JP4283895B2 - 疎水性シリカゲルを中性条件下で製造する方法 - Google Patents
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Description
本発明の方法で製造される疎水性シリカゲルは天然ゴムの熱絶縁、強化および増量用充填材のような多くの用途で、また浮上分離装置(floatation devices)の充填材として有用であるが、それらはシリコーンゴム組成物の強化用充填材として特に有用である。ポリジオルガノシロキサン流体または同ガム単独の加硫により形成されるシリコーンゴムは、一般に、その伸びおよび引張強さの値が小さいことは周知である。このようなシリコーンゴムの物理的性質を改善する1つの方法は、その流体またはガムに硬化に先だって強化用シリカ充填材を配合することを含む。しかし、シリカ系強化用充填材には、それがポリジオルガノシロキサン流体または同ガムと相互作用して「クレープ硬化」と一般に称される現象を引き起こす傾向がある。強化用シリカ充填材の表面を有機シラン類または有機シロキサン類で処理してその充填材表面を疎水性にするために、過去において多大の努力がなされた。この表面処理はその組成物がクレープ硬化を起こす傾向を低下または減少させ、硬化したシリコーンゴムの物理的性質を改善する。
このような従来技術の代表的なものを挙げると、米国特許第3,024,126号;同第3,979,546号;同第3,015,645号;同第3,122,520号;同第2,892,797号;同第3,850,971号;同第4,006,175号;同第4,360,388号;欧州特許第0−690,023A2号;同第0−658,531号;および米国特許第5,565,142号明細書がある。
本発明の方法は、シリカヒドロゲルを疎水化工程の前にシリカ有機ゲルに転化することを要しないものである。ただし、本発明の方法では、望むならば、第二および第三工程を同時に行って、そのプロセスを促進するようになすことができる。加えて、シリカヒドロゲルを製造するための中性条件は、シリカヒドロゲルを強酸条件下で製造する方法を超える利点を提供する。この利点として、そのプロセスでの酸の使用が減ぜられること、耐酸性の小さいプロセス装置が使用できること、およびシリカヒドロゾルの対応するシリカヒドロゲルへの転化がより速くなることが挙げられる。
疎水性のシリカゲルを製造するこの方法は、次の:
(A)SiO2を1ミリリットル当たり0.02〜0.5g含んで成るシリカヒドロゾルのpHを、シリカヒドロゲルの形成を促進するために、10〜250℃の範囲内の温度において塩基でpH3〜7の範囲内に調整し、そして
(B)そのシリカヒドロゲルを、(1)触媒量の強酸および(2)式(1)R2 aHbSiX4-a-bで表される有機シラン類および式(2)R2 nSiO(4-n)/2で表される有機シロキサン類から選ばれる有機珪素化合物と混合して、表面積が乾燥状態で測定して100〜850m2/gの範囲内にある疎水性シリカヒドロゲルを形成する工程を含んで成る:ただし、上記の式において、各R2は独立に1〜12個の炭素原子を含む炭化水素基および1〜12個の炭素原子を含む有機官能性炭化水素基から選ばれ、各Xは独立にハロゲンおよび1〜12個の炭素原子を含むアルコキシ基から選ばれ、a=1、2または3であり、b=0または1であり、b=1であるときa+b=2または3であるという条件でa+b=1、2または3であり、そしてnは2〜3の整数である。1つの好ましい方法は、(C)疎水性シリカヒドロゲルを、それを表面積が乾燥状態で測定して100〜850m2/gの範囲内にある疎水性シリカ有機ゲルに転化させるべく十分な量の水不混和性有機溶媒と接触させる工程をさらに含む。
所望によっては、工程(B)および(C)を、疎水性シリカヒドロゲルが形成されるにつれてそのヒドロゲルがシリカ有機ゲルに転化されるように結合することができる。その溶媒は、次に、疎水性シリカゲルを形成するために、疎水性シリカ有機ゲルから除去することができる。本発明の方法で製造される疎水性シリカゲルは、シリコーンゴムおよび有機ゴム組成物の強化用充填材として有用である。
シリカヒドロゾルの製造に用いられる方法は、特に重要であると言う訳ではなく、この技術分野で知られている方法のいずれであってもよい。本発明の方法で有用なシリカヒドロゾルは、珪酸ナトリウムをイオン交換樹脂を使用する等の方法で脱イオン化することによって製造することができる。シリカヒドロゾルはシランを低温で加水分解することによっても製造することができる。シリカヒドロゾルは珪酸ナトリウムの混合物を酸性化することによっても製造することができる。
工程(A)において、シリカヒドロゾルのpHは、シリカヒドロゲルの形成を促進するために塩基を添加してpH3〜7の範囲内に調整される。シリカヒドロゾルのpHは塩基でpH3.5〜6の範囲内に調整されるのが好ましい。本発明の目的にはいかなる塩基も使用可能である。NH4OH、NaOH、KOHおよびNa2(SiO2)3.36のような無機塩基が好ましい。工程(A)を実施する温度は10〜250℃の範囲内であることができる。工程(A)を75〜150℃の範囲内の温度で行う場合が好ましい。工程(A)を90〜110℃の範囲内の温度で行う場合がさらに好ましい。
工程(A)において、シリカヒドロゾルを対応するシリカヒドロゲルに転化するのに要する時間は温度とpHと共に変わる。一般的に言えば、温度が高ければ高いほど、またpHが高ければ高いほど、必要とされる時間は短くなる。工程(A)は、シリカヒドロゲルが、疎水化処理後の最終生成物が、Jour.Am.Chem.Soc.、60:309(1938)に記載され、また米国特許第3,122,520号明細書にさらに記載されているブルナウアー・エメット(Brunauer Emmett)とテーラー(Teller)の方法(BET法)で測定して、乾燥状態で100〜850m2/gの範囲内の表面積を有するそのような構造を獲得するまで続けられなければならない。工程(A)の終結時のシリカヒドロゲルの表面積は、それが、本発明の方法による乾燥生成物の表面積が上記の範囲内にあるそのような表面積であれば重要ではない。このシリカヒドロゲルの表面積は、一般に、疎水化反応により小さくなるが、それはシリカヒドロゲルの表面に結合されて行く有機シリル基が平均粒度を大きくするからである。シリカヒドロゲルの表面は、疎水化処理がその表面積を100〜850m2/gの範囲内にもたらすと言う条件で850m2/gを越えていることができる。工程(A)を実施する際の適正接触条件を決めるには、続けて工程(B)および(C)を行い、次いで得られた生成物の乾燥状態での表面積を測定することが必要である。得られた生成物の乾燥状態での表面積が850m2/gを越えている場合、工程(A)の接触条件が穏やか過ぎたのである。得られた生成物の乾燥状態での表面積が100m2/g未満である場合は、工程(A)の接触条件が厳し過ぎたのである。工程(A)を実施するのに適切なpH条件、温度および時間の例は、本明細書の実施例に与えられている。疎水性シリカゲルの乾燥状態での表面積が上記範囲より大きいかまたは小さい場合、その疎水性シリカゲルのシリコーンエラストマーにおける強化性が低下したのである。
本発明方法のもう一つ別の態様において、工程(A)のシリカヒドロゲルは、工程(B)の実施前にpH3.5〜8の範囲内のpHで熟成することができる。シリカヒドロゲルをpH6〜7.5の範囲内のpHで熟成する場合が好ましい。必要ならば、シリカヒドロゲルのpHを、その熟成のために、工程(A)で使用するために前記で述べたような塩基を使用することにより上記範囲内に調整することができる。シリカヒドロゲルは、一般に、0〜250℃の範囲内の温度で熟成することができる。シリカヒドロゲルを20〜150℃の範囲内の温度で熟成することが好ましい。シリカヒドロゲルを80〜130℃の範囲内の温度で熟成する場合が最も好ましい。シリカヒドロゲルを熟成する時間の長さは、10分〜76時間またはそれ以上であることができる。シリカヒドロゲルを熟成する好ましい時間の長さは、1〜24時間の範囲内である。
工程(A)のシリカヒドロゲルは、所望とされるならば、工程(B)の疎水化反応を行う前に剪断力に付して集塊物の粒度を減じ、より均一な粒度分布を作り出すことができる。剪断処理を行う場合、シリカヒドロゲルの剪断処理がその熟成が全て完了した後遂行されることが好ましい。剪断力はこの技術分野で公知の方法のいずれによってもシリカヒドロゲルに加えることができる。剪断力は高速ミキサーのような機械的手段によるか、または超音波により加えてもよい。集塊物のこの粒度低下と改善された粒度分布によって、疎水性シリカゲルは、シリコーンエラストマー組成物に配合した時に粘度がより低い組成物またより安定な組成物となり、かつ改善された清澄性と物理的性質を有する硬化シリコーンエラストマーを提供する。
本発明方法の工程(B)では、工程(A)のシリカヒドロゲルが、触媒量の強酸の存在下で、式(1)および(2)で表され定義された有機珪素化合物の1種または2種以上と混合される。この触媒量の強酸は、有機珪素化合物の添加前若しくは添加と同時に、またはその添加に続いて加えることができる。有機珪素化合物がクロロシランである場合、その触媒量の強酸は、クロロシランの加水分解反応またはクロロシランとシリカヒドロゲルのヒドロキシル基との直接反応によりその反応の場で生成せしめることができる。用語「触媒量」とは、強酸が有機珪素化合物とシリカヒドロゲルとの反応を行うのに十分な量で存在することを意味する。有用な強酸の例を挙げると、塩酸、ヨウ化水素酸、硝酸、燐酸、硫酸およびベンゼンスルホン酸がある。工程(B)では、その強酸が2.5未満のpHを与えることが好ましい。
工程(B)を実施する温度は決定的に重要であるという訳ではなく、20〜250℃であることができる。一般に、工程(B)は30〜150℃の範囲内の温度で行われることが好ましい。
工程(B)では、工程(A)のシリカヒドロゲルが式(1)または(2)で表される有機珪素化合物と反応せしめられる。式(1)および(2)において、各R2は、独立に、1〜12個の炭素原子を含む炭化水素基および1〜12個の炭素原子を含む有機官能性炭化水素基から選ばれる。R2は飽和または不飽和の炭化水素基であることができる。R2は、メチル、エチル、t−ブチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、デシルおよびドデシルのようなアルキル基;ビニル、アリルおよびヘキセニルのようなアルケニル基;クロロメチル、3,3,3−トリフルオロプロピルおよび6−クロロヘキシルのような置換アルキル基;並びにフェニル、ナフチルおよびトリルのようなアリール基であることができる。R2は、官能基がメルカプト、ジスルフィド、ポリスルフィド、アミノ、カルボン酸、カルビノール、エステルまたはアミドである1〜12個の炭素原子を含む有機官能性炭化水素基であることができる。好ましい有機官能性炭化水素基は、ジスルフィドまたはポリスルフィド官能基を有するものである。
式(1)において、各Xは、独立に、ハロゲンおよび1〜12個の炭素原子を含むアルコキシ基から選ばれる。Xがハロゲンであるとき、ハロゲンは塩素であることが好ましい。Xがアルコキシ基であるとき、Xはメトキシ、エトキシおよびプロポキシであることができる。各Xが塩素原子およびメトキシから選ばれる場合が好ましい。
式(2)で表される有機シロキサンの粘度には制限がなく、流体の粘度からガム(gum)の粘度までの範囲であることができる。一般的に言えば、分子量がより高い有機シロキサンが本発明の方法の酸性条件で開裂され、それらシロキサンをシリカヒドロゲルと反応させる。
本発明の方法では、有機珪素化合物は、式(1)または(2)で表される単一の化合物として、または式(1)および(2)で表される1種または2種以上の有機珪素化合物の混合物として与えることができる。
有用な有機珪素化合物の例に、ジエチルジクロロシラン、アリルメチルジクロロシラン、メチルフェニルジクロロシラン、フェニルエチルジエトキシシラン、3,3,3−トリフルオロプロピルジクロロシラン、トリメチルブトキシシラン、sym−フェニルテトラメチルジシロキサン、トリビニルトリメチルシクロトリシロキサン、ヘキサエチルジシロキサン、ペンチルメチルジクロロシラン、ジビニルジプロポキシシラン、ビニルジメチルクロロシラン、ビニルメチルジクロロシラン、ビニルジメチルメトキシシラン、トリメチルクロロシラン、ヘキサメチルジシロキサン、ヘキセニルメチルジクロロシラン、ヘキセニルジメチルクロロシラン、ジメチルクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、メルカプトプロピルメチルジメトキシシランおよびビス{3−(トリエトキシシリル)プロピル}テトラスルフィドがある。疎水性シリカゲルをシリコーンゴムの充填材として用いようとするときは、有機珪素化合物はヘキサメチルジシロキサンまたはジメチルジクロロシランであるのが好ましい。
本発明の方法に加えられる有機珪素化合物の量は、シリカヒドロゲルを十分に疎水化してその意図される用途に適した疎水性シリカゲルとなすのに十分な量である。一般的には、有機珪素化合物は、本発明の方法に、シリカシリカゲル中にそのSiO2単位1個につき少なくとも0.04個の有機シリル単位が存在するそのような量で加えられるべきである。そのプロセスに対する有機珪素化合物の添加量の上限には、シリカヒドロゲルを飽和するのに要する量を越えるいかなる量も本発明の方法の溶媒として作用するから、臨界がない。
工程(B)の実行中は、有機珪素化合物とシリカヒドロゲルとの反応を促進するために、界面活性剤または水混和性の溶媒を加えることが望ましいだろう。適した界面活性剤として、ドデシルベンゼンスルホン酸のようなアニオン系界面活性剤、ポリオキシエチレン(23)ラウリルエーテルおよびMeがメチルである(Me3SiO)2MeSi(CH2)3(OCH2CH2)7OMeのようなノニオン系界面活性剤、並びにN−アルキルトリメチルアンモニウムクロリドのようなカチオン系界面活性剤を挙げることができる。適した水混和性溶媒に、エタノール、プロパノール、イソプロパノールのようなアルコールおよびテトラヒドロフランがある。
工程(B)の疎水性シリカヒドロゲルはそのまま使用することもできるし、その使用のために遠心分離または濾過のような方法で回収することもできる。疎水性シリカヒドロゲルは加熱若しくは減圧、または加熱および減圧の両者の組み合わせのような方法を使用して乾燥してもよい。
1つの好ましい方法は、疎水性シリカヒドロゲルを、それを表面積が乾燥状態で測定して100〜850m2/gの範囲内である疎水性シリカ有機ゲルに転化するのに十分な量の水不混和性有機溶媒と接触させる工程(C)をさらに含む。工程(B)の有機珪素化合物と工程(C)の有機溶媒とは、望むならば、同時にシリカヒドロゲルに加えることができる。これらの条件下では、シリカヒドロゲルと有機珪素化合物との反応およびその有機溶媒による疎水性シリカヒドロゲル中の水の置換とは同時に行われ得る。1つの好ましい方法は、水不混和性有機溶媒が疎水性シリカヒドロゲルの形成後に加えられる場合であって、それにより疎水性有機ゲルの形成が行われる。
本発明の目的には、水と不混和性のものであればいかなる有機溶媒も使用できる。適した溶媒に、ヘキサメチルジシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、ジフェニルテトラメチルジシロキサンおよび末端がトリメチルシリル基でブロックされているジメチルポリシロキサンの各流体のような低分子量のシロキサン類がある。溶媒としてシロキサンを用いる場合、そのシロキサンは溶媒、およびシリカヒドロゲルとの反応体の両者として役立つことができる。加えて、適した溶媒に、トルエンおよびキシレンのような芳香族炭化水素;ヘプタン、その他の脂肪族炭化水素溶媒;シクロヘキサンのようなシクロアルカン類;ジエチルエーテルおよびジブチルエーテルのようなエーテル類;塩化メチレン、クロロホルム、塩化エチレンおよびクロロベンゼンのようなハロゲン化炭化水素溶媒;並びにメチルイソブチルケトンのようなケトン類がある。
水不混和性有機溶媒の量は、疎水性シリカヒドロゲルを疎水性シリカ有機ゲルに転化させるべく十分な溶媒が存在する限り、臨界的であると言う訳ではない。好ましくは、この溶媒は、疎水性シリカ有機ゲルからのその除去を容易にするために、250℃より低い沸点を有すべきであるが、その沸点は、その溶媒が遠心分離、蒸発または他の適当な手段で疎水性シリカ有機ゲルから除去可能であるから、臨界的ではない。
本発明の方法の工程(A)および(B)においては、セリウムおよび鉄の水溶性化合物から選ばれる有効量の熱安定剤を加えてもよい。用語「有効量」とは、セリウムまたは鉄の水溶性化合物が本発明の方法の生成物である疎水性シリカゲル中に、その疎水性シリカゲルが添入される組成物に改善された熱安定性を与えるのに十分な濃度で存在することを意味する。そのような組成物として、シリコーンゴム、天然ゴムおよび合成有機ゴムを挙げることができる。
一般的に言えば、このプロセスでは、工程(A)または(B)における成分の容量に対して0.01〜10重量/容量パーセント(Wt./Vol.%)のセリウムまたは鉄の水溶性化合物が有用であると考えられる。セリウムまたは鉄の水溶性化合物が同基準で0.1〜1Wt./Vol.%を占める場合が好ましい。
本発明の方法で有用であろう水溶性化合物の例に、FeCl3、FeBr2、FeBr3・6H2O、FeCl2・4H2O、FeI2・4H2O、Fe(NO3)3・6H2O、FePO4・2H2O、CeCl3・9H2O、CeBr3・H2O、CeI3・9H2O、Ce(NO3)3・6H2OおよびCe(SO4)2・2H2Oがある。本発明の方法で使用するためのセリウムおよび鉄の好ましい水溶性化合物は、FeCl3およびCeCl3・9H2Oから選ばれる。
疎水性シリカ有機ゲルは、これを直接、シリコーンゴムの強化材として、或いはこの種の生成物を用い得る他の任意の用途で使用することもできる。これとは別に、その疎水性シリカ有機ゲルから溶媒を除去し、得られた乾燥疎水性シリカゲルを用いることもできる。
次の実施例は本発明を例示説明するために与えられるものである。これらの実施例は本発明の請求の範囲を限定しようとするものではない。
実施例1
pH4で調製、熟成され、ヘキサメチルジシロキサンで疎水化され、そしてFeCl3が熱安定剤として添入されているシリカゲルを製造した。即ち、5Lのフラスコに400mlの珪酸ナトリウム[商品名:PQ Nクリアー珪酸ナトリウム(PQ N Clear Sodium Silicate);ペンシルバニア州(PA)、バレー・フォージュ(Valley Forge)のPQ社(PQ Corporation)]、136mlの濃HCl[ニュー・ジャージー州(NJ)、フェア・ローン(Fair Lawn)のフィッシャー・サーティファイド・フィッシャー・サイエンティック社(Fisher Certified,Fisher Scientific)]および1464mlの脱イオン水を加えることによってシリカヒドロゾルを製造した。このシリカヒドロゾルを珪酸ナトリウム(商品名:PQ Nクリアー珪酸ナトリウム;PQ社)の脱イオン水中希薄溶液を使用してpH4に調整した。攪拌30分後にシリカヒドロゲルが形成された。このシリカヒドロゲルを室温でさらに3時間攪拌することにより熟成した。
熟成後、そのシリカヒドロゲルに、攪拌しながら、500mlの濃HCl(フィッシャー・サーティファイド社)、833mlのイソプロパノール、227mlのヘキサメチルジシロキサンおよび5.4gのFeCl3を加えた。このフラスコ内容物を室温で1時間攪拌した後、1.5Lのトルエンを加えた。このフラスコの内容物をさらに2〜3分間攪拌し、攪拌を止め、そしてその水性相をフラスコから排液した。そのフラスコに250mlのイソプロパノールと50mlの脱イオン水を加え、そしてそのフラスコの内容物を2分間急速攪拌した。次いで、このフラスコに700mlの脱イオン水を加え、そしてさらに2分間攪拌した後その水性相をフラスコから排液した。
上記フラスコにディーン−スターク(Dean−Stark)・トラップを取り付け、そしてそのトルエン相を還流させて残っている水を除去した。そのトルエン相をガラス製パンに注加し、そしてトルエンを蒸発させると、生成物として疎水性シリカゲルが残った。この疎水性シリカゲルを150℃で14時間乾燥した。乾燥された疎水性シリカゲルの収量は233gであった。この乾燥疎水性シリカゲルのBET表面積を前記の方法で測定し;ボイド容積、孔容積、平均孔直径および粒度を標準法で特徴付け;そして炭素含有量をパーキン・エルマー・モデル(Perkin Elmer Model)2400(商品名)CHN元素分析装置[コネチカット州(CT)、ノーウォーク(Norwalk)のパーキン・エルマー社(Perkin Elmer Corporation)]を使用してCHN分析することによって定量した。これらの分析結果を表1に報告する。
実施例2
pH4で調製、熟成され、ヘキサメチルジシロキサンで疎水化され、そしてFeCl3が熱安定剤として添入されているシリカゲルを製造した。即ち、5Lのフラスコに400mlの珪酸ナトリウム(商品名:PQ Nクリアー珪酸ナトリウム;PQ社)、136mlの濃HCl(フィッシャー・サーティファイド社)および824mlの脱イオン水を加えることによってシリカヒドロゾルを製造した。このシリカヒドロゾルを珪酸ナトリウム(商品名:PQ Nクリアー珪酸ナトリウム;PQ社)の脱イオン水中希薄溶液を使用してpH4に調整した。攪拌23分後にシリカヒドロゲルが形成された。このシリカヒドロゲルを攪拌しながら100℃でさらに50分間加熱することにより熟成した。
熟成後、そのシリカヒドロゲルに、攪拌しながら、500mlの濃HCl(フィッシャー・サーティファイド社)、833mlのイソプロパノール、227mlのヘキサメチルジシロキサンおよび5.4gのFeCl3を加えた。このフラスコ内容物を室温で1時間攪拌した後、1.5Lのトルエンを加えた。このフラスコ内容物をさらに2〜3分間攪拌した後、攪拌を止め、そしてその水性相をフラスコから排液した。そのフラスコに250mlのイソプロパノールと50mlの脱イオン水を加え、そしてそのフラスコの内容物を2分間急速攪拌した。次いで、700mlの脱イオン水を加え、そしてさらに2分間攪拌した後その水性相をフラスコから排液した。
上記フラスコにディーン−スターク・トラップを取り付け、そしてそのトルエン相を還流させて残っている水を除去した。そのトルエン相をガラス製パンに注加し、そしてトルエンを蒸発させると、生成物として疎水性シリカゲルが残った。この疎水性シリカゲルを150℃で14時間乾燥した。乾燥された疎水性シリカゲルの収量は204gであった。
上記の疎水性シリカゲルを実施例1に記載した方法で特徴付けた。その結果を表1に与える。
実施例3
pH4で調製、熟成され、ヘキサメチルジシロキサンで疎水化され、そしてFeCl3が熱安定剤として添入されているシリカゲルを製造した。即ち、5Lのフラスコに400mlの珪酸ナトリウム(商品名:PQ Nクリアー珪酸ナトリウム;PQ社)、136mlの濃HCl(フィッシャー・サーティファイド社)および1464mlの脱イオン水を加えることによってシリカヒドロゾルを製造した。このシリカヒドロゾルを珪酸ナトリウム(商品名:PQ Nクリアー珪酸ナトリウム;PQ社)の脱イオン水中希薄溶液を使用してpH4に調整した。攪拌23分後にシリカヒドロゲルが形成された。このシリカヒドロゲルを1.9時間還流することにより熟成した。
熟成後、そのシリカヒドロゲルに、攪拌しながら、500mlの濃HCl(フィッシャー・サーティファイド社)、833mlのイソプロパノール、227mlのヘキサメチルジシロキサンおよび5.4gのFeCl3を加えた。このフラスコ内容物を室温で1時間攪拌した後、1.5Lのトルエンを加えた。さらに2〜3分間攪拌した後、攪拌を止め、そしてその水性相をフラスコから排液した。そのフラスコに250mlのイソプロパノールと50mlの脱イオン水を加え、そしてそのフラスコの内容物を2分間急速攪拌した。次いで、そのフラスコに700mlの脱イオン水を加え、そしてさらに2分間攪拌した後その水性相をフラスコから排液した。
上記フラスコにディーン−スターク・トラップを取り付け、そしてそのトルエン相を還流させて残っている水を除去した。そのトルエン相をガラス製パンに注加し、そしてトルエンを蒸発させると、生成物として疎水性シリカゲルが残った。この疎水性シリカゲルを150℃で14時間乾燥した。乾燥された疎水性シリカゲルの収量は197gであった。
上記の疎水性シリカゲルを実施例1に記載した方法で特徴付けた。その結果を表1に与える。
実施例4
pH5.1で調製、熟成され、そしてジメチルジクロロシランで疎水化されているシリカゲルを製造した。即ち、5Lのフラスコに350mlの珪酸ナトリウム(商品名:PQ Nクリアー珪酸ナトリウム;PQ社)、119mlの濃HCl(フィッシャー・サーティファイド社)および1281mlの脱イオン水を加えることによってシリカヒドロゾルを製造した。このシリカヒドロゾルを、シリカヒドロゲルが形成し始める時点に珪酸ナトリウム(商品名:PQ Nクリアー珪酸ナトリウム;PQ社)の脱イオン水中希薄溶液を使用してpH5.1に調整した。このシリカヒドロゲルを3時間還流することにより熟成した。
熟成後、そのシリカヒドロゲルに、攪拌しながら、625mlのイソプロパノールと72mlのジメチルジクロロシランを加えた。このフラスコ内容物を65℃で1時間攪拌した後、そのフラスコ内容物を冷却し、そして1Lのトルエンを加えた。そのフラスコ内容物をさらに2〜5分間攪拌した後、撹拌を止め、そしてその水性相をフラスコから排液した。そのフラスコに250mlのイソプロパノールと62mlの脱イオン水を加え、そしてそのフラスコの内容物を2分間急速攪拌した。次いで、そのフラスコに688mlの脱イオン水を加え、そしてその内容物をさらに5分間攪拌した後その水性相をフラスコから排液した。
上記フラスコにディーン−スターク・トラップを取り付け、そしてそのトルエン相を還流させて残っている水を除去した。そのトルエン相をガラス製パンに注加し、そしてトルエンを蒸発させると、生成物として疎水性シリカゲルが残った。この疎水性シリカゲルを150℃で14時間乾燥した。乾燥された疎水性シリカゲルの収量は180gであった。
上記の疎水性シリカゲルを実施例1に記載した方法で特徴付けた。その結果を表1に与える。
実施例5
pH5.1で調製、熟成され、そしてジメチルジクロロシランとビニルメチルジクロロシランで疎水化されているシリカゲルを製造した。即ち、5Lのフラスコに350mlの珪酸ナトリウム(商品名:PQ Nクリアー珪酸ナトリウム;PQ社)、119mlの濃HCl(フィッシャー・サーティファイド社)および1281mlの脱イオン水を加えることによってシリカヒドロゾルを製造した。このシリカヒドロゾルを、シリカヒドロゲルが形成し始める時点に珪酸ナトリウム(商品名:PQ Nクリアー珪酸ナトリウム;PQ社)の脱イオン水中希薄溶液を使用してpH5.1に調整した。このシリカヒドロゲルを4時間還流することにより熟成した。
熟成後、そのシリカヒドロゲルに、攪拌しながら、625mlのイソプロパノール、72mlのジメチルジクロロシランおよび4mlのビニルメチルジクロロシランを加えた。このフラスコ内容物を65℃で1時間攪拌した後、そのフラスコ内容物を冷却し、そして1Lのトルエンを加えた。そのフラスコ内容物をさらに2〜5分間攪拌した後、攪拌を止め、そしてその水性相をフラスコから排液した。そのフラスコに500mlのトルエン、250mlのイソプロパノールおよび62mlの脱イオン水を加え、そしてそのフラスコの内容物を2分間攪拌した。次いで、そのフラスコに690mlの脱イオン水を加え、そしてそのフラスコ内容物をさらに5分間攪拌した後その水性相をフラスコから排液した。
上記フラスコにディーン−スターク・トラップを取り付け、そしてそのトルエン相を還流させて残っている水を除去した。そのトルエン相をガラス製パンに注加し、そしてトルエンを蒸発させると、生成物として疎水性シリカゲルが残った。この疎水性シリカゲルを75℃で14時間乾燥した。乾燥された疎水性シリカゲルの収量は187gであった。
上記の疎水性シリカゲルを実施例1に記載した方法で特徴付けた。その結果を表1に与える。
実施例6
pH5.1で調製、熟成され、そしてジメチルジクロロシランとビス{3−(トリエトキシシリル)プロピル}テトラスルフィドで疎水化されるているシリカゲルを製造した。即ち、5Lのフラスコに350mlの珪酸ナトリウム(商品名:PQ Nクリアー珪酸ナトリウム;PQ社)、119mlの濃HCl(フィッシャー・サーティファイド社)および1281mlの脱イオン水を加えることによってシリカヒドロゾルを製造した。このシリカヒドロゾルを、シリカヒドロゲルが形成し始める時点に珪酸ナトリウム(商品名:PQ Nクリアー珪酸ナトリウム;PQ社)の脱イオン水中希薄溶液を使用してpH5.1に調整した。このシリカヒドロゲルを4時間還流することにより熟成した。
熟成後、そのシリカヒドロゲルに、攪拌しながら、625mlのイソプロパノールと15mlのビス{3−(トリエトキシシリル)プロピル}テトラスルフィドを加えた。このフラスコ内容物を5分間攪拌した後、そのフラスコに72mlのジメチルジクロロシランを加えた。そのフラスコ内容物を65℃で1時間攪拌した後、その内容物を冷却し、そして1Lのトルエンを加えた。さらに2〜5分間攪拌した後、攪拌を止め、そしてその水性相をフラスコから排液した。そのフラスコに500mlのトルエン、250mlのイソプロパノールおよび62mlの脱イオン水を加え、そしてそのフラスコの内容物を2分間攪拌した。次いで、690mlの脱イオン水を加え、そしてそのフラスコ内容物をさらに5分間攪拌した後その水性相をフラスコから排液した。
上記フラスコにディーン−スターク・トラップを取り付け、そしてそのトルエン相を還流させて残っている水を除去した。そのトルエン相をガラス製パンに注加し、そしてトルエンを蒸発させると、生成物として疎水性シリカゲルが残った。この疎水性シリカゲルを75℃で14時間乾燥した。乾燥された疎水性シリカゲルの収量は199gであった。
上記の疎水性シリカゲルを実施例1に記載した方法で特徴付けた。その結果を表2に与える。
実施例7
pH5で調製され、pH6で熟成され、ジメチルジクロロシランで疎水化され、そしてFeCl3が熱安定剤として添入されているシリカゲルを製造した。即ち、5Lのフラスコに500mlの珪酸ナトリウム(商品名:PQ Nクリアー珪酸ナトリウム;PQ社)、128mlの濃HCl(フィッシャー・サーティファイド社)および1820mlの脱イオン水を加えることによってシリカヒドロゾルを製造した。このシリカヒドロゾルを、珪酸ナトリウム(商品名:PQ Nクリアー珪酸ナトリウム;PQ社)の脱イオン水中希薄溶液を使用してpH5に調整した。そのシリカヒドロゾルをpH5で2,3分間攪拌した後に、シリカヒドロゲルが生成した。このシリカヒドロゲルを85℃まで昇温、加熱し、そして追加の珪酸ナトリウムを加えてそのpHを6に上げた。この混合物をpH6で2時間還流することにより熟成した。
熟成後、そのシリカヒドロゲルに、攪拌しながら、833mlのイソプロパノール、128mlのジメチルジクロロシランおよび5.4gのFeCl3を加えた。このフラスコ内容物を室温で5分間攪拌した後、2Lのトルエンを加えた。そのフラスコ内容物をさらに2〜5分間攪拌した後、攪拌を止め、そしてその水性相をフラスコから排液した。次いで、そのフラスコに1Lの脱イオン水を加え、そしてそのフラスコ内容物をさらに5分間攪拌した後その水性相をフラスコから排液した。
上記フラスコにディーン−スターク・トラップを取り付け、そしてそのトルエン相を還流させて残っている水を除去した。そのトルエン相をガラス製パンに注加し、そしてトルエンを蒸発させると、生成物として疎水性シリカゲルが残った。この疎水性シリカゲルを150℃で14時間乾燥した。乾燥された疎水性シリカゲルの収量は243gであった。
実施例8
pH5.1で調製され、pH6で熟成され、ジメチルジクロロシランで疎水化され、そしてFeCl3が熱安定剤として添入されているシリカゲルを製造した。即ち、5Lのフラスコに500mlの珪酸ナトリウム(商品名:PQ Nクリアー珪酸ナトリウム;PQ社)、170mlの濃HCl(フィッシャー・サーティファイド社)および1830mlの脱イオン水を加えることによってシリカヒドロゾルを製造した。このシリカヒドロゾルを、珪酸ナトリウム(商品名:PQ Nクリアー珪酸ナトリウム;PQ社)の脱イオン水中希薄溶液を使用してpH5.1に調整した。2,3分間攪拌するとシリカヒドロゲルが生成した。このシリカヒドロゲルを60℃まで昇温、加熱し、ナトリウムシリカの希薄水溶液でpH6に調整し、次いで2時間還流することにより熟成した。
熟成後、そのシリカヒドロゲルを室温まで冷却し、そしてブレンダー[商品名:ワーニング・ブレンダー(Warning Blender)モデル7011;コネチカット州、ニュー・ハートフォード(New Hartford)のダイナミックス・アメリカ社(Dynamics Corporation of America)、ワーニング・プロダクツ部(Warning Products Division)]中で2分間剪断作用に付して集塊物の粒度を小さくし、その粒子分布の均一性を改善した。この剪断処理されたシリカヒドロゲルを上記5Lのフラスコに戻し、そして攪拌しながら833mlのイソプロパノール、128mlのジメチルジクロロシランおよび5.4gのFeCl3を加えた。このフラスコの内容物を室温で15分間攪拌した後、2Lのトルエンを加えた。さらに2〜5分間攪拌した後、攪拌を止め、そしてその水性相をフラスコから排液した。次いで、1Lの脱イオン水を加え、そしてさらに5分間攪拌した後その水性相をフラスコから排液した。
上記フラスコにディーン−スターク・トラップを取り付け、そしてそのトルエン相を還流させて残っている水を除去した。そのトルエン相をガラス製パンに注加し、そしてトルエンを蒸発させると、生成物として疎水性シリカゲルが残った。この疎水性シリカゲルを75℃で14時間乾燥した。乾燥された疎水性シリカゲルの収量は242gであった。
上記乾燥疎水性シリカゲルのBET表面積を実施例1に記載した方法で測定した。その結果を表2に与える。
実施例9
pH5.1で調製され、pH6で熟成され、ジメチルジクロロシランで疎水化され、そしてFeCl3が熱安定剤として添入されているシリカゲルを製造した。即ち、5Lのフラスコに500mlの珪酸ナトリウム(商品名:PQ Nクリアー珪酸ナトリウム;PQ社)、170mlの濃HCl(フィッシャー・サーティファイド社)および1830mlの脱イオン水を加えることによってシリカヒドロゾルを製造した。このシリカヒドロゾルを、珪酸ナトリウム(商品名:PQ Nクリアー珪酸ナトリウム;PQ社)の脱イオン水中希薄溶液を使用してpH5.1に調整した。2,3分間攪拌するとシリカヒドロゲルが生成した。このシリカヒドロゲルを60℃まで昇温、加熱し、ナトリウムシリカの希薄水溶液でpH6に調整し、次いで2時間還流することにより熟成した。
熟成後、そのシリカヒドロゲルを室温まで冷却し、そして10mlの濃HCl(フィッシャー・サーティファイド社)および5.4gのFeCl3を加えた。この混合物をワーニング・ブレンダー(モデル7011)中で2分間剪断作用に付して集塊物の粒度を小さくし、その粒子分布の均一性を改善した。この剪断処理されたシリカヒドロゲルを上記5Lのフラスコに戻し、そして攪拌しながら833mlのイソプロパノールと128mlのジメチルジクロロシランを加えた。このフラスコ内容物を室温で15分間攪拌した後、2Lのトルエンを加えた。そのフラスコ内容物をさらに2〜5分間攪拌した後、攪拌を止め、そしてその水性相をフラスコから排液した。次いで、そのフラスコに1Lの脱イオン水を加え、そしてそのフラスコ内容物をさらに5分間攪拌した後その水性相をフラスコから排液した。
上記フラスコにディーン−スターク・トラップを取り付け、そしてそのトルエン相を還流させて残っている水を除去した。そのトルエン相をガラス製パンに注加し、そしてトルエンを蒸発させると、生成物として疎水性シリカゲルが残った。この疎水性シリカゲルを75℃で14時間乾燥した。乾燥された疎水性シリカゲルの収量は240gであった。
実施例10
pH5.7で調製、熟成され、ジメチルジクロロシランで疎水化され、そしてFeCl3が熱安定剤として添入されているシリカゲルを製造した。即ち、5Lのフラスコに500mlの珪酸ナトリウム(商品名:PQ Nクリアー珪酸ナトリウム;PQ社)、170mlの濃HCl(フィッシャー・サーティファイド社)および1830mlの脱イオン水を加えることによってシリカヒドロゾルを製造した。このシリカヒドロゾルを、珪酸ナトリウム(商品名:PQ Nクリアー珪酸ナトリウム;PQ社)の脱イオン水中希薄溶液を使用してpH5.7に調整した。2,3分間攪拌した後にシリカヒドロゲルが形成された。このシリカヒドロゲルを2時間還流することにより熟成した。
熟成後、そのシリカヒドロゲルを45℃まで冷却し、そしてこのシリカヒドロゲルが入っているそのフラスコに133mlのジメチルジクロロシランと5.4gのFeCl3を加えた。このフラスコ内容物の温度を65℃まで上げ、そして攪拌を15分間続けた。このフラスコに2Lのトルエンを加えた。そのフラスコ内容物をさらに2〜5分間攪拌した後、攪拌を止め、そしてその水性相をフラスコから排液した。このフラスコに250mlのイソプロパノールと50mlの脱イオン水を加え、そしてこのフラスコの内容物を2分間攪拌した。次いで、そのフラスコに700mlの脱イオン水を加え、そしてそのフラスコ内容物をさらに5分間攪拌した後その水性相をフラスコから排液した。250mlのイソプロパノール、50mlの脱イオン水および700mlの脱イオン水を添加することから成る洗浄段階を繰り返した。
上記フラスコにディーン−スターク・トラップを取り付け、そしてそのトルエン相を還流させて残っている水を除去した。そのトルエン相をガラス製パンに注加し、そしてトルエンを蒸発させると、生成物として疎水性シリカゲルが残った。この疎水性シリカゲルを150℃で14時間乾燥した。乾燥された疎水性シリカゲルの収量は253gであった。
実施例11
実施例7、8および9で製造された乾燥疎水性シリカゲルの各々をシリコーンゴム組成物に配合し、その組成物を硬化させ、そしてその硬化シリコーンゴムの物理的性質を測定した。即ち、乾燥疎水性シリカゲルの各々を、0.15モルパーセントのビニル基が珪素原子上で置換、含有され、そして可塑度(plasticity)が55〜65であるポリジメチルシロキサンガムに重量で100部当たり38部(pph)で配合した。これらの基剤組成物にそのポリジメチルシロキサンの重量基準で0.77重量pphの2,5−ビス(t−ブチルペルオキシ)−2,5−ジメチルヘキサンを混合した。これらの触媒配合基剤組成物を175℃、34.5MPaにおいて15分間ホットプレス成形することにより、物理的性質の試験に適した形状にして硬化させた。硬化シリコーンゴムを試験するのに次の試験法を使用した:引張り:ASTM D412;伸び:ASTM D412;モジュラス、@50%:ASTM D412;モジュラス、@100%:ASTM D412;引裂き(ダイB):ASTM D624;および引裂き(ダイC):ASTM D624。未硬化組成物の可塑度は、試料について、球に成形され、ASTM 926による測定前に1時間放置されたその組成物の比重を2回秤量して測定した。この試験の結果を表2に与える。
Claims (7)
- 次の:
(A)SiO2を1ミリリットル当たり0.02〜0.5g含んで成るシリカヒドロゾルのpHを、シリカヒドロゲルの形成を促進するために10〜250℃の範囲内の温度において塩基でpH3〜7の範囲内に調整し、そして
(B)該シリカヒドロゲルを(1)触媒量の強酸および(2)式
R2 aHbSiX4-a-bで表される有機シラン類および式
R2 nSiO(4-n)/2で表される有機シロキサン類から選ばれる有機珪素化合物と混合して、表面積が乾燥状態で測定して100〜850m2/gの範囲内にある疎水性シリカヒドロゲルを形成する
工程を含んで成る疎水性シリカゲルの製造法:ただし上記の式において、各R2は、独立に、1〜12個の炭素原子を含む炭化水素基から選ばれ、各Xは、独立に、ハロゲンから選ばれ、a=0、1、2または3であり、b=0または1であり、b=1であるときa+b=2または3であるという条件でa+b=1、2または3であり、nは2〜3の整数である。 - 工程(A)で形成されたシリカヒドロゲルを、工程(B)の実施前に、pH3.5〜8の範囲内のpHおよび0〜250℃の範囲内の温度で10分〜76時間の範囲内の時間熟成することをさらに含む請求の範囲第1項に記載の方法。
- 工程(A)のシリカヒドロゲルを工程(B)の実施前に剪断処理することをさらに含む、請求の範囲第1項又は第2項に記載の方法。
- 工程(B)の混合の際に有機珪素化合物とシリカヒドロゲルとの反応を促進する界面活性剤を存在させることをさらに含む、請求の範囲第1項又は第3項に記載の方法。
- 工程(B)の混合の際に有機珪素化合物とシリカヒドロゲルとの反応を促進する水混和性の溶媒を存在させることをさらに含む、請求の範囲第1項に記載の方法。
- シリカヒドロゲルをセリウムおよび鉄の水溶性化合物から選ばれる有効量の熱安定剤と混合することをさらに含む、請求の範囲第1〜5項のいずれかに記載の方法。
- 疎水性シリカヒドロゲルを、該疎水性シリカヒドロゲルを表面積が乾燥状態で測定して100〜850m2/gの範囲内にある疎水性シリカ有機ゲルに転化させるべく十分な量の水不混和性有機溶媒と接触させる工程(C)をさらに含む、請求の範囲第1〜6項のいずれかに記載の方法。
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