Способ модифицирования кремнезема

(57) Изобретение относится к химичемодифицированию кремнезема и позеповысить его гидрофобность. Кремнпрогревают в вакууме при 600 С иобрабатывают при 380-400 С в теченмин парами силана (СНз)зЯ Х, гдеНСО; МСЗ или (чСИЯСНз)з. Продукт вмируют и выдерживают в парах водотносительном давлении 0,4 в теченипри 25 С, Продукт вакуумируют и обрааают парами гексаметилдисилазана вние 1 ч при 25-100 С. 1 табл,силаны общей формулы (СНз)зЯХ, где Х-(чз, ИСО, МС 5, ИСАЯСНз)з, 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, С, (Ч-анализа (анализатор СН(ч МоО 1106).Устойчивость образующегфобного покрытия оценивают рома. макхнм, пиося гидро- по следуюфи- ые ГОСУДАРСТВЕН(ЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГК(.(Т СССР ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Институт химии поверхности АН УССР(56) Авторское свидетельство СССРМ 1013402, кл. С 01 В 33/18, 1980.Киселев А.В Кузнецов Б,ВЛанин С,Н.Химическое модифицирован ие органомонохлорсиланами и гексаметилдисилазаномазросилогелей, его влияние на адсорбционные свойства, - Коллоидн.журн., 1982, т. 44,М 3, с, 456 - 464,Изобретение отехнологии сорбентприменение для адразделения смесейвания примесей.Цель изобретения - повышение гид фобности модифицированного кремнеэеДля осуществления способа берут ропористый кремнезем с удельной пове ностью 190 м 2/г и размером пор 36 синтезированный следующим образом: рогенный диоксид кремния с удельной верхностью 200 м /г диспергирую 1 ь-ном растворе аммиака при соотно нии твердой фазы к жидкой Т:Ж=0,15, а тем полученную дисперсию высушиваю течение Э ч при 200 С. В качестве моди катаров используют триметилзамещенн тносится к химическои ов, которые могут найти сорбции газов и паров, веществ, концентриро 5 Ы 167059 скому оляет еэем затем ие 30 Х"йз, акууы при е 1 ч баты- тече 1670596щей методике. 1 г модифицированногокремнезема помещают в стеклянный реактор, содержащий 100 мл дистиллированнойводы и кипятят в течение 30 мин с обратнымхолодильником, После кипячения содержимое реактора количественно переносят вделительную воронку, отделяют нижний(гидрофильный) слой и определяют его содержание после высушивания до постоянной массы при 105 - 110 С, ГидрофобностьХ 1(7 ь) вычисляют по формуле(М - М 11 1Мгде М - масса навески модифицированного кремнезема, г;М 1 - гидрофильная часть, г,Гидрофобные свойства модифицированного кремнезема, полученного предлагаемым способом, иллюстрируютсярезультатами, представленными в таблице(гидрофобность, 0 и адсорбция паров водыпри трех относительных давлениях - данные получены с помощью весового адсорбционного метода),0 протекании химических реакций в поверхностном слое судят по ИК-спектрам(спектрофотометр ИКС - 29) исходного и модифицированных кремнеземов, При модифицировании кремнезема предлагаемымспособом наблюдается исчезновение полосы поглощения изолированных силанольных рупп (3750 см ) и появление полоспоглощения, относящихся к валентнымасимметричным и симметричным колебаниям С - Н связей (2970 и 2910 см, соответственно).Предлагаемый способ модифицирования кремнезема реализуют следующим образом.Воздушно-сухой кремнезем помещаютв кварцевый реактор и прогревают для удаления адсорбированной воды и примесей, вреактор подают пары триметилэамещенного силана и выдерживают в контакте с кремнеземом при 380-4400 С. Затем удаляют спомощью вакуумирования избыток реагента и продукты реакции. Подают в реакторпары воды, выдерживают необходимое время при температуре реакции и откачивают.Аналогично проводят обработку парами гексаметилдисилазана. Для контроля эа протеканием реакции снимают И К-спектрмодифицированного кремнезема, не вынимая его иэ реактора, Затем определяют содержание привитых функциональных групп вмодифицированном кремнеземе, его адсорбционные характеристики и гидрофобность,П р и м е р 1, В кварцевый реакторобъемом 150 мл помещают 1 г макропори 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 стого кремнезема с удельной поверхностью 190 м /г и размером пор 36 нм и прогреваютгего 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)зЯЮз в течение 0,5 ч при 40 С.Реактор вакуумируют в течение 0,5 ч для удаления избытка (СНз)зЯМз и продуктов реакции, в реактор подают пары воды до Р/Рз=0,4 и выдерживают при 25 С в течение 1 ч. Затем вакуумируют реактор и обрабатывают кремнезем 1,5-кратным избытком паров гексаметилдисилаэана при 70 С в течение 1 ч.Количество привитых триметилсилильных групп в модифициогованном кремнеземе 3,25 мкмоль/м . Адсорбционная способность по отношению к парам воды 0,185 ммоль/г при Р/Р=О,ОЗ, 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 й эффект.П р и м е р 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,П р и м е р 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 1- 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, о т л и ч а ю щ и й с я(чСЯ; ИС(3231(СНэ)з, и полученный продуктдополнительно обрабатывают парами воды и затем - парами гексаметилдисилазана,тем, что, с целью увеличения гидрофобности модифицированного кремнезема, используют силан общей формулы (СНз)зЯХ, где Х=йз; ИСО; адсорвпне паров воды, ммопь/г Степень гидро06 ности, 2Р/Рз ЩО,ОЭО Р/Рз 0,165 Р/Ра 0,445 100, 0 0,480 0,600 0,585 0,560 0,185 кремнезем + (СН 3)55(НЗ ь вода ь геесеме"тилдисил ззее О,975 0,996 0,990 0,984 3,25 3,32 70 100,099,5 0,4 Ь 5 0,455 0,180 0,180 3,30 60 0,495 0,500 0,510 0,500 0,490 0,500 0,620 0,570 0,580 0,190 3,2 В о,гоо 0,200 40 3,20 О, 960 0,950 3,20 0,610 0,600 0,600 О,Ь)5 0590 0,600 0,190 3,30 Э,Э 2 ВРЕМНЕЗЕМ ь (СНЗ)ЗВ( НСО ь вода + геесаме- тилдисилазан 70 О, 990 О, 185 0,996 ВО 0,195 3,30 0,990 0,200 0,200 0,200 0,975 0,980 0,970 3,25 100 10 3,20 40 12 3, 10 25 70 99,6 0,590 0,590 0,605 0,600 О,Ь 55 3,45 3,40 Э, 30 Нремназем ь (СНЭ)В В( ЯСВ + вода ь гевсазее- тилдиснлазан 13 1,035 1,020 99,7100,0 14 ВО 15 0,990 1, 005 99,5 3, 35 16 100 99,6 3,30 0,980 17 40 99,5100,099,899,699,5 3,30 3,00 18 О, 960 25 Времнезем + (СНВ)5 (НСН 5 СН 5)5 ь вода ьгеасаметнллнснлазан 19 70 0,930 0,894 0,945 3,10 20 2,98 60 21 Э 15 22 100 99,Ь 99,8 3,00 О, 900 0,890 0,750 40 23 3,00 га 25 26 25 90,0 о,аго 0,425 2,50 Нрамназем + трдматилдлор"силан дремназем +геесаметиллнснпазан 95,0 2,55 0,765 НСорбанты, полтненныа по прототипт Составитель Т. ЧиликинаТехред 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, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Спосоп полгееннн сорбента рр приме - Т-ра обработан Солердаппе (СН 4)з 5(-гргппров геесаметип пнснлезвном,еС ьезопь/г мнммь/и 0,170 0,185 0,185 0,200 0,200 0,200 0,190 0,205 0,200 0,2 ЭО 0,240 0,520 0,520 0,530 0,470 о,аво 0,500 О,а 95 0 540 0,550 0,500 о,а 9 о 0,505 0,495 0,5 го 0,530 0,760 о,га 5 0,670 0,615 0,6050,605 0,600 О,Ьа 5 О,Ь 60 0,850 0,900 100,0 99,4 99,5 100,0 100,0 99,7 99,6 99,5 99,7