專(zhuān)利名稱(chēng)：官能化含硅烷粒狀材料的系統(tǒng)與方法
官能化含硅烷粒狀材料的系統(tǒng)與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及官能化粒狀物的方法與系統(tǒng)，和更具體地涉及在分離 介質(zhì)中使用的硅烷官能化的粒狀物的生產(chǎn)方法。
官能化二氧化硅是已有的方法。大多數(shù)二氧化硅在"濕法"中處 理。"濕法"是一種硅烷官能化的方法，該方法利用溶劑有效地淤漿 化全部粒狀物負(fù)載。被加工物料(它包括粒狀物、添加劑和溶劑)重量 的大部分由溶劑組成。設(shè)計(jì)高的溶劑濃度促進(jìn)反應(yīng)性添加劑，即硅烷 和粒狀物表面的密切接觸，其目標(biāo)是引發(fā)在添加劑和該表面上的一些 反應(yīng)性位點(diǎn)之間的反應(yīng)。
一般地，濕法要求相對(duì)長(zhǎng)的間歇時(shí)間，典型
地在高于環(huán)境溫度的溫度下范圍為1-24小時(shí)，以完成反應(yīng)。
此外，高溶劑濃度使得需要多步額外的洗滌步驟。 一旦反應(yīng)性添 加劑附著到所述表面上，則必須除去溶劑和反應(yīng)的副產(chǎn)物，使得粒狀 物回到有用的干燥狀態(tài)。要求至少一步和通常多步溶劑洗滌步驟來(lái)除 去未反應(yīng)的硅烷。然而，每一額外的洗滌步驟將增加來(lái)自該工藝的廢 溶劑的量，從而產(chǎn)生處置問(wèn)題。當(dāng)工藝的生產(chǎn)能力增加時(shí)，溶劑的處 置成本也將增加。
或者，可使用"干法"官能化二氧化硅。在干法中，提供硅烷添 加劑到主要由將與所述添加劑反應(yīng)的物料組成的混合物中，這與其中 大部分被加工的物料是對(duì)與特定添加劑的反應(yīng)呈惰性的溶劑的濕法相 反。干法利用高粘度的聚合物，例如橡膠來(lái)配混粒狀物。在這一情況 下，添加劑擬使粒狀物(例如粉末)和聚合物更加相容。這將促進(jìn)聚合 物和粒狀物更好地混合，為的是擴(kuò)大體積或流變學(xué)改性等目的。在干 法中，硅烷和粒狀物簡(jiǎn)單地配混在混合物內(nèi)，且沒(méi)有彼此強(qiáng)烈地附著 或粘結(jié)。硅烷基本上用作噴射到聚合物和粒狀物的預(yù)混物內(nèi)以使粒狀 物與聚合物更加相容的簡(jiǎn)單添加劑。
隨著分離工藝的進(jìn)展，需要改進(jìn)生產(chǎn)在分離介質(zhì)中使用的組分的
方法，其中包括生產(chǎn)硅烷官能化的粒狀物的改進(jìn)方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，提供官能化粒狀物的方法。該方法
包括下述步驟提供粒狀物到反應(yīng)器中，在基本上不存在溶劑的情況 下流化該粒狀物，提供含硅烷的材料到流化的粒狀物中，和4吏含硅烷 的材料與流化的粒狀物反應(yīng)，提供硅烷官能化的粒狀物。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方案，提供官能化粒狀物的系統(tǒng)。該系統(tǒng) 包括可操作而產(chǎn)生并維持粒狀物的流化床的反應(yīng)器，含硅烷的材料的 來(lái)源，和可操作而將含硅烷的材料噴射到粒狀物的流化床上的噴射機(jī) 構(gòu)。
用本發(fā)明含硅烷的材料官能化粒狀物的系統(tǒng)與方法的實(shí)施方案是 有利的，特別地在使用分離介質(zhì)的應(yīng)用中。鑒于下述詳細(xì)說(shuō)明和附圖， 由所述系統(tǒng)和方法提供的這些和額外的特征與優(yōu)點(diǎn)將更加充分地得到
當(dāng)結(jié)合本文所包括的附圖閱讀時(shí)，可最好地理解本發(fā)明具體實(shí)施 方案的下述詳細(xì)說(shuō)明。附圖頁(yè)包括


圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的流化床裝置的示意圖。
圖2是描述根據(jù)本發(fā)明一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的含硅烷的材料化學(xué) 附著到粒狀物上的示意圖。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，提供官能化粒狀物的方法。該方法 包括下述步驟提供粒狀物到反應(yīng)器中，在基本上不存在溶劑的情況 下流化該粒狀物，提供含砝烷的材料到流化的粒狀物，和使含硅烷的 材料與流化的粒狀物反應(yīng)以提供硅烷官能化的粒狀物。
該粒狀物可包括本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的許多材料。該泮立狀物可 包括無(wú)定形二氧化硅，其中該無(wú)定形二氧化硅典型地源自生物來(lái)源。 具體地，無(wú)定形二氧化硅可包括稻殼灰、燕麥麩灰、小麥殼灰或其組 合。在可供選擇的實(shí)施方案中，粒狀物也可包括無(wú)機(jī)材料。該無(wú)機(jī)材 料可包括硅藻土、高壓液相色譜(HPLC)級(jí)二氧化硅、氧化鈦、氧化鋯 及其組合。粒狀物的其他實(shí)例可包括滑石、碳酸鈣、二氧化珪干凝膠、
二氧化硅水凝膠、熱解法二氧化硅、硅灰、天然粘土、硅藻土，和本 領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的其他粒狀物材料。粒狀物的尺寸可以變^f匕，然
而，粒狀物典型地包括最多約500微米，或者最多約250微米，或約 10微米-200微米，或約5微米-75微米，或約25-50微米的粒度。粒 狀物也可包括以上所述的任何粒狀物材料的混合物。
可在提供粒狀物到反應(yīng)器中使用本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的4壬何合 適的供料方式?？墒止ぃ缤ㄟ^(guò)從容器中簡(jiǎn)單地傾倒，喂入粒狀物。 也可通過(guò)典型地朝向反應(yīng)器上方的重力負(fù)載裝置喂入粒狀物。傳輸裝 置，例如氣動(dòng)傳輸、振動(dòng)傳輸、螺旋或螺桿傳輸，和帶式傳輸裝置也 可用作供料裝置。另外的供料裝置可包括密閉或開(kāi)放的斜槽、斗式升 降才幾，"plates on a rope"或類(lèi)似裝置。
反應(yīng)器可包括適合于流化喂入到反應(yīng)器內(nèi)的粒狀物且維持i)a狀物 在所需條件下的任何裝置。在一個(gè)實(shí)施方案中，反應(yīng)器可包括圖l所 示的犁形槳式混合器IO。犁形槳式混合器可操作以流化粒狀物，同時(shí) 最小化粒狀物的磨損。參考圖1，犁形槳式混合器IO通過(guò)機(jī)械流化粒 狀物負(fù)載而工作，所述機(jī)械流化通過(guò)用攪拌器15攪拌粒狀物負(fù)載進(jìn) 行，其方式使得它變?yōu)榭諝?、其他氣體和顆粒的流動(dòng)物料。也可通過(guò) 將空氣或其他氣體吹送經(jīng)過(guò)顆粒床以實(shí)現(xiàn)流動(dòng)物料，氣動(dòng)地實(shí)現(xiàn)流化； 然而，優(yōu)選機(jī)械流化。其他可能的流化裝置包括Nauta⑧混合器(錐體 內(nèi)沿軌道運(yùn)轉(zhuǎn)的螺桿)、螺條混合器(水平螺旋漿葉片)、Forberg⑧混 合器(雙流化漿)、Turbulator⑧(高速水平螺桿)或氣動(dòng)流化床。
含硅烷的材料可包括任何可行的有機(jī)基硅烷，或有機(jī)基珪烷的混 合物。硅烷的結(jié)構(gòu)為XJUUdSi，其中X是選自卣素，優(yōu)選氯、溴或碘， 和更優(yōu)選氯的可水解部分，選自帶氫原子或帶烴基的烷氧基、醇、酯、 和胺中的可水解部分，所述烴基具有鏈長(zhǎng)為約1-20、或約l-8、或約 l-6、或約1-4的相同原子鏈(homo atom chain)或雜原子鏈，其中 包括，但不限于甲基、甲氧基、乙酰氧基、乙基、乙氧基、丙基、丙 氧基、異丙基、異丙氧基、丁基、異丁基、叔丁基、丁氧基、異丁氧 基、叔丁氧基和苯基。a的范圍可以是約l-3，和在一些實(shí)施方案種，
約為3。 R可以選自具有鏈長(zhǎng)為約l-10Q，或約1-30，約1-18，或約
1- 6的相同原子鏈或雜原子鏈的烴基，其中包括烷基、芳基、烷芳基、 烷基烷基、烷基醚、芳基醚、烷基烷基醚、烷基芳基醚、烷基酯、芳 基酯、烷基烷酯、烷芳基酯、烷基氨基、芳基氨基、烷基烷基氨基、 烷芳基氨基，和更具體地包括甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、異 丁基、叔丁基、戊基和苯基，其中a+b+c+d之和等于4，優(yōu)選b+c+d
等于l。
硅烷的實(shí)例包括乙酰氧基乙基二甲基氯代硅烷、乙酰氧基乙基甲 基二氟硅烷、乙酰氧基乙基三氯硅烷、乙酰氧基曱基二甲基乙酰氧基 硅烷、乙酰氧基曱基三乙氧基硅烷、乙酰氧基曱基三甲氧基硅烷、乙 酰氧基丙基甲基二氯硅烷、乙酰氧基丙基三甲氧基硅烷、芐基二甲基 氯代硅烷、千基三氯硅烷、節(jié)基三乙氧基硅烷、雙(甲基二氯曱硅烷基) 丁烷、雙(甲基二氯甲硅烷基)乙烷、1，2-雙(三氯曱硅烷基)乙烷、1，8-雙(三氯甲硅烷基)己烷、1，9-雙(三氯曱硅烷基)壬烷、雙(3-三甲氧基 甲硅烷基)己烷、雙[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]乙二胺、1，3-雙(三 甲基甲硅烷氧基)-l，3-二甲基硅氧烷、正丁基二甲基氯代硅烷、正丁 基三氯硅烷、叔丁基三氯硅烷、10-(甲氧羰基)癸基二甲基氯代硅烷、
2- (甲氧羰基)乙基甲基二氯硅烷、2-(甲氧羰基)乙基三氯硅烷、2-(甲 氧羰基)乙基三氯硅烷、羧乙基硅烷三醇鈉鹽、3-氯代丙基甲基二氯硅 烷、3-氯代丙基甲基二甲氧基硅烷、3-氯代丙基三氯硅烷、3-氯代丙 基三乙氧基硅烷、3-氯代丙基三甲氧基硅烷、3-氰基丙基二異丙基氯 代硅烷、3-氰基丙基二甲基氯代硅烷、3-氰基丙基二甲基氯代硅烷、
3- 氰基丙基三氯硅烷、3-氰基丙基三乙氧基硅烷、3-氰基丙基三甲氧 基硅烷、正癸基二曱基氯代硅烷、正癸基曱基二氯硅烷、正癸基三氯 硅烷、正癸基三乙氧基硅烷、二-正丁基二氯珪烷、二苯基甲基氯代硅 烷、二苯基甲基乙氧基硅烷、二苯基二氯硅烷、二苯基二乙氧基硅烷、 1， 7-二氯代八甲基四硅氧烷、1，5-二氯代六甲基三硅氧烷、1，3-二氯 代四甲基二硅氧烷、(N，N-二甲基-3-氨基丙基)三甲氧基硅烷、二甲基 二氯硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、3-(2，4-二硝
基苯基氨基)丙基-三乙氧基硅烷、二-正辛基二氯硅烷、二苯基二氯硅
烷、二苯基二乙氧基硅烷、二苯基二乙氧基硅烷、2-(3，4-環(huán)氧基環(huán)己 基乙基)三甲氧基硅烷、乙基二甲基氯代硅烷、乙基甲基二氯硅烷、乙 基三氯硅烷、乙基三乙氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、(3-環(huán)氧丙氧基 丙基)三乙氧基硅烷、(3-環(huán)氧丙氧基丙基)三甲氧基硅烷、(十七氟 -l， 1， 2， 2-四氫癸基)二甲基氯代硅烷、(十七氟-1， 1， 2， 2-四氫癸基) 三氯硅烷、(十七氟-l，l，2，2-四氫癸基)三乙氧基硅烷、(十七氟 -1 ，1，2，2-四氫癸基)曱基二氯硅烷、(3-七氟異丙氧基)丙基三氯硅 烷、正庚基二甲基氯代硅烷、正庚基曱基二氯硅烷、正庚基三氯硅烷、 正十六烷基三氯硅烷、正十六烷基三甲氧基硅烷、六曱基二珪氮烷、 己基甲基二氯硅烷、己基三氯硅烷、己基三乙氧基硅烷、2-羥基-4-(3-三乙氧基曱硅烷基丙氧基)-二苯基酮、異丁基二甲基氯代硅烷、異丁 基三氯硅烷、異丁基三乙氧基硅烷、異丁基三甲氧基硅烷、3-異氰酸 基丙基三乙氧基硅烷、異丙基二甲基氯代硅烷、異丙基甲基二氯硅烷、 巰甲基甲基二乙氧基硅烷、巰丙基甲基二甲氧基硅烷、3-巰丙基三乙 氧基硅烷、巰丙基三乙氧基硅烷、巰丙基三甲氧基硅烷、3-巰丙基三 曱氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三氯硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三 乙氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅垸、3-(對(duì)甲氧基苯基) 丙基三氯硅烷、3-甲氧基丙基三甲氧基硅烷、甲基三氯硅烷、甲基三 乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、正十八烷基二異丁基(二甲基氨基) 硅烷、正十八烷基二甲基氯代硅烷、正十八烷基二甲基(二曱基氨基) 硅烷、正十八烷基二甲基甲氧基硅烷、正十八烷基二甲基(3-三甲氧基 曱硅烷基丙基)氯化銨、正十八烷基甲基二氯硅烷、正十八烷基曱基二 乙氧基硅烷、正十八烷基三氯珪烷、正十八烷基三乙氧基硅烷、正十 八烷基三甲氧基硅烷、正辛基二異丁基氯代硅烷、正辛基二異丙基氯 代硅烷、正辛基二異丙基(二曱基氨基)硅烷、正辛基二甲基氯代硅烷、 正辛基二曱基曱氧基硅烷、正辛基二曱基二曱基氨基硅烷、正辛基甲 基二氯硅烷、正辛基甲基二乙氧基硅烷、正辛基三氯硅烷、正辛基三 乙氧基硅烷、正辛基三甲氧基硅烷、正辛基二異丙基氯代硅烷、全氟
苯基二甲基氯代硅烷、全氟苯基丙基二甲基氯代硅烷、全氟苯基丙基 三氯硅烷、全氟苯基丙基三甲氧基硅烷、戊基三氯硅垸、戊基三乙氧 基硅烷、苯乙基二異丙基氯代硅烷、苯乙基二曱基氯代硅烷、苯乙基 甲基二氯硅烷、苯乙基二甲基(二曱基氨基)硅烷、苯乙基三氯硅烷、
苯乙基三甲氧基硅烷、3-苯氧基丙基二曱基氯代硅烷、3-苯氧基丙基 三氯硅烷、苯基二甲基氯代硅烷、苯基甲基二氯硅烷、苯基甲基二乙 氧基硅烷、苯基曱基甲氧基硅烷、苯基丙基二甲基氯代硅烷、苯基丙 基曱基二氯硅烷、苯基三氯硅烷、苯基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基 硅烷、正丙基二曱基氯代硅烷、正丙基甲基二氯硅烷、正丙基三氯硅 烷、正丙基三乙氧基硅烷、正丙基三甲氧基硅烷、四氯珪烷、四乙氧 基硅烷、2， 2， 5， 5-四甲基-2， 5-二硅雜-l-氮雜-環(huán)戊烷、三十烷基二甲 基氯代硅烷、三十烷基三氯硅烷、(十三氟-l，l ，2，2-四氫辛基)二曱 基氯代硅烷、(十三氟-l，l ，2，2-四氫辛基)曱基二氯硅烷、(十三氟 -l，l ，2,2-四氫辛基)三氯硅烷、(十三氟-l ，1 ，2，2-四氫辛基)三乙 氧基硅烷、三乙氧基曱硅烷基丙基乙基氨基甲酸酯、N-(3-三乙氧基甲 硅烷基丙基)葡糖酰胺、N- (3-三乙氧基甲硅烷基丙基)-4-羥基-丁酰 胺、N-(三乙氧基甲硅烷基丙基)-O-聚環(huán)氧乙烷、3-(三乙氧基曱硅烷 基丙基)琥珀酸酐、三乙基乙酰氧基硅烷、三乙基氯代硅烷、(3，3，3-三氟丙基)二甲基氯代硅烷、(3， 3， 3-三氟丙基)曱基二氯硅烷、(3， 3， 3-三氟丙基)三氯硅烷、(3,3,3-三氟丙基)三甲氧基硅烷、2-(三曱氧基 甲硅烷基乙基)吡啶、三甲基氯代硅烷、三甲基乙氧基硅烷、三甲基甲 氧基硅烷、三-正丙基氯代硅烷、十一烷基三氯硅烷、脲基丙基三乙氧 基硅烷、脲基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基曱基二氯硅烷、乙烯基甲基 二乙氧基硅烷、乙烯基甲基二甲氧基硅烷、乙烯基三氯硅烷、乙烯基 三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷。
本發(fā)明中處理二氧化硅最有用的硅垸優(yōu)選具有選自下述組成的組 中的一個(gè)或多個(gè)部分烷氧基、季銨、芳基、環(huán)氧基、氨基、脲、曱 基丙烯酸酯、咪唑、羧基、羰基、異氰基、異硫脲鹽(isothiorium)、 醚、膦酸酯、磺酸酯、氨基甲酸酯、脲基、硫氫基、羧酸酯、酰胺、
羰基、吡咯、和離子。
具有烷氧基部分的硅烷的實(shí)例是單-、二-或三烷氧基硅烷，例如 正十八烷基三乙氧基硅烷、正辛基三乙氧基硅烷和苯基三乙氧基硅
烷。具有季銨部分的硅烷的實(shí)例是3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基十八烷 基二甲基氯化銨、N-三甲氧基甲硅烷基丙基-N， N， N-三曱基氯化銨或 3- (N-苯乙烯基甲基-2-氨基乙基氨基)-丙基三甲氧基硅烷鹽酸鹽。具 有芳基部分的硅烷的實(shí)例是3-(三甲氧基甲硅烷基)-2- (p， m-chlando 曱基)-苯基乙烷、2-羥基-4- (3-三乙氧基甲硅烷基丙氧基)-二苯基酮、 ((氟代曱基)苯基乙基)三甲氧基硅烷和苯基二甲基乙氧基硅烷。具有 環(huán)氧基部分的硅烷的實(shí)例是3-環(huán)氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷和 2- (3， 4-環(huán)氧基環(huán)己基)乙基三甲氧基硅烷。具有氨基部分的硅烷的實(shí) 例是3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-(2-氨基乙基)-3-氛基丙基三曱氧 基硅烷、三甲氧基甲硅烷基丙基二亞乙基三胺、2-(三甲氧基甲硅烷基 乙基)吡啶、N-(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)吡咯、三甲氧基甲硅烷基丙 基聚乙烯亞胺、雙-(2-羥基乙基)-3-氨基丙基三乙氧基硅烷和雙(2-羥基乙基)-3-氨基丙基三乙氧基硅烷。
具有脲部分的硅烷的實(shí)例是N-(三乙氧基甲硅烷基丙基)脲和 N-l-苯基乙基-N'-三乙氧基甲硅烷基丙基脲。具有甲基丙烯酸酯部分 的硅烷的實(shí)例是3-(三甲氧基曱硅垸基)丙基曱基丙烯酸酯。具有硫氫 基部分的硅烷的實(shí)例是3-巰丙基三乙氧基硅烷。具有咪唑部分的硅烷 的實(shí)例是N- [ 3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]咪唑和N- (3-三乙氧基甲硅 烷基丙基)-4，5-二氫咪唑。離子型硅烷的實(shí)例是3-(三甲氧基甲硅烷 基)丙基-乙二胺三乙酸三鈉鹽；和3-(三羥基甲硅烷基)丙基甲基膦酸 鈉鹽。具有羰基部分的硅烷的實(shí)例是3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基琥珀 酸酐。具有異氰基部分的硅烷的實(shí)例是三(3-三甲氧基甲硅烷基丙基) 異氰脲酸酯和3-異氰酸基丙基三乙氧基硅烷。具有醚部分的硅烷的實(shí) 例是雙[(3-甲基二曱氧基甲硅烷基)丙基]-聚環(huán)氧丙垸和N-(三乙氧 基曱硅烷基丙基)-O-聚環(huán)氧乙烷氨基甲酸酯。具有磺酸酯部分的硅烷 的實(shí)例是2-(4-氯代磺?；交?-乙基三氯硅烷。具有異硫脲鹽部分
的硅烷的實(shí)例是三甲氧基甲硅烷基丙基氯化異硫脲。具有酰胺部分的
硅烷的實(shí)例是三乙氧基甲硅烷基丙基乙基-氨基甲酸酯、N-(3-三乙氧 基甲硅烷基丙基)-葡糖酰胺和N-(三乙氧基甲硅烷基丙基)-4-羥基丁 酰胺。具有氨基曱酸酯部分的硅烷的實(shí)例是N-(三乙氧基甲硅烷基丙 基)-O-聚環(huán)氧乙烷氨基甲酸酯和O-(炔丙基氧基)-N-(三乙氧基甲 硅烷基丙基)氨基曱酸酯。
也可用大于一種硅烷處理二氧化硅過(guò)濾介質(zhì)，所述硅烷例如是N-三甲氧基曱硅烷基丙基-N， N， N-三曱基氯化銨和雙(2-羥基乙基)-3-氨 基丙基三乙氧基硅烷；3-氨基丙基三甲氧基硅烷和N-(三乙氧基甲硅 烷基丙基)-0-聚環(huán)氧乙烷氨基甲酸酯；3-三氫曱硅烷基丙基曱基膦酸 鈉鹽和N-(三乙氧基甲硅烷基丙基)-O-聚環(huán)氧乙烷氨基甲酸酯；N-三 甲氧基甲硅烷基丙基-N， N， N-C1 、三甲基氯化銨和(3-環(huán)氧丙氧基丙基) 三甲氧基硅烷；3-三氫甲硅烷基丙基甲基膦酸鈉鹽和雙-(2-羥基乙 基)-3-氨基丙基三乙氧基硅烷；3- (N-苯乙烯基甲基-2-氨基乙基氨 基)-丙基三甲氧基硅烷鹽酸鹽和N-(三乙氧基甲硅烷基丙基)-O-聚環(huán) 氧乙烷氨基甲酸酯；2-(三甲氧基甲硅烷基乙基)吡啶和N-(3-三乙氧 基曱硅烷基丙基)-葡糖酰胺；N-三甲氧基甲硅烷基丙基-N，N，N-C1、三 曱基氯化銨和N-(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)-葡糖酰胺；N-三甲氧基 甲硅烷基丙基-N，N，N-C1、三甲基氯化銨和2-羥基-4-(3-三乙氧基甲 硅烷基丙氧基)-二苯基酮；3-巰丙基三乙氧基硅烷和N-(三乙氧基甲 硅烷基丙基)-0-聚環(huán)氧乙烷氨基甲酸酯；3-(三乙氧基曱硅烷基)丙基 琥珀酸酐和N-(三乙氧基甲硅烷基丙基)-0-聚環(huán)氧乙烷氨基曱酸酯； 三曱氧基甲硅烷基丙基-乙二胺三乙酸三鈉鹽，和N-(三乙氧基甲硅烷 基丙基)-O-聚環(huán)氧乙烷氨基曱酸酯；2-(4-氯代磺?；交?-乙基三 氯硅烷和N-(三乙氧基甲硅烷基丙基)-0-聚環(huán)氧乙烷氨基甲酸酯；和 2- (4-氯代磺?；交?-乙基三氯硅烷和雙-(2-羥基乙基)-3-氨基丙 基三乙氧基硅烷。
可通過(guò)本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的任何有效的供料機(jī)構(gòu)，提供含硅 烷的材料。在一個(gè)實(shí)施方案中，采用氣溶膠噴霧器，例如以霧或氣載
液滴形式將含硅烷的材料噴射在流化的粒狀物上。在一個(gè)實(shí)施方案中， 硅烷液滴可具有與單獨(dú)的粒狀物基本上相同的液滴尺寸。這使得這兩 種材料之間能快速和密切接觸與反應(yīng)。液滴和流化的粒狀物彼此接觸 且該液體涂布顆粒表面并與其反應(yīng)。典型地，流化的粒狀物和珪烷液 滴均勻地彼此結(jié)合。在一個(gè)實(shí)施方案中，硅烷的配體可鍵合到粒狀物 受體上，形成硅烷官能化的粒狀物。另外，在實(shí)現(xiàn)均勻的混合物和涂 布之前，通過(guò)使用流化的粒狀物，液滴與粒狀物密切接觸而不是在常 規(guī)的間歇混合方法中遇到的延遲。含硅烷的材料可與流化的粒狀物接 觸而保持使用者所需的任何持續(xù)時(shí)間。在一個(gè)實(shí)施方案中，硅烷可與
粒狀物接觸最多l(xiāng)天，或約6小時(shí)，或約3小時(shí)，或約l小時(shí)，或約 30分鐘。這些溫度范圍可以是25"C-150X:，優(yōu)選80°C-IIO"C。典型 地，等于粉末負(fù)載的液體物料可被噴射到反應(yīng)器內(nèi)，優(yōu)選30%的液體 (相對(duì)于全部負(fù)載)，或20%或10%，和更優(yōu)選5%或1%。
在該方法的另一實(shí)施方案中，含硅烷的材料可任選地包括溶劑， 例如乙醇；然而，最小化溶劑的用量為有效地防止噴射機(jī)構(gòu)堵塞的用 量。適合于本發(fā)明的溶劑包括乙醇、甲醇、丁醇、戊醇、己醇、庚醇、 辛醇、壬醇、癸醇和其他較高沸點(diǎn)的烷醇，甲苯、二甲苯和其他芳族 溶劑，甘醇二甲醚、二甘醇二曱醚、乙醚、戊烷、己烷、庚烷、辛烷、
壬炕、癸烷和其他較高沸點(diǎn)的烴溶劑，四氬呋喃，呋喃，或本領(lǐng)域的 技術(shù)人員已知的其他溶劑。與現(xiàn)有技術(shù)的濕法不同，不要求使用溶劑 來(lái)加速硅烷與粒狀物表面的反應(yīng)，因此根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，在全部加 工的負(fù)載內(nèi)包括零溶劑。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，對(duì)于氣溶膠配方來(lái)說(shuō)， 溶劑可占全部加工負(fù)載的最多約50%，或最多約10%,或最多約5%， 其中全部加工負(fù)載包括含硅烷的材料、流化的粒狀物和溶劑。溶劑可 包括以上所述的溶劑的混合物。 一般地，溶劑對(duì)含硅烷的材料呈惰性。 該方法是有利的，因?yàn)榭稍跊](méi)有添加溶劑、橡膠或其他額外的材 料的情況下發(fā)生粒狀物與含硅烷的材料之間的反應(yīng)。以前的干法在使 用橡膠或粘稠聚合物的情況下配混顆粒。在本發(fā)明方法的實(shí)施方案中， 在沒(méi)有使用橡膠的情況下，含硅烷的材料直接接觸粒狀物表面并與之
反應(yīng)，形成硅烷官能化的粒狀物，其特征在于化學(xué)附著硅烷到粒狀物 表面上。另外，流化所述顆粒將有效地促進(jìn)粒狀物與硅烷的反應(yīng)，從 而使得不需要添加任何催化劑。
在另一實(shí)施方案中，該方法也可包括使進(jìn)行反應(yīng)的流化的粒狀物 與含硅烷的材料加熱到有效地?fù)]發(fā)和/或除去醇、溶劑和/或反應(yīng)副產(chǎn) 物的溫度。該方法也可通過(guò)工藝通風(fēng)口選擇性地蒸發(fā)任何溶劑。由于 在該反應(yīng)中所使用的溶劑量被最小化，因此涉及除去溶劑的額外的加 工步驟也可最少化。加熱也可加速硅烷與粒狀物的附著反應(yīng)。這些溫
度范圍可以是約25-150X:，或在一個(gè)例舉的實(shí)施方案中，為約80-110。C。
參考圖1，根據(jù)本發(fā)明提供官能化粒狀物的系統(tǒng)1。系統(tǒng)1包括可 操作而產(chǎn)生并維持粒狀物流化床(未示出)的反應(yīng)器，例如犁形槳式混 合器10，含硅烷的材料40的來(lái)源20，和可操作以噴射含硅烷的材料 30到粒狀物流化床上的噴射機(jī)構(gòu)30。系統(tǒng)l也可包括原料端口 5用以 提供粒狀物到犁形槳式混合器10中。犁形槳式混合器IO也可包括攪 拌器15，用以典型地通過(guò)循環(huán)，流化混合器內(nèi)部的粒狀物和硅烷。翠 形槳式混合器IO也可包括出口 50用以傳輸硅烷官能化的粒狀物產(chǎn)物 離開(kāi)混合器，加熱器(未示出)用以加熱進(jìn)行反應(yīng)的粒狀物和硅烷，和 工藝通風(fēng)口 (未示出)用以除去任何殘留的揮發(fā)性溶劑或副產(chǎn)物。此外， 該系統(tǒng)也可包括可操作以從噴射機(jī)構(gòu)30中沖刷含硅烷的材料的沖刷 劑源，例如溶劑物質(zhì)。
下述實(shí)施例闡述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，產(chǎn)生硅烷官能化的粒狀 物的數(shù)種方法。實(shí)施例擬闡述說(shuō)明且不應(yīng)當(dāng)解釋為限制本發(fā)明到所使 用的特定的方法和裝置上。
實(shí)施例1
1. 負(fù)載71bs.的RiceSil 100 (稻殼灰)RHA到LittlefordDay M-20犁形槳式混合器中。
2. 打開(kāi)攪拌器到全速(220 RPM)并加熱到158°F。
3. 通過(guò)來(lái)自氮?dú)饧訅喝萜鞯碾p流體噴嘴，添加138gDow Corning
Z-602Q硅烷到在混合器內(nèi)的RHA上。流化氣體是氮?dú)狻?br> 4. 用200g乙醇沖刷硅烷原料體系到批料內(nèi)。
5. 保持該批料在160°F下20分鐘，完成反應(yīng)并驅(qū)逐醇。
6. 關(guān)閉攪拌器并排放處理過(guò)的RHA到容器中。 實(shí)施例2
1. 負(fù)載6 lbs的RiceSil 100 RHA到Littleford Day M-20 犁形槳式混合器中。
2. 打開(kāi)攪拌器到全速(220 RPM)并加熱到157°F。
3. 通過(guò)來(lái)自氮?dú)饧訅喝萜鞯碾p流體噴嘴，添加508gDow Corning 5700硅烷到在混合器內(nèi)的RHA中。流化氣體是氮?dú)狻?br> 4. 用200g乙醇沖刷硅烷原料體系到批料內(nèi)。
5. 保持該批料在160°F下10分鐘，完成反應(yīng)并驅(qū)逐醇。
6. 關(guān)閉攪拌器并排放處理過(guò)的RHA到容器中。 實(shí)施例3
1. 負(fù)載6 lbs的RiceSil 100 RHA到Littleford Day M-20 犁形槳式混合器中。
2. 打開(kāi)攪拌器到全速(220 RPM)并加熱到157°F。
3. 通過(guò)來(lái)自氮?dú)饧訅喝萜鞯膬蓚€(gè)流體噴射噴嘴，添加504gDow Corning Z-6032硅烷到在混合器內(nèi)的RHA中。流化氣體是氮?dú)狻?br> 4. 用200g乙醇沖刷硅烷原料體系到批料內(nèi)。
5. 保持該批料在160°F下10分鐘，完成反應(yīng)并驅(qū)逐醇。
6. 關(guān)閉攪拌器并排放處理過(guò)的RHA到容器中。
上述實(shí)施例制得硅烷官能化的粒狀物，其中硅烷和粒狀物被化學(xué) 附著?；瘜W(xué)附著防止在溶劑洗滌過(guò)程中，將硅烷添加劑從硅烷官能化 的粒狀物中除去。此外，如圖2所示，紅外光i普數(shù)據(jù)表明在RHA表面 上的游離硅烷醇含量在處理之后下降，從而證明發(fā)生了化學(xué)附著。
注意例如術(shù)語(yǔ)"具體地"，"優(yōu)選地"，"通常"和"典型地" 和類(lèi)似術(shù)語(yǔ)此處不用于限制要求保護(hù)的發(fā)明的范圍，或者暗含一些特
征是對(duì)要求保護(hù)的發(fā)明的結(jié)構(gòu)或功能是關(guān)鍵、根本或甚至重要的。相 反，這些術(shù)語(yǔ)僅僅打算強(qiáng)調(diào)替代或額外的特征，這些特征可以或可以 不在本發(fā)明方法的特定實(shí)施方案中使用。還注意類(lèi)似"基本上"和"約" 之類(lèi)的術(shù)語(yǔ)用于表示固有的不確定性程度，這種不確定性可歸因于任 何定量的比較、數(shù)值、測(cè)量或其他表示法。
在詳細(xì)地和通過(guò)參考具體實(shí)施方案的基礎(chǔ)上描述了本發(fā)明，但顯 而易見(jiàn)的是，在沒(méi)有脫離所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的范圍的情況下， 各種改性和變化是可能的。更具體地，盡管本發(fā)明的一些方面被鑒定 為優(yōu)選或尤其有利，但認(rèn)為本發(fā)明不必限制到本發(fā)明的這些優(yōu)選方面 上。
權(quán)利要求
1. 一種官能化粒狀物的方法，該方法包括提供粒狀物到反應(yīng)器中；在基本上不存在溶劑的情況下流化粒狀物；提供含硅烷的材料至流化的粒狀物；和使含硅烷的材料與流化的粒狀物反應(yīng)以提供硅烷官能化的粒狀物。
2. 權(quán)利要求l的方法，進(jìn)一步包括加熱進(jìn)行反應(yīng)的流化的津立狀物 和含硅烷的材料到有效地?fù)]發(fā)和/或除去醇、溶劑、和/或其他副產(chǎn)物 的溫度。
3. 權(quán)利要求2的方法，進(jìn)一步包括通過(guò)工藝通風(fēng)口 ，選擇性地蒸 發(fā)任何溶劑。
4. 權(quán)利要求1的方法，其中含硅烷的材料和流化的粒狀物通過(guò)使 含硅烷的材料的配體與粒狀物受體附著而反應(yīng)。
5. 權(quán)利要求l的方法，其中粒狀物具有最多約500微米的粒度。
6. 權(quán)利要求l的方法，其中粒狀物包括無(wú)定形二氧化硅、無(wú)機(jī)材 料、或其組合。
7. 權(quán)利要求6的方法，其中無(wú)定形二氧化硅源自生物來(lái)源。
8. 權(quán)利要求7的方法，其中無(wú)定形二氧化硅包括稻殼灰、燕麥麩 灰、小麥殼灰、或其組合。
9. 權(quán)利要求6的方法，其中無(wú)機(jī)材料包括硅藻土、高壓液相色譜 (HPLC)級(jí)二氧化硅、氧化鈦、氧化鋯、及其組合。
10. 權(quán)利要求l的方法，其中含硅烷的材料包括烷氧基硅烷。
11. 權(quán)利要求l的方法，其中含硅烷的材料以氣溶膠形式被噴射 到流化的粒狀物上。
12. 權(quán)利要求l的方法，其中含硅烷的材料包括液滴尺寸基本上 與單獨(dú)的粒狀物相同的液滴。
13. 權(quán)利要求l的方法，其中含硅烷的材料包括對(duì)含硅烷的材料 呈惰性的適量溶劑。
14. 權(quán)利要求13的方法，其中溶劑占全部加工負(fù)載的最多約5%， 其中全部加工負(fù)載包括含硅烷的材料、流化的粒狀物和溶劑。
15. 權(quán)利要求l的方法，其中含硅烷的材料與流化的粒狀物反應(yīng) 最多約3小時(shí)。
16. —種官能化粒狀物的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括 可操作以產(chǎn)生并維持粒狀物的流化床的反應(yīng)器； 含硅烷的材料的來(lái)源；和可操作以噴射含硅烷的材料到粒狀物的流化床上的噴射^f幾構(gòu)。
17. 權(quán)利要求16的系統(tǒng)，其中反應(yīng)器包括犁形槳式混合器。
18. 權(quán)利要求16的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括可操作以從噴射機(jī)構(gòu)中沖刷 含硅烷的材料的沖刷劑源。
19. 權(quán)利要求16的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括加熱器，其可操作以加熱含 粒狀物和硅烷的混合物到有效地除去醇副產(chǎn)物、溶劑、或其組合的溫 度，且進(jìn)一步可操作以加速硅烷和粒狀物的反應(yīng)。
20. 權(quán)利要求16的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括可操作以從反應(yīng)器中轉(zhuǎn)移任何蒸發(fā)性溶劑或副產(chǎn)物的工藝通風(fēng)口。
21. 權(quán)利要求16的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括入口端口和出口端口 ，其中 可操作所述入口端口以提供粒狀物到反應(yīng)器，可操作所述出口端口以 傳輸含硅烷官能化的粒狀物的產(chǎn)物離開(kāi)反應(yīng)器。
22. 權(quán)利要求16的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括通過(guò)攪拌可操作以流化反應(yīng) 器內(nèi)的粒狀物的攪拌器。
全文摘要
提供官能化粒狀物的系統(tǒng)與方法。官能化粒狀物的方法包括提供粒狀物到反應(yīng)器中，在基本上不存在溶劑的情況下流化粒狀物；提供含硅烷的材料到流化的粒狀物；和使含硅烷的材料與流化的粒狀物反應(yīng)以提供硅烷官能化的粒狀物。硅烷官能化的粒狀物可用于分離介質(zhì)和其他工業(yè)應(yīng)用中。
文檔編號(hào)C09C3/12GK101389715SQ200680053554
公開(kāi)日2009年3月18日 申請(qǐng)日期2006年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月19日
發(fā)明者A·李維斯, C·科拉爾, G·L·吉布森, K·Q·海耶斯, R·L·塔布勒 申請(qǐng)人:陶氏康寧公司