DE3929219A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung organisch modifizierter silikagele - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur herstellung organisch modifizierter silikageleInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Modifizierung von Silikagelen mit flüssigen Alkoxysilanen,
wodurch Träger bzw. Kompaktphasen herstellbar sind, die in der
Chromotographie allgemein angewendet werden können und sich ins
besondere durch hohe Reinheit und hohe Bedeckungsgrade an direkt
gebundenen Kohlenwasserstoffresten auszeichnen.
Silikagele lassen sich mit Halogensilanen, Alkoxysilanen oder in
anderer Weise durch organische Reste derivatisieren (DE-OS 2
3 13 073).
Meist verwendet man Lösungen von Chlorsilanen in organischen
Lösungsmitteln, aber auch Arbeitsweisen mit gasförmigen Silanen
sind bekannt (DE-OS 19 51 620). Chlorsilane stellen sehr
reaktionsfähige, äußerst feuchtempfindliche Produkte dar. Sie
erfordern ein Entfernen des Chlorwasserstoffes während der
Reaktion, z. B. durch Zusatz von Basen. Die sich dabei bildenden
Salze machen längere Waschprozeduren notwendig, ohne daß die
Gewähr für eine völlige Reinigung gegeben ist.
Alkyl- oder Arylalkoxysilane sind reaktionsträge und erfordern
zur Umsetzung bei der bisherigen Verwendung von Lösungsmitteln
einen Zusatz von Katalysatoren (H. Engelhardt, P. Orth, J. Liquid
Chromatography 10 (1987) 1999-2022).
Oft sind die erreichten Umsetzungsgrade trotzdem deutlich
schlechter als mit Halogensilanen, wobei die restlose Entfernung
der Katalysatorzusätze ebenfalls Schwierigkeiten machen kann.
Ohne Katalysatorzusatz wurden bisher mit Alkoxysilanen an
Silikagelen nur sehr geringe Umsetzungsgrade erreicht.
Ziel der Erfindung ist die Derivatisierung von Silikagelen unter
Bildung von stabilen Si-C-Bindungen durch Umsetzung mit Alkyl-
oder Arylalkoxysilanen ohne Verwendung von Lösungsmitteln und
Katalysatoren, wobei alle Verfahrensstufen in einer Apparatur
hintereinander ohne dazwischenliegende Isolierung der Produkte
durchgeführt werden.
Die Aufgabe besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Herstellung organisch modifizierter Silikagele mit Hilfe von
Alkyl- oder Arylalkoxysilanen zu entwickeln.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung organisch
modifizierter Silikagele durch Umsetzung derselben mit Alkyl-
oder Arylalkoxysilanen erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
die Silikagele mit einem das gesamte Gel bedeckenden Überschuß
der flüssigen Silane auf Temperaturen von 200 bis 360°C
erhitzt, anschließend unter Druck mit Waschflüssigkeiten
perkoliert und schließlich unter Hindurchleiten von Inertgas
getrocknet werden. Je nach Reaktionsfreudigkeit des Silans ist es
vorteilhaft, Temperaturen zwischen 200°C und 360°C zu wählen,
wobei man sowohl mono- und di- als auch trifunktionelle
Alkoxysilane mit unverzweigten oder verzweigten, kurzen oder
langen Alkylketten, auch über C-20, sowie mit Arylresten
einsetzen kann. Alle Silane dienen als Reaktionskomponente und
zur Aufnahme der Reaktionsprodukte, so daß der Zusatz von
Lösungsmitteln unterbleibt.
Weiterhin ist es günstig, als Waschflüssigkeiten Methanol und
Ethanol oder gegebenenfalls Toluen zu verwenden.
Reaktionsdurchführung und Waschprozedur werden erfindungsgemäß
in einem Druckreaktor (siehe Prinzipbild) mit bis 400°C ausge
legter Heizung realisiert, dessen Durchmesser-Höhenverhältnis
etwa 1 : 2,5 bis 1 : 6 beträgt, so daß Reaktion und Waschprozedur
ohne Rührvorrichtung hintereinander ausgeführt werden können,
letztere unter qussi chromatographischen Bedingungen. Der Reaktor
wird nach Abschrauben des Deckels mit Silikagel und Silan
beschickt und nach Anschrauben des Deckels durch Inertgas
gespült. Bei geschlossenen Ventilen ist unter Druck auf die vor
geschriebene Temperatur zu erhitzen. Anschließend wird durch das
Auslaßventil entspannt, wobei das überschüssige Silan
ausfließt. Vor dem Auslaßventil befindet sich eine
Edelstahlfritte mit darunterangebrachter Stützsiebplatte. Nach
Öffnen des Einlaßventiles erfolgt die Gelreinigung durch
Hindurchpumpen der entsprechenden Lösungsmittel, die durch
Einschalten der Heizung erwärmt werden können. Danach wird
Inertgas durch den Reaktor geleitet. Das auf diese Weise durch
Inertgas getrocknete Gel kann dem Reaktor durch die
Entleerungsvorrichtung gebrauchsfertig entnommen werden. Das
erfindungsgemäße Verfahren erlaubt in Verbindung mit der
erfindungsgemäßen Vorrichtung eine sehr einfache Herstellung
von mit Kohlenwasserstoffresten modifizierten Silikagelen, wobei
sich je nach Wahl der Bedingungen niedrige und hohe Monoschicht
bedeckungsgrade bis zur überhaupt theoretisch möglichen
maximalen Bedeckung sowie auch polymer vernetzte Oberflächenbe
schichtungen hoher chromatographischer Wirksamkeit herstellen
lassen.
Die Ausführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt in
der durch die Prinzipzeichnung dargestellten Vorrichtung. Der
Druckreaktor 1 wird nach Abschrauben des Reaktordeckels 2 mit dem
Reaktionsgut 3 beschickt. Nach dem Wiederanschrauben des Deckels
2 und Öffnen der Ventile 4 und 5 wird mit Inertgas aus dem Be
hälter 6 gespült. Bei geschlossenen Ventilen wird dann mit der
Heizung 7 auf die vorgesehene Temperatur erhitzt. Anschließend
wird über das Auslaßventil 8 entspannt und das ausfließende
Silan gesammelt. Das modifizierte Silikagel wird dabei von der
Edelstahlfritte mit Stützsiebplatte 9 zurückgehalten. Nach
Öffnen des Ventils 10 wird mit der Druckpumpe 11 zum Auswaschen
des Silans Lösungsmittel durch das Silikagel gepumpt, wobei das
Lösungsmittel durch Einschalten der Heizung 7 erwärmt werden
kann. Danach wird Ventil 10 geschlossen und Ventil 5 geöffnet
und das Gel im Inertgasstrom getrocknet. Das getrocknete Gel wird
dann durch die Entleerungsvorrichtung 12 dem Reaktor 1 entnommen.
Mit dem Kontrollmanometer 13 kann jeweils der im Reaktor
herrschende Druck kontrolliert werden.
0,5 g Silikagel der Korngröße 10 µm und einer spezifischen
Oberfläche von 200 m2/g wurden in den Druckreaktor gefüllt und
mit 1,2 Litern Octylriethoxysilan versetzt. Danach wurde mit
sauerstofffreiem Inertgas gespült und 6 Stunden auf 240°C
erhitzt. Nach dem Abkühlen erfolgte das Ablassen des
überschüssigen Silans durch das Bodenventil, wonach 5 h lang
Methanol durch die Füllung gepumpt wurde, bis das gesamte
auswaschbare Silan entfernt war. Es wurde bei geöffneten
Bodenventil mit Inertgas gespült und über Nacht auf 80 bis 100°C
erwärmt. Durch Entfernen der Bodenverschraubung des Reaktors
erhielt man das trockene, gebrauchsfertige Gel. Es wies einen
Kohlenstoffgehalt von 8,4% (Masse) und einen Bedeckungsgrad von
2,4 Resten pro nm2 auf und zeigte ausgezeichnete chromatrogra
phische Eigenschaften. Die gefundene reduzierte Bodenhöhe betrug
im Mittel 3,2.
0,5 kg Silikagel der Korngröße 10 µm und einer spezifischen
Oberfläche von 340 m2/g wurden in den Druckreaktor gefüllt und
mit 1,2 Litern Octadecyltriethoxysilan versetzt. Danach wurde mit
sauerstofffreiem Inertgas gespült und 8 Stunden auf 260°C
erhitzt. Nach dem Abkühlen erfolgte das Ablassen des über
schüssigen Silans durch das Bodenventil, wonach hintereinander
Toluen, Ethanol und Methanol bei Siedehitze 5 h lang hindurchge
pumpt wurden. Es wurde bei geöffneten Bodenventil mit Inertgas
gespült und über Nacht auf 80 bis 100°C erwärmt. Durch
Entfernen der Bodenverschraubung des Reaktors erhielt man das
trockene, gebrauchsfertige Gel. Es wies einen Kohlenstoffgehalt
von 16% (Masse) und einen Bedeckungsgrad von 1,5 Resten pro nm2
auf und zeigte ausgezeichnete chromatographische Eigenschaften.
Die gefundene reduzierte Bodenhöhe betrug im Mittel 3,0.
0,5 kg Silikagel der Korngröße 10 µm und einer spezifischen
Oberfläche von 380 m2/g wurden in den Druckrohrreaktor gefüllt
und mit 1,2 Litern Octyl-dimethyl-monomethoxysilan versetzt.
Danach wurde mit sauerstofffreiem Inertgas gespült und 24
Stunden auf 200°C erhitzt. Nach dem Abkühlen erfolgte das
Ablassen des überschüssigen Silans durch das Bodenventil,
wonach Methanol 3 h lang durch die Füllung gepumpt wurde, bis
das gesamte auswaschbare Silan entfernt war. Es wurde bei
geöffnetem Bodenventil mit Inertgas gespült und über Nacht auf
80 bis 100°C erwärmt. Durch Entfernen der Bodenverschraubung
des Reaktors erhielt man das trockene, gebrauchsfertige Gel. Es
wies einen Kohlenstoffgehalt von 12,3% und einen Bedeckungsgrad
von 2,0 Resten pro nm2 auf und zeigte ausgezeichnete
chromatographische Eigenschaften. Die gefundene reduzierte Boden
höhe betrug im Mittel 3,2.
Der Versuch wurde in gleicher Weise wiederholt, wobei die
Erhitzungstemperatur auf 360°C eingestellt war. Das Produkt
ergab den gleichen Kohlenstoffgehalt, d. h. die
Oberflächenbedeckung des Trägers blieb konstant.
0,5 kg Silikagel der Korngröße 7 µm und einer spezifischen
Oberfläche von 450 m2/g wurden in den Druckrohrreaktor gefüllt
und mit 1,2 Litern Octyltriethoxysilan versetzt. Danach wurde mit
sauerstofffreiem Inertgas gespült und 8 Stunden auf 335°C
erhitzt. Nach dem Abkühlen erfolgte das Ablassen des
überschüssigen Silans durch das Bodenventil, wonach Methanol 5
h lang durch die Füllung gepumpt wurde, bis das gesamte
auswaschbare Silan entfernt war. Es wurde bei geöffnetem
Bodenventil mit Inertgas gespült und über Nacht auf 80 bis 100°C
erwärmt. Durch das Entfernen der Bodenverschraubung des
Reaktors erhielt man das trockene, gebrauchsfertige Gel. Es wies
einen Kohlenstoffgehalt von 25,4% auf. Das Gel zeigte
ausgezeichnete chromatographische Eigenschaften mit einer
gegenüber Beispiel 1 bis 3 deutlich veränderten Selektivität.
Bei Wiederholung des Versuchs wurde die Erhitzungstemperatur auf
360°C eingestellt. Der Kohlenstoffgehalt ließ sich dabei bis
auf 31,3% (Masse) steigern.
2,5 kg Silikagel der Korngröße 9 µm und einer spezifischen
Oberfläche von 360 m2/g wurden in den Druckrohrreaktor gefüllt
und mit 6 Litern Phenyltrimethoxysilan versetzt. Es wurde mit
sauerstofffreiem Inertgas gespült und 6 Stunden auf 210°C
erhitzt. Nach dem Abkühlen erfolgte das Ablassen des
überschüssigen Silans durch das Bodenventil, wonach 4 h lang
Methanol durch die Füllung gepumpt wurde, bis das gesamte
auswaschbare Silan entfernt war. Es wurde bei geöffnetem
Bodenventil mit Inertgas gespült und über Nacht auf 80 bis 100°C
erwärmt. Durch Entfernen der Bodenverschraubung des Reaktors
erhielt man das trockene, gebrauchsfertige Gel. Es wies einen
Kohlenstoffgehalt von 11,1%, einen Bedeckungsgrad von 2,5 Resten
pro nm2 sowie ausgezeichnete chromatographische Eigenschaften
auf.
1 = Druckreaktor
2 = Reaktordeckel
3 = Reaktionsgut
4 = Spül- und Entspannungsventil
5 = Einlaßventil für Spülgas
6 = Inertgasbehälter
7 = Heizwicklung
8 = Auslaßventil
9 = Stützsieb mit darüber befindlicher Edelstahlfritte
10 = Einlaßventil für Spülflüssigkeit
11 = Druckpumpe
12 = Entleerungsvorrichtung
13 = Kontrollmanometer
2 = Reaktordeckel
3 = Reaktionsgut
4 = Spül- und Entspannungsventil
5 = Einlaßventil für Spülgas
6 = Inertgasbehälter
7 = Heizwicklung
8 = Auslaßventil
9 = Stützsieb mit darüber befindlicher Edelstahlfritte
10 = Einlaßventil für Spülflüssigkeit
11 = Druckpumpe
12 = Entleerungsvorrichtung
13 = Kontrollmanometer
Claims (4)
1. Verfahren zur Herstellung organisch modifizierter Silikagele
durch Umsetzung derselben mit Alkyl- oder Arylalkoxysilanen, da
durch gekennzeichnet, daß die Silikagele mit einem das gesamte
Gel bedeckenden Überschuß der flüssigen Silane auf Tempera
turen von 200 bis 360°C erhitzt, anschließend unter Druck mit
Waschflüssigkeiten perkoliert und schließlich unter Hindurch
leiten von Inertgas getrocknet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man
sowohl mono-, di- als auch trifunktionelle Alkoxysilane mit
unterschiedlichen, auch gemischten Kohlenwasserstoffsubstituenten
einsetzt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als
Perkolationsflüssigkeiten vorzugsweise Methanol, Ethanol und
Toluen verwendet.
4. Vorrichtung zur Herstellung organisch modifizierter Silikagele,
bestehend aus einem bis 400°C heizbaren Druckreaktor, dadurch
gekennzeichnet, daß dieser ein Durchmesser-/Höhenverhältnis
von 1 : 2,5 bis 1 : 6 aufweist, am Deckel und Boden mit verschließ
baren Produkteintrags- und Produktaustragsöffnungen versehen
ist, sich zur unteren Öffnung hin konisch verengt und seitlich
am Konus ein Bodenventil trägt, das durch eine Edelstahlfritte
mit Stützsieb geschützt ist.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DD32009288A DD283701A7 (de) | 1988-09-26 | 1988-09-26 | Verfahren und vorrichtung zur herstellung organisch modifizierter silikagele |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3929219A1 true DE3929219A1 (de) | 1990-03-29 |
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ID=5602652
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19893929219 Withdrawn DE3929219A1 (de) | 1988-09-26 | 1989-09-02 | Verfahren und vorrichtung zur herstellung organisch modifizierter silikagele |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
DD (1) | DD283701A7 (de) |
DE (1) | DE3929219A1 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1992020623A1 (en) * | 1991-05-24 | 1992-11-26 | Sinvent A/S | Process for the preparation of a silica aerogel-like material |
CN107894486A (zh) * | 2017-11-27 | 2018-04-10 | 利民化工股份有限公司 | 2,3,6,7‑四甲氧基‑9‑菲甲酸‑s‑(2‑苯并咪唑)酯的分析方法 |
-
1988
- 1988-09-26 DD DD32009288A patent/DD283701A7/de not_active IP Right Cessation
-
1989
- 1989-09-02 DE DE19893929219 patent/DE3929219A1/de not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1992020623A1 (en) * | 1991-05-24 | 1992-11-26 | Sinvent A/S | Process for the preparation of a silica aerogel-like material |
CN107894486A (zh) * | 2017-11-27 | 2018-04-10 | 利民化工股份有限公司 | 2,3,6,7‑四甲氧基‑9‑菲甲酸‑s‑(2‑苯并咪唑)酯的分析方法 |
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Publication number | Publication date |
---|---|
DD283701A7 (de) | 1990-10-24 |
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