Способ получения гидрофобного кремнезема Советский патент 1992 года по МПК C01B33/12 

Изобретение относится к способам гид- рофобизации дисперсных кремнеземов и может быть использовано в химической промышленности для модифицирования кремнеземов, применяемых в качестве наполнителей силиконовых резин, вазелинов, клеев-герметиков и т.д.

Известен способ получения гидрофобного кремнезема, включающий активацию кремнезема при нагревании до 200-250°С и последующую обработку смесью алкилси- локсана, амина и диметилформамида или диметилсульфоксида при 110-180°С.

Известен также способ получения гидрофобного наполнителя на основе кремнезема, включающий обработку дисперсного кремнезема кремнеорганическим соединением (деполимеризат каталитической перегруппировки смеси продуктов гидролиза диметилдихлорсилана) при 210-240°С.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения гидрофобного кремнезема, включающий предварительное активирование кремнезема путем обработки его потоком сухого инертного газа в псев- доожиженном слое при 600-1000°С в течение 60 с обработку силоксанами, гало- генсиланами или их произвольной смесью при 25-650°С и последующее проведение реакции при 350-650°С. Затем осуществляют удаление побочных продуктов реакции и избытка модификатора путем отдувки потоком инертного газа при 125-500°С.

Недостатками указанного способа являются высокие температурные режимы, требующие сложного, аппаратурного оформления и больших энергозатрат. В реО

со о о

зультате высокотемпературной обработки в конечном продукте возможно наличие спеченных частиц грита, что приводит к неоднородности продукта. Конечный продукт обладает достаточно высокой гидрофобно- стью, однако регулирование концентрации привитых групп на поверхности кремнезема затруднено.

Целью изобретения является упрощение технологического процесса, регулирование количества привитых алкилсилильных групп и повышение однородности при сохранении высокой гидрофобности.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения гидрофобного кремнезема, включающему предварительное активирование кремнезема путем обработки в токе инертного газа при нагревании, обработку смесью силоксана и хлорсилана, с последующим проведением реакции при повышенной температуре, и отдувку в токе инертного газа при нагревании, предварительное активирование ведут при 100- 200°С в течение 0,5-1 ч, после активирования осуществляют продувку воздухом до насыщения при той же температуре, причем обработку смесью силоксана и хлорсилана и последующую реакцию ведут при 100-180°С в течение 20-30 мин при соотношении компонентов; мас.%:

Силоксан95-99

Хлорсилан1-5

а отдувку ведут при 200-250°С до полного удаления побочных продуктов реакции.

Предлагаемый способ отличается от прототипа температурными и временными режимами проведения стадий, введением стадии продувки влажным воздухом и соотношением компонентов модификатора. Для осуществления способа используют следующие материалы: пирогенный кремнезем марки А-300 или А-175ГГУ ГОСТ 14922-77), метил циклосилоксан (содержащий не менее 70% октаметилциклотетрасилоксана) - ТУ 38-10-385-76 и дмметилдихлорсилан (ГОСТ 16485-70).

Количество привитых диметилсилиль- ных групп определяют методом ИК-спектро- скопии. Гидролитическая устойчивость определяется путем кипячения гидрофобного продукта- в дистиллированной воде в круглодувмой колбе с обратным холодильником до момента начала оседания гидрофобного продукта на дно колбы. Количество грита и рН определяли по методике, описанной в ТУ 39-08-125-77.

Пример 1. 100 г пирогенного кремнезема марки А-300 загружали в реактор и выдерживали в токе азота в течение 1 ч при 100°С для удаления физически сорбированной воды. Затем в реактор при той же температуре вводили (продувкой) влажный воздух (влажность 100%) в течение 6 мин. После этого в реакционное пространство вводили

смесь силоксана и диметилдихлорсилана в соотношении 95:5 и проводили реакцию при 100°С в течение 0,5 ч. Избыток модификатора и побочных продуктов реакции удаляли отдувкой азотом при 200°С в течение 1 ч.

Полученный продукт исследовали на гидролитическую устойчивость, содержание грита и рН.

Пример 2. 100 г пирогенного кремнезема марки А-175 загружали в реактор и

выдерживали в токе азота в течение 45 мин при 150°С для удаления физически сорбированной воды. Затем в реактор при этой же температуре вводили (продувкой) влажный воздух (влажность 100%) в течение 3 мин.

После этого в реакционное пространство вводили смесь силоксана и диметилдихлор- -силана в соотношении 97:3 и проводили реакцию в течение 25 мин. Избыток модификатора и побочных продуктов рёакции удаляли отдувкой азотом при 230°С в течение 40 мин. Полученный продукт исследовали на гидролитическую устойчивость, содержание грита и рН.

Примеры 3-17. Осуществляли аналогично примерам 1 и 2, изменяя температурные и временные режимы проведения стадий, а также соотношение силоксана и хлорсилана.

Примеры 18-20. Выполнены по способу-прототипу,

Данные по примерам сведены в таблицу.

Анализ данных, приведенных в таблице

показывает, что при соблюдении предлагаемых режимов способа и соотношения силоксана и хлорсилана (примеры 1-5) полученный продукт обладает высокой гид- рофобностью, однородностью (количество

грита незначительно), имеет рН. близкий к нейтральному. Варьирование соотношений силоксана и хлорсилана позволяет регулировать концентрацию привитых диметилси- лильных групп на поверхности кремнезема

(примеры 2-5).

При заниженных температурах активации (пример 6) и несоблюдении предлагае- мых пределов температуры реакции (примеры 8,9) происходит снижение концентрации привитых диметилсилильных групп, что ведет к уменьшению гидрофобноети.

Повышение температуры предварительной подготовки поверхности и температуры удаления продуктов реакции свыше предлагаемых режимов нецелесообразно,

поскольку не приводит к улучшению качества продукта (примеры 7, 11).

При снижении температуры удаления побочных продуктов реакции ниже предлагаемых пределов полученный продукт обла- дает низким рН (пример 10), что сужает область его использования в композиционных материалах. Повышение времени удаления побочных продуктов реакции свыше 60 мин или времени обработки влажным воздухом свыше 6 мин нецелесообразно, так как не влияет на свойства конечного продукта (пример 5).

При несоблюдении предлагаемого соотношения силоксана и хлорсилана наблю- дается или малая гидролитическая устойчивость (пример 12) или значительно снижается рН продукта (пример 13). При несоблюдении предлагаемых временных режимов (примеры 14, 16) в полученном продукте наблюдается низкая гидролитическая устойчивость, малое количество привитых групп.

В примерах 18-20, выполненных по прототипу, наблюдается большое содержа- ние грита, что приводит к неоднородности полученного продукта. Кроме того, изменение соотношения силоксана и хлорсилана в прототипе с учетом приведенных в прототипе температурных режимов не позволяет регулировать количество привитых диме- тилсилильных групп (примеры 18-20).

Регулирование количества привитых диметилсилильных групп при обработке смесью силоксана и хлорсилана возможно только благодаря активации поверхности кремнезема влажным воздухом перед обработкой модификатором.

5 10

15 20

25 30

35

0

Таким образом, предлагаемый способ позволяет обеспечить получение кремнезема, обладающего высокой гидрофобностью, близким к нейтральному рН, с регулируемым количеством привитых диметилсилильных групп на поверхности кремнезема .и высокой однородностью.

Кроме того, предлагаемый способ позволяет упростить технологию процесса за счет снижения температур проведения стадий способа, что позволяет отказаться от специального дорогостоящего оборудования.

Формула изобретения

Способ получения гидрофобного крем- незема,включающий предварительное активирование кремнезема путем обработки в токе инертного газа при нагревании, обработку смесью силоксана и хлорсинала с последующим проведением реакции при повышенной температуре и отдувку в токе инертного газа при нагревании, отличаю щ и и с я тем, что, с целью упрощения технологического процесса, регулирования количества привитых алкйлсилильных групп и повышения однородности при сохранении высокой гидрофобности, предварительное активирование ведут при 100-200°С в течение 0,5-1,0 ч, после активирования осуществляют продувку влажным воздухом до насыщения при той же температуре, а обработку смесью силоксана и хлорсилана и последу дущую реакцию ведут при 100-180°С в течение 20-30 мин при соотношении компонентов, мае. %:

силоксан95-99

хлорсилан1-5

а отдувку ведут при 200-250°С до полного удаления побочных продуктов реакции.

А-ЗОО 100

60

100

95:5

100

30

1,3200606,0 0,0 190Продукт гидрофобной, однородный рН нейтральное

Изобретение относится к способам гид- рофобизации дисперсных кремнеземов и позволяет упростить технологический процесс, регулировать количество привитых ал килсилильных групп и повысить однородность при сохранении высокой гид- рофобности. Кремнезем активируют путем обработки в токе инертного газа в течение 0,5-1,0 ч при 100-200°С. Затем при той же температуре осуществляют продувку влажным воздухом. После этого вводят смесь силоксана и диметилдихлорсилана в соотношении (мае. %) (95-99) : (1-5) и проводят реакцию при 100-180°С в течение 20-30 мин. Избыток модификатора и побочных продуктов реакции удаляют отдувкой азотом при 200-250°С. 1 табл.

100%-ная влажность воздуха при нормальных условиях составляет 23 мг/л воды

Редактор Т.Лазоренко

Составитель С.Кусая Техред М.Моргентал

Корректор А.Осауленко