プロセスにおいて乾燥塩化水素ガスを回収し、過剰の塩素ガスを還元させ、オフガスをクリーニングし、４００℃〜８００℃の熱ガスを用いて流動床においてヒュームドシリカを精製した後、以下のヒュームドシリカが３４１ｋｇ／時間（年間製造力８，８６４時間で１年間当たり３，０２０トンに相当）得られる：ＢＥＴ比表面積が１５０ｍ２／ｇであり、１０ｋｇの紙袋に袋詰めした後のタップ密度が４０ｇ／Ｌであり、４重量％の水分散液のｐＨが４．１であり、４０μｍ超のＭｏｃｋｅｒ法による篩残分が０．００５重量％であり、シリコーンオイル中の増粘作用η／η０が５．５であり、未架橋不飽和ポリエステル樹脂中の増粘作用η／η０が４．５であり、０．３重量％、温度２５℃、ｐＨ１０で超音波分散させた後、１７３°の後方散乱角でＭａｌｖｅｒｎ Ｚｅｔａｓｉｚｅｒ Ｎａｎｏ ＺＳ（登録商標）を用いて測定したときの平均流体力学的球相当径が２２０ｎｍである。
【０１５９】
（実施例１１）
ガス混合物は、投入速度２，６９０ｍ３（ＳＴＰ）／時間で、ガス速度５６ｍ／秒のノズルから燃焼チャンバの上端のノズルを介してバーナーチャンバに入り、前記ガス混合物は、四塩化ケイ素１．６モル％、メチルトリクロロシラン０．１モル％、水素５．７モル％、二酸化炭素１．９モル％、酸素１７モル％、窒素６９モル％、ハイドロジェンメチルジクロロシラン０．８モル％、三塩化シラン０．１５モル％、テトラメチルシラン０．２４モル％、トリメチルクロロシラン１．６モル％、及びアルカン（プロパンとブタンとペンタン、プロペンとブテンとペンテン、及びクロロプロパンとクロロブタンとクロロペンタンとの混合物）１．３モル％をガスとして含み、前記燃焼チャンバの体積は３．３ｍ３であり、高さに対する体積の比は０．７１ｍ２であり、断面積は０．７１ｍ２であり、前記ガス混合物は、１，０００℃〜２，０００℃で燃焼チャンバ内にて反応する。生成物を前記燃焼チャンバから吸引し、２００℃未満に冷却し、形成されたヒュームドシリカからメッシュフィルタを用いて形成された塩化水素ガスを除去し、多段階吸収及び脱離プロセスにおいて乾燥塩化水素ガスを回収し、過剰の塩素ガスを還元させ、オフガスをクリーニングし、４００℃〜８００℃の熱ガスを用いて流動床においてヒュームドシリカを精製した後、以下のヒュームドシリカが３４３ｋｇ／時間（年間製造力８，８６４時間で１年間当たり３，０４０トンに相当）得られる：ＢＥＴ比表面積が１５０ｍ２／ｇであり、１０ｋｇの紙袋に袋詰めした後のタップ密度が４０ｇ／Ｌであり、４重量％の水分散液のｐＨが４．１であり、４０μｍ超のＭｏｃｋｅｒ法による篩残分が０．００５重量％であり、シリコーンオイル中の増粘作用η／η０が５．５であり、未架橋不飽和ポリエステル樹脂中の増粘作用η／η０が４．５であり、０．３重量％、温度２５℃、ｐＨ１０で超音波分散させた後、１７３°の後方散乱角でＭａｌｖｅｒｎ Ｚｅｔａｓｉｚｅｒ Ｎａｎｏ ＺＳ（登録商標）を用いて測定したときの平均流体力学的球相当径が２２０ｎｍである。
【０１６０】
（実施例１２）
合計１００ｇの液体がシリカに塗布され、且つシリカが依然として乾燥コロイド状粉末の外観を有するような方法で、実施例６で得られたＢＥＴ比表面積１５０ｍ２／ｇのシリカ１００ｇを、ガラス製の装置内で、窒素雰囲気下にて、パドルスターラで流動化させながら液体の微細エアロゾルと接触させる。次いで、得られたシリカを、ガス循環速度９００リットル／分で容量３００リットルの乾燥キャビネット内の磁器皿に入れ、不活性窒素雰囲気下で液体を取り除き、シリカ含量が少なくとも９９重量％超になるまで乾燥させる。次いで、ＤＩＮによりタップ密度を測定する。様々な液体を用いて上記のように得られたタップ密度を表１に要約する。
【表１】
【０１６１】
（実施例１３）
実施例１〜１１で得られたシリカを、酢酸塩架橋剤系に基づく架橋ブラックシリコーンシーリング材系に、室温で混入する。
【０１６２】
次いで、スパチュラを用いて少量をポリエチレンフィルムに塗布し、平滑化する。
【０１６３】
次いで、表面の外観を評価する：
非常に良好−表面上に粒子が存在しない、
良好−表面上にある粒子が僅かである、
満足−表面上に粒子が幾つか存在する、
十分−表面上に粒子が少し存在する、
不十分−表面上に多くの粒子が存在する、
不満足−表面上に非常に多くの粒子が存在する。
【０１６４】
結果を表２に要約する。
【表２】
【０１６５】
試験方法：
ＢＥＴ比表面積：ＤＩＮ ９２７７／６６１３２
ｐＨ：ＥＮ ＩＳＯ７８７／９
Ｍｏｃｋｅｒ法による篩残分（４０μｍ超）：ＥＮ ＩＳＯ７８７／１８
タップ密度：ＥＮ ＩＳＯ７８７／１１
水分（２時間及び１０５℃における重量減少）：ＥＮ ＩＳＯ７８７／２
【０１６６】
ｍ３（ＳＴＰ）／時間の定義：ｍ３（ＳＴＰ）／時間は、１時間当たりに送達されるガス又は蒸気の体積である
【０１６７】
ｍ３（ＳＴＰ）の定義：標準立方メートル（略記：ｍ３（ＳＴＰ））は、ガスの標準体積について加工技術で用いられる単位である。
【０１６８】
標準立方メートルは、ＤＩＮ１３４３及びＩＳＯ２５３３に定義されている。
【０１６９】
標準立方メートルは、圧力１．０１３２５ｂａｒ、空気湿度０％（乾燥ガス）、及び温度０℃（ＤＩＮ１３４３）又は１５℃（ＩＳＯ２５３３）におけるガス１立方メートルに相当する量である。
【０１７０】
これは、１標準立方メートルのガスが、一定条件下では１ｍ３の体積を有するが、一般的に、異なる条件下では特定の計算により決定できる別の体積を有することを意味する。
【０１７１】
圧縮空気産業では、ＤＩＮ１９４５に基づく異なる値を適用する。本明細書では、圧力１００，０００Ｐ（１ｂａｒ）の、温度２０℃、及び空気湿度０％における体積を標準体積とする。
【符号の説明】
【０１７２】
１ 反応器チャンバ
１．１ 反応器の上端における直径
１．２ 反応器の長さの半分における直径
１．３ 高さ
１．４ 反応器チャンバの直径
２ ノズル
２．１ ノズルの直径
【特許請求の範囲】
【請求項１】
体積が１ｍ３〜１０ｍ３であり、高さが１ｍ〜１０ｍである反応器チャンバと、反応物質を供給するための反応器ノズルとを有することを特徴とするフレーム反応器。
【請求項２】
反応器チャンバの断面積が０．１ｍ２〜１ｍ２である請求項１に記載のフレーム反応器。
【請求項３】
フレーム反応器の高さに対する体積の比が０．１ｍ２〜１ｍ２である請求項１及び２のいずれかに記載のフレーム反応器。
【請求項４】
反応器チャンバの上端部における直径が０．１ｍ〜１．０ｍである請求項１から３のいずれかに記載のフレーム反応器。
【請求項５】
反応器チャンバの長さの半分における直径が反応器の上端における反応器チャンバの直径よりも少なくとも１０％広い請求項１から４のいずれかに記載のフレーム反応器。
【請求項６】
反応器チャンバが円形断面を有する請求項１から５のいずれかに記載のフレーム反応器。
【請求項７】
反応器チャンバが開放され、且つ大気圧による交換が制限されない請求項１から６のいずれかに記載のフレーム反応器。
【請求項８】
反応器ノズルの直径が０．０５ｍ〜０．２５ｍである請求項１から７のいずれかに記載のフレーム反応器。
【請求項９】
反応器ノズルの出口領域の大きさが０．００１ｍ２〜０．１ｍ２である請求項１から８のいずれかに記載のフレーム反応器。
【請求項１０】
反応器ノズルの断面が円形である請求項１から９のいずれかに記載のフレーム反応器。
【請求項１１】
直立型反応器チャンバの反応器ノズルが上端に配置され、前記反応器ノズルが下向きである請求項１から１０のいずれかに記載のフレーム反応器。
【請求項１２】
反応器内の炎中でケイ素含有反応ガスを反応させることによりヒュームドシリカを製造する方法であって、前記反応ガス中の有機非ケイ素化合物の含量が５モル％未満であることを特徴とする方法。
【請求項１３】
反応ガス中の無機非ケイ素化合物の含量が１重量％未満である請求項１２に記載のヒュームドシリカの製造方法。
【請求項１４】
反応ガス中のホウ素化合物、ゲルマニウム化合物、チタン化合物、鉄化合物、アルミニウム化合物、スズ化合物、ヒ素化合物、硫黄化合物、リン化合物の含量が、いずれの場合も特定の元素に基づいて、いずれの場合も１００ｐｐｍ未満である請求項１２及び１３のいずれかに記載のヒュームドシリカの製造方法。
【請求項１５】
１０モル％超のメチルシリコントリクロリドを含有する混合物が用いられる請求項１２から１４のいずれかに記載のヒュームドシリカの製造方法。
【請求項１６】
これら混合物が、メチルシリコントリクロリド以外の炭素含有ケイ素化合物を２０モル％未満と、水素含有ケイ素化合物を２０モル％未満と、ケイ素を含有せず、且つ任意で置換されている炭化水素を５モル％未満とを含有する請求項１５に記載のヒュームドシリカの製造方法。
【請求項１７】
１０モル％超の四塩化ケイ素を含有する混合物が用いられる請求項１２から１４のいずれかに記載のヒュームドシリカの製造方法。
【請求項１８】
混合物が、炭素含有ケイ素化合物を２０モル％未満と、水素含有ケイ素化合物の２０モル％未満と、ケイ素を含有せず、且つ任意で置換されている炭化水素を５モル％未満とを含有する請求項１７に記載のヒュームドシリカの製造方法。
【請求項１９】
ガス混合物が、投入速度１００ｍ３（ＳＴＰ）／時間〜５，０００ｍ３（ＳＴＰ）／時間で、ガス速度１０ｍ／秒〜１００ｍ／秒のノズルから燃焼チャンバの上端のノズルを介してバーナーチャンバに入り、前記ガス混合物が、四塩化ケイ素０．１モル％〜１００モル％、メチルトリクロロシラン０モル％〜１００モル％、水素１モル％〜２０モル％、二酸化炭素０．００１モル％〜１５モル％、酸素１０モル％〜３０モル％、窒素５０モル％〜１００モル％、ハイドロジェンメチルジクロロシラン０モル％〜５０モル％、三塩化シラン０．００１モル％〜１００モル％、テトラメチルシラン０モル％〜５０モル％、トリメチルクロロシラン０モル％〜５０モル％、及びアルカン、アルケン、又はハロアルキルの混合物０モル％〜２０モル％を含み、且つ１，０００℃〜２，０００℃で前記燃焼チャンバ内にて反応する請求項１２から１８のいずれかに記載のヒュームドシリカの製造方法。
【請求項２０】
シリカを湿潤させ、次いで乾燥させることによりシリカの密度を増加させる請求項１２から１８のいずれかに記載のヒュームドシリカの製造方法。
【請求項１】
体積が１ｍ３〜１０ｍ３であり、高さが１ｍ〜１０ｍである反応器チャンバと、反応物質を供給するための反応器ノズルとを有することを特徴とするフレーム反応器。
【請求項２】
反応器チャンバの断面積が０．１ｍ２〜１ｍ２である請求項１に記載のフレーム反応器。
【請求項３】
フレーム反応器の高さに対する体積の比が０．１ｍ２〜１ｍ２である請求項１及び２のいずれかに記載のフレーム反応器。
【請求項４】
反応器チャンバの上端部における直径が０．１ｍ〜１．０ｍである請求項１から３のいずれかに記載のフレーム反応器。
【請求項５】
反応器チャンバの長さの半分における直径が反応器の上端における反応器チャンバの直径よりも少なくとも１０％広い請求項１から４のいずれかに記載のフレーム反応器。
【請求項６】
反応器チャンバが円形断面を有する請求項１から５のいずれかに記載のフレーム反応器。
【請求項７】
反応器チャンバが開放され、且つ大気圧による交換が制限されない請求項１から６のいずれかに記載のフレーム反応器。
【請求項８】
反応器ノズルの直径が０．０５ｍ〜０．２５ｍである請求項１から７のいずれかに記載のフレーム反応器。
【請求項９】
反応器ノズルの出口領域の大きさが０．００１ｍ２〜０．１ｍ２である請求項１から８のいずれかに記載のフレーム反応器。
【請求項１０】
反応器ノズルの断面が円形である請求項１から９のいずれかに記載のフレーム反応器。
【請求項１１】
直立型反応器チャンバの反応器ノズルが上端に配置され、前記反応器ノズルが下向きである請求項１から１０のいずれかに記載のフレーム反応器。
【請求項１２】
反応器内の炎中でケイ素含有反応ガスを反応させることによりヒュームドシリカを製造する方法であって、前記反応ガス中の有機非ケイ素化合物の含量が５モル％未満であることを特徴とする方法。
【請求項１３】
反応ガス中の無機非ケイ素化合物の含量が１重量％未満である請求項１２に記載のヒュームドシリカの製造方法。
【請求項１４】
反応ガス中のホウ素化合物、ゲルマニウム化合物、チタン化合物、鉄化合物、アルミニウム化合物、スズ化合物、ヒ素化合物、硫黄化合物、リン化合物の含量が、いずれの場合も特定の元素に基づいて、いずれの場合も１００ｐｐｍ未満である請求項１２及び１３のいずれかに記載のヒュームドシリカの製造方法。
【請求項１５】
１０モル％超のメチルシリコントリクロリドを含有する混合物が用いられる請求項１２から１４のいずれかに記載のヒュームドシリカの製造方法。
【請求項１６】
これら混合物が、メチルシリコントリクロリド以外の炭素含有ケイ素化合物を２０モル％未満と、水素含有ケイ素化合物を２０モル％未満と、ケイ素を含有せず、且つ任意で置換されている炭化水素を５モル％未満とを含有する請求項１５に記載のヒュームドシリカの製造方法。
【請求項１７】
１０モル％超の四塩化ケイ素を含有する混合物が用いられる請求項１２から１４のいずれかに記載のヒュームドシリカの製造方法。
【請求項１８】
混合物が、炭素含有ケイ素化合物を２０モル％未満と、水素含有ケイ素化合物の２０モル％未満と、ケイ素を含有せず、且つ任意で置換されている炭化水素を５モル％未満とを含有する請求項１７に記載のヒュームドシリカの製造方法。
【請求項１９】
ガス混合物が、投入速度１００ｍ３（ＳＴＰ）／時間〜５，０００ｍ３（ＳＴＰ）／時間で、ガス速度１０ｍ／秒〜１００ｍ／秒のノズルから燃焼チャンバの上端のノズルを介してバーナーチャンバに入り、前記ガス混合物が、四塩化ケイ素０．１モル％〜１００モル％、メチルトリクロロシラン０モル％〜１００モル％、水素１モル％〜２０モル％、二酸化炭素０．００１モル％〜１５モル％、酸素１０モル％〜３０モル％、窒素５０モル％〜１００モル％、ハイドロジェンメチルジクロロシラン０モル％〜５０モル％、三塩化シラン０．００１モル％〜１００モル％、テトラメチルシラン０モル％〜５０モル％、トリメチルクロロシラン０モル％〜５０モル％、及びアルカン、アルケン、又はハロアルキルの混合物０モル％〜２０モル％を含み、且つ１，０００℃〜２，０００℃で前記燃焼チャンバ内にて反応する請求項１２から１８のいずれかに記載のヒュームドシリカの製造方法。
【請求項２０】
シリカを湿潤させ、次いで乾燥させることによりシリカの密度を増加させる請求項１２から１８のいずれかに記載のヒュームドシリカの製造方法。
【図１】
【公表番号】特表２０１２−５１１４１６（Ｐ２０１２−５１１４１６Ａ）
【公表日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５４００９７（Ｐ２０１１−５４００９７）
【出願日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００９／０６６８００
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０６６８２８
【国際公開日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【出願人】（３９０００８９６９）ワッカー ケミー アクチエンゲゼルシャフト (417)
【氏名又は名称原語表記】Ｗａｃｋｅｒ Ｃｈｅｍｉｅ ＡＧ
【住所又は居所原語表記】Ｈａｎｎｓ−Ｓｅｉｄｅｌ−Ｐｌａｔｚ ４， Ｄ−８１７３７ Ｍｕｅｎｃｈｅｎ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００９／０６６８００
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０６６８２８
【国際公開日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【出願人】（３９０００８９６９）ワッカー ケミー アクチエンゲゼルシャフト (417)
【氏名又は名称原語表記】Ｗａｃｋｅｒ Ｃｈｅｍｉｅ ＡＧ
【住所又は居所原語表記】Ｈａｎｎｓ−Ｓｅｉｄｅｌ−Ｐｌａｔｚ ４， Ｄ−８１７３７ Ｍｕｅｎｃｈｅｎ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
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