Способ модифицирования кремнезема

 

Изобретение относится к химическому модифицированию кремнезема и позволяет повысить его гидрофобность. Кремнезем прогревают в вакууме при 600°С и затем обрабатывают при 380 - 400°С в течение 30 мин парами силана (CH<SB POS="POST">3</SB>)<SB POS="POST">3</SB>SI<SP POS="POST">.</SP>X, где X = N<SB POS="POST">3</SB>, NCO

NCS или NCNSI(CH<SB POS="POST">3</SB>)<SB POS="POST">3</SB>. Продукт вакуумируют и выдерживают в парах воды при относительном давлении 0,4 в течение 1 ч при 25°С. Продукт вакуумируют и обрабатывают парами гексаметилдисилазана в течение 1 ч при 25 - 100°С. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕ ТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 N 30/48

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ИСЕ"..ЯЯЩ, ° ь И3

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

0 4

О

Ql

О (21) 4714473/26 (22) 03.07.89 (46) 15,08,91. Бюл. N. 30 (71) Институт химии поверхности АН УССР (72) А.М. Варварин, Л.А. Белякова, В.B. Сидорчук, В.А. Тертых, В,Г. Иванова, Т,Е. Серова, В,А. Ерошенко и С.Г. Ткаченко (53) 543.544(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1013402, кл. С 01 В 33/18, 1980.

Киселев А.В., Кузнецов Б.В., Ланин С.Н.

Химическое модифицирован ие органомонохлорсиланами и гексаметилдисилазаном аэросилогелей, его влияние на адсорбционные свойства. — Коллоидн.журн., 1982, т. 44, N. 3, с, 456 — 464.

Изобретение относится к химической технологии сорбентов, которые могут найти применение для адсорбции газов и паров, разделения смесей веществ, концентрирования примесей.

Цель изобретения — повышение гидрофобности модифицированного кремнезема.

Для осуществления способа берут макропористый кремнезем с удельной поверхностью 190 м /г и размером пор 36 нм, синтезированный следующим образом: пирогенный диоксид кремния с удельной поверхностью 200 м /г диспергируют в

1 -ном растворе аммиака при соотношении твердой фазы к жидкой Т:Ж=0,15, а затем полученную дисперсию высушивают в течение 3 ч при 200 С. В качестве модификаторов используют триметилзамещенные

«. БЫ 1670596 А1 (54) СПОСОБ МОДИФИЦИРОВАНИЯ

КРЕМНЕЗЕМА (57) Изобретение относится к химическому модифицированию кремнезема и позволяет повысить его гидрофобность. Кремнезем прогревают в вакууме при 600 С и затем обрабатывают при 380-400 С в течение 30 мин парами силана (СНз)зЯ! Х, где Х-йз, NCO; NCS или ИСИ$1(СНз)з. Продукт вакуумируют и выдерживают в парах воды при относительном давлении 0,4 в течение 1 ч и ри 25 С. П роду кт вакуум ируют и об рабатыаают парами гексаметилдисилазана в течение 1 ч при 25-100 С. 1 табл. силаны общей формулы (СНз)зЯ!Х, где X-йз, NCO, NCS, NCNSI(CH3)3. Модифицирование кремнезема осуществляют в специально изготовленном кварцевом реакторе, конструкция которого позволяет проводить термообработку кремнезема, напуск паров реагентов, проведение модифицирования в широком интервале температур, удаление продуктов реакции и избытка реагентов, а также ИК-спектроскопический контроль за происходящими на поверхности кремнезема изменениями и превращениями.

Количество привитых органических групп в модифицированном кремнеземе определяют с помощью Н, C, N-анализа (анализатор CHN Mod 1106).

Устойчивость образующегося гидрофобного покрытия оценивают по следую1670596 щей методике. 1 г модифицированного кремнезема помещают в стеклянный реактор, содержащий 100 мл дистиллированной воды и кипятят в течение 30 мин с обратным холодильником, После кипячения содержимое реактора количественно переносят в делительную воронку, отделяют нижний (гидрофильный) слой и определяют его содержание после высушивания до постоянной массы при 105 — 110 С, Гидрофобность

X> () вычисляют по формуле (М вЂ” М ) 1

M где М вЂ” масса навески модифицированного кремнезема, г;

M> — гидрофильная часть, г, Гидрофобные свойства модифицированного кремнезема, полученного предлагаемым способом, иллюстрируются результатами, представленными в таблице (гидрофобность, и адсорбция паров воды при трех относительных давлениях — данные получены с помощью весового адсорбционного метода), О протекании химических реакций в поверхностном слое судят по ИК-спектрам (спектрофотометр ИКС вЂ” 29) исходного и модифицированных кремнеземов, При модифицировании кремнезема предлагаемым способом наблюдается исчезновение полосы поглощения изолированных силанольных рупп (3750 см ) и появление полос поглощения, относящихся к валентным асимметричным и симметричным колебаниям С вЂ” Н связей (2970 и 2910 см, соответственно).

Предлагаемый способ модифицирования кремнезема реализуют следующим образом.

Воздушно-сухой кремнезем помещают в кварцевый реактор и прогревают для удаления адсорбированной воды и примесей, в реактор подают пары триметилэамещенного силана и выдерживают в контакте с кремнеземом при 380-4400 С. Затем удаляют с помощью вакуумирования избыток реагента и продукты реакции. Подают в реактор пары воды, выдерживают необходимое время при температуре реакции и откачивают.

Аналогично проводят обработку парами гексаметилдисилазана. Для контроля эа протеканием реакции снимают И К-спектр модифицированного кремнезема, не вынимая его иэ реактора. Затем определяют содержание привитых функциональных групп в модифицированном кремнеземе, его адсорбционные характеристики и гидрофобность, Пример 1, В кварцевый реактор объемом 150 мл помещают 1 г макропори5

55 стого кремнезема с удельной поверхностью

190 м /г и размером пор 36 нм и прогревают г его при 600 С в течение 2 ч. После этого подготовленный кремнезем обрабатывают

1,5-кратным избытком (в расчете на содержание силанольных групп в 1 г кремнезема) паров (СНз)зЯ)йэ в течение 0,5 ч при

40 С.Реактор вакуумируют в течение 0,5ч для удаления избытка (СНз)э5!Мз и продуктов реакции, в реактор подают пары воды до

Р/Ps=0,4 и выдерживают при 25 С в течение 1 ч. Затем вакуумируют реактор и о6рабатывают кремнезем 1,5-кратным избытком паров гексаметилдисилаэана при 70 С в течение 1 ч.

Количество привитых триметилсилильных групп в модифициоованном кремнеземе 3,25 мкмоль/м . Адсорбционная способность по отношению к парам воды

0,185 ммоль/г при Р/Р =0,03. Степень гидрофобности 100 . И К-спектры подтверждают протекание химических реакций в поверхностном слое кремнезема.

В таблице (примеры М 1 — 24) представлены условия модифицирования кремнезема и его физико-химические характеристики в сравнении со способом-прототипом.

Как видно из таблицы, увеличение температуры обработки кремнезема гексаметилдисилазаном нецелесообразно. поскольку уже при 25 С достигается положител ь н ы и эффект.

Пример 25 (прототип). 0,1 г макропористого кремнезема подвергают термовакуумированию при 600 С и обрабатывают избытком паров триметилхлорсилана. Для сравнения результатов, полученных по прототипу, с результатами, полученными по предлагаемому способу, представлены физико-химические характеристики модифицированного кремнезема, полученного по прототипу, Пример 26 (прототип). Проводят как в примере 25, изменяя лишь модификатор на гексаметилдисилазан.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет получить модифицированный кремнезем, который по физико-химическим характеристикам выгодно отличается от известного, а именно содержание (СНз)зЯ!групп увеличивается в 1,3 раза; адсорбционная способность по отношению к парам воды в 2,3 раза уменьшается; степень гидрофобности увеличивается и имеет предельно возможное значение (100%).

Формула изобретения

Способ модифицирования кремнезема, включающий термообработку с последующей обработкой триметилзамещенным силаном при 380 — 400 С, отличающийся

1670596

NCS; ИСМс)1(СНз)з, и полученный продукт дополнительно обрабатывают парами воды и затем — парами гексаметилдисилазана. тем, что, с целью увеличения гидрофобности модифицированного кремнезема, используют силан общей формулы (СНз)з51 ° Х, где Х=йз; NCO;

Мсоропне паров воды, ммопь/г Степень гидро.

Ьобности, 2

Р/Рз О,О)0 P/Ps О, IÜ5 P/Рв 0,445

100, 0

0,480

0,600

0,585

0,580

О, 185

Кремнезем + (СНЭ)>Б(N3 + вода + геесаметнпдисилззан

O,975

0,996

0,990

0,)84

3,25

3,32

100, О

99,5

0,465

0,455

О, 180

0,180

3,30

0,495

0,500

О, 510

О,SOO

0,490

0,500

О, 620

О, 570

0,580

О, 190

3,28

О ° 2ОО

О, 200

3,20

О, 960

О, 950

3,20

О, Ь|0

0,600

О, ЬОО

0,Ь35

О, 590

0,600

0,190

),30

),Э2

Кремнезем i (СНЭ)18(NC0 ь вода + геасаметилдисилазан

О, 990

О, 185

0,996

ВО

0,195

),30

О, 99О

0,200

Oi200

0,200

0,975

0,980

0,970

3,25

100

3,20

12

),10

99 ° 8

0,590

0,590

0,605

0,600

О,Ь\5

3,45

3,40

Э,30

1(рtlslisssH + (СНЭ)5 Si

NCS + вода s генсаэеетилди илаsas

1,035

1,020

99 ° 7

100,0

BO

0,990

1, 005

99,5

3,35

I OO

99,6

),30

О, 9ВО

40

99 ° 5

100,0

99,8

99,8

99,5

3,)0

3,00

О, 960

7(ремнезем + (СН4)5 Si

NCNSi(СН5)5 + вода + геасаметнлднснлазан

70

0,930

0,894

0,945

3,10

2,98

21

Э 15

l 0O

99,Ь

99,8

3,00

О, 900

O ° 890

0,750

2) 3,00

24

25

90,0

0,420

0i425

2 50

3(ремназем + трнзеатиддлор" силан аремнезем + гевсаметилднсипазан

95,0

2 ° 55

О, 765

ыоорбанты, полтненныа по 4posoTHTIP

Составитель Т. Чиликина

Техред М.Моргентал Корректор С. Шевкун 1

Редактор О. Спесивых

Заказ 2747 Тираж 374 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Спосоп полгеениа сорбента рр приме — Т-ра оораоотеи Солераапп (СН4)в Si-гртпп ров геесаметип лнснлазаном,еС ммопьlг маммь!ч

O,I70

0,175

O,IÂ5

0,185

0i20O

0,200

0,200

0,190

0,205

Oi200

0,2ÝO

0,240

О ° 520

0,520

0,530

0,470

0,480

0,500

О,495

0,540

0,550

OiSOO

0,490

0,505

0,495

0 ° 52О

OiS30

0,760

О,745

0,670

0,615

0,605

0,605

О,ЬОО

0,645

O,Ь6О

0,850

0,900

100, О

99,4

99,5

100,О

100 O

99,7

99,8

99 ° 5

99,7