官能化含硅烷粒状材料的系统与方法

专利名称：官能化含硅烷粒状材料的系统与方法
官能化含硅烷粒状材料的系统与方法
技术领域：
本发明涉及官能化粒状物的方法与系统，和更具体地涉及在分离 介质中使用的硅烷官能化的粒状物的生产方法。
官能化二氧化硅是已有的方法。大多数二氧化硅在"湿法"中处 理。"湿法"是一种硅烷官能化的方法，该方法利用溶剂有效地淤浆 化全部粒状物负载。被加工物料(它包括粒状物、添加剂和溶剂)重量 的大部分由溶剂组成。设计高的溶剂浓度促进反应性添加剂，即硅烷 和粒状物表面的密切接触，其目标是引发在添加剂和该表面上的一些 反应性位点之间的反应。
一般地，湿法要求相对长的间歇时间，典型
地在高于环境温度的温度下范围为1-24小时，以完成反应。
此外，高溶剂浓度使得需要多步额外的洗涤步骤。 一旦反应性添 加剂附着到所述表面上，则必须除去溶剂和反应的副产物，使得粒状 物回到有用的干燥状态。要求至少一步和通常多步溶剂洗涤步骤来除 去未反应的硅烷。然而，每一额外的洗涤步骤将增加来自该工艺的废 溶剂的量，从而产生处置问题。当工艺的生产能力增加时，溶剂的处 置成本也将增加。
或者，可使用"干法"官能化二氧化硅。在干法中，提供硅烷添 加剂到主要由将与所述添加剂反应的物料组成的混合物中，这与其中 大部分被加工的物料是对与特定添加剂的反应呈惰性的溶剂的湿法相 反。干法利用高粘度的聚合物，例如橡胶来配混粒状物。在这一情况 下，添加剂拟使粒状物(例如粉末)和聚合物更加相容。这将促进聚合 物和粒状物更好地混合，为的是扩大体积或流变学改性等目的。在干 法中，硅烷和粒状物简单地配混在混合物内，且没有彼此强烈地附着 或粘结。硅烷基本上用作喷射到聚合物和粒状物的预混物内以使粒状 物与聚合物更加相容的简单添加剂。
随着分离工艺的进展，需要改进生产在分离介质中使用的组分的
方法，其中包括生产硅烷官能化的粒状物的改进方法。
根据本发明的一个实施方案，提供官能化粒状物的方法。该方法
包括下述步骤提供粒状物到反应器中，在基本上不存在溶剂的情况 下流化该粒状物，提供含硅烷的材料到流化的粒状物中，和4吏含硅烷 的材料与流化的粒状物反应，提供硅烷官能化的粒状物。
根据本发明的另一实施方案，提供官能化粒状物的系统。该系统 包括可操作而产生并维持粒状物的流化床的反应器，含硅烷的材料的 来源，和可操作而将含硅烷的材料喷射到粒状物的流化床上的喷射机 构。
用本发明含硅烷的材料官能化粒状物的系统与方法的实施方案是 有利的，特别地在使用分离介质的应用中。鉴于下述详细说明和附图， 由所述系统和方法提供的这些和额外的特征与优点将更加充分地得到
当结合本文所包括的附图阅读时，可最好地理解本发明具体实施 方案的下述详细说明。附图页包括


图1是根据本发明的一个或多个实施方案的流化床装置的示意图。
图2是描述根据本发明一个或多个实施方案的含硅烷的材料化学 附着到粒状物上的示意图。
根据本发明的一个实施方案，提供官能化粒状物的方法。该方法 包括下述步骤提供粒状物到反应器中，在基本上不存在溶剂的情况 下流化该粒状物，提供含砝烷的材料到流化的粒状物，和使含硅烷的 材料与流化的粒状物反应以提供硅烷官能化的粒状物。
该粒状物可包括本领域的技术人员已知的许多材料。该泮立状物可 包括无定形二氧化硅，其中该无定形二氧化硅典型地源自生物来源。 具体地，无定形二氧化硅可包括稻壳灰、燕麦麸灰、小麦壳灰或其组 合。在可供选择的实施方案中，粒状物也可包括无机材料。该无机材 料可包括硅藻土、高压液相色谱(HPLC)级二氧化硅、氧化钛、氧化锆 及其组合。粒状物的其他实例可包括滑石、碳酸钙、二氧化珪干凝胶、
二氧化硅水凝胶、热解法二氧化硅、硅灰、天然粘土、硅藻土，和本 领域的技术人员已知的其他粒状物材料。粒状物的尺寸可以变^f匕，然
而，粒状物典型地包括最多约500微米，或者最多约250微米，或约 10微米-200微米，或约5微米-75微米，或约25-50微米的粒度。粒 状物也可包括以上所述的任何粒状物材料的混合物。
可在提供粒状物到反应器中使用本领域的技术人员已知的4壬何合 适的供料方式。可手工，例如通过从容器中简单地倾倒，喂入粒状物。 也可通过典型地朝向反应器上方的重力负载装置喂入粒状物。传输装 置，例如气动传输、振动传输、螺旋或螺杆传输，和带式传输装置也 可用作供料装置。另外的供料装置可包括密闭或开放的斜槽、斗式升 降才几，"plates on a rope"或类似装置。
反应器可包括适合于流化喂入到反应器内的粒状物且维持i)a状物 在所需条件下的任何装置。在一个实施方案中，反应器可包括图l所 示的犁形桨式混合器IO。犁形桨式混合器可操作以流化粒状物，同时 最小化粒状物的磨损。参考图1，犁形桨式混合器IO通过机械流化粒 状物负载而工作，所述机械流化通过用搅拌器15搅拌粒状物负载进 行，其方式使得它变为空气、其他气体和颗粒的流动物料。也可通过 将空气或其他气体吹送经过颗粒床以实现流动物料，气动地实现流化； 然而，优选机械流化。其他可能的流化装置包括Nauta⑧混合器(锥体 内沿轨道运转的螺杆)、螺条混合器(水平螺旋浆叶片)、Forberg⑧混 合器(双流化浆)、Turbulator⑧(高速水平螺杆)或气动流化床。
含硅烷的材料可包括任何可行的有机基硅烷，或有机基珪烷的混 合物。硅烷的结构为XJUUdSi，其中X是选自卣素，优选氯、溴或碘， 和更优选氯的可水解部分，选自带氢原子或带烃基的烷氧基、醇、酯、 和胺中的可水解部分，所述烃基具有链长为约1-20、或约l-8、或约 l-6、或约1-4的相同原子链(homo atom chain)或杂原子链，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、异丙基、异丙氧基、丁基、异丁基、叔丁基、丁氧基、异丁氧 基、叔丁氧基和苯基。a的范围可以是约l-3，和在一些实施方案种，
约为3。 R可以选自具有链长为约l-10Q，或约1-30，约1-18，或约
1- 6的相同原子链或杂原子链的烃基，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，和更具体地包括甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异 丁基、叔丁基、戊基和苯基，其中a+b+c+d之和等于4，优选b+c+d
等于l。
硅烷的实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、苄基二甲基 氯代硅烷、千基三氯硅烷、节基三乙氧基硅烷、双(甲基二氯曱硅烷基) 丁烷、双(甲基二氯甲硅烷基)乙烷、1，2-双(三氯曱硅烷基)乙烷、1，8-双(三氯甲硅烷基)己烷、1，9-双(三氯曱硅烷基)壬烷、双(3-三甲氧基 甲硅烷基)己烷、双[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]乙二胺、1，3-双(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、羧乙基硅烷三醇钠盐、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-氰基丙基二异丙基氯 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-环氧基环己 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-环氧丙氧基 丙基)三乙氧基硅烷、(3-环氧丙氧基丙基)三甲氧基硅烷、(十七氟 -l， 1， 2， 2-四氢癸基)二甲基氯代硅烷、(十七氟-1， 1， 2， 2-四氢癸基) 三氯硅烷、(十七氟-l，l，2，2-四氢癸基)三乙氧基硅烷、(十七氟 -1 ，1，2，2-四氢癸基)曱基二氯硅烷、(3-七氟异丙氧基)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-羟基-4-(3-三乙氧基曱硅烷基丙氧基)-二苯基酮、异丁基二甲基氯代硅烷、异丁 基三氯硅烷、异丁基三乙氧基硅烷、异丁基三甲氧基硅烷、3-异氰酸 基丙基三乙氧基硅烷、异丙基二甲基氯代硅烷、异丙基甲基二氯硅烷、 巯甲基甲基二乙氧基硅烷、巯丙基甲基二甲氧基硅烷、3-巯丙基三乙 氧基硅烷、巯丙基三乙氧基硅烷、巯丙基三甲氧基硅烷、3-巯丙基三 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-(对甲氧基苯基) 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、正十八烷基二异丁基(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)氯化铵、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、正辛基二异丁基氯代硅烷、正辛基二异丙基氯 代硅烷、正辛基二异丙基(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、正辛基二异丙基氯代硅烷、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、苯乙基二异丙基氯代硅烷、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， 5-二硅杂-l-氮杂-环戊烷、三十烷基二甲 基氯代硅烷、三十烷基三氯硅烷、(十三氟-l，l ，2，2-四氢辛基)二曱 基氯代硅烷、(十三氟-l，l ，2，2-四氢辛基)曱基二氯硅烷、(十三氟 -l，l ，2,2-四氢辛基)三氯硅烷、(十三氟-l ，1 ，2，2-四氢辛基)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-羟基-丁酰 胺、N-(三乙氧基甲硅烷基丙基)-O-聚环氧乙烷、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。
本发明中处理二氧化硅最有用的硅垸优选具有选自下述组成的组 中的一个或多个部分烷氧基、季铵、芳基、环氧基、氨基、脲、曱 基丙烯酸酯、咪唑、羧基、羰基、异氰基、异硫脲盐(isothiorium)、 醚、膦酸酯、磺酸酯、氨基甲酸酯、脲基、硫氢基、羧酸酯、酰胺、
羰基、吡咯、和离子。
具有烷氧基部分的硅烷的实例是单-、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。具有季铵部分的硅烷的实例是3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基十八烷 基二甲基氯化铵、N-三甲氧基甲硅烷基丙基-N， N， N-三曱基氯化铵或 3- (N-苯乙烯基甲基-2-氨基乙基氨基)-丙基三甲氧基硅烷盐酸盐。具 有芳基部分的硅烷的实例是3-(三甲氧基甲硅烷基)-2- (p， m-chlando 曱基)-苯基乙烷、2-羟基-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 环氧基部分的硅烷的实例是3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷和 2- (3， 4-环氧基环己基)乙基三甲氧基硅烷。具有氨基部分的硅烷的实 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亚乙基三胺、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 基聚乙烯亚胺、双-(2-羟基乙基)-3-氨基丙基三乙氧基硅烷和双(2-羟基乙基)-3-氨基丙基三乙氧基硅烷。
具有脲部分的硅烷的实例是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 的硅烷的实例是3-(三甲氧基曱硅垸基)丙基曱基丙烯酸酯。具有硫氢 基部分的硅烷的实例是3-巯丙基三乙氧基硅烷。具有咪唑部分的硅烷 的实例是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)-4，5-二氢咪唑。离子型硅烷的实例是3-(三甲氧基甲硅烷 基)丙基-乙二胺三乙酸三钠盐；和3-(三羟基甲硅烷基)丙基甲基膦酸 钠盐。具有羰基部分的硅烷的实例是3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基琥珀 酸酐。具有异氰基部分的硅烷的实例是三(3-三甲氧基甲硅烷基丙基) 异氰脲酸酯和3-异氰酸基丙基三乙氧基硅烷。具有醚部分的硅烷的实 例是双[(3-甲基二曱氧基甲硅烷基)丙基]-聚环氧丙垸和N-(三乙氧 基曱硅烷基丙基)-O-聚环氧乙烷氨基甲酸酯。具有磺酸酯部分的硅烷 的实例是2-(4-氯代磺酰基苯基)-乙基三氯硅烷。具有异硫脲盐部分
的硅烷的实例是三甲氧基甲硅烷基丙基氯化异硫脲。具有酰胺部分的
硅烷的实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-羟基丁 酰胺。具有氨基曱酸酯部分的硅烷的实例是N-(三乙氧基甲硅烷基丙 基)-O-聚环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。
也可用大于一种硅烷处理二氧化硅过滤介质，所述硅烷例如是N-三甲氧基曱硅烷基丙基-N， N， N-三曱基氯化铵和双(2-羟基乙基)-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-聚环氧乙烷氨基甲酸酯；3-三氢曱硅烷基丙基曱基膦酸 钠盐和N-(三乙氧基甲硅烷基丙基)-O-聚环氧乙烷氨基甲酸酯；N-三 甲氧基甲硅烷基丙基-N， N， N-C1 、三甲基氯化铵和(3-环氧丙氧基丙基) 三甲氧基硅烷；3-三氢甲硅烷基丙基甲基膦酸钠盐和双-(2-羟基乙 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)-丙基三甲氧基硅烷盐酸盐和N-(三乙氧基甲硅烷基丙基)-O-聚环 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 曱基氯化铵和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、三甲基氯化铵和2-羟基-4-(3-三乙氧基甲 硅烷基丙氧基)-二苯基酮；3-巯丙基三乙氧基硅烷和N-(三乙氧基甲 硅烷基丙基)-0-聚环氧乙烷氨基甲酸酯；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-聚环氧乙烷氨基曱酸酯； 三曱氧基甲硅烷基丙基-乙二胺三乙酸三钠盐，和N-(三乙氧基甲硅烷 基丙基)-O-聚环氧乙烷氨基曱酸酯；2-(4-氯代磺酰基苯基)-乙基三 氯硅烷和N-(三乙氧基甲硅烷基丙基)-0-聚环氧乙烷氨基甲酸酯；和 2- (4-氯代磺酰基苯基)-乙基三氯硅烷和双-(2-羟基乙基)-3-氨基丙 基三乙氧基硅烷。
可通过本领域的技术人员已知的任何有效的供料机构，提供含硅 烷的材料。在一个实施方案中，采用气溶胶喷雾器，例如以雾或气载
液滴形式将含硅烷的材料喷射在流化的粒状物上。在一个实施方案中， 硅烷液滴可具有与单独的粒状物基本上相同的液滴尺寸。这使得这两 种材料之间能快速和密切接触与反应。液滴和流化的粒状物彼此接触 且该液体涂布颗粒表面并与其反应。典型地，流化的粒状物和珪烷液 滴均匀地彼此结合。在一个实施方案中，硅烷的配体可键合到粒状物 受体上，形成硅烷官能化的粒状物。另外，在实现均匀的混合物和涂 布之前，通过使用流化的粒状物，液滴与粒状物密切接触而不是在常 规的间歇混合方法中遇到的延迟。含硅烷的材料可与流化的粒状物接 触而保持使用者所需的任何持续时间。在一个实施方案中，硅烷可与
粒状物接触最多l天，或约6小时，或约3小时，或约l小时，或约 30分钟。这些温度范围可以是25"C-150X:，优选80°C-IIO"C。典型 地，等于粉末负载的液体物料可被喷射到反应器内，优选30%的液体 (相对于全部负载)，或20%或10%，和更优选5%或1%。
在该方法的另一实施方案中，含硅烷的材料可任选地包括溶剂， 例如乙醇；然而，最小化溶剂的用量为有效地防止喷射机构堵塞的用 量。适合于本发明的溶剂包括乙醇、甲醇、丁醇、戊醇、己醇、庚醇、 辛醇、壬醇、癸醇和其他较高沸点的烷醇，甲苯、二甲苯和其他芳族 溶剂，甘醇二甲醚、二甘醇二曱醚、乙醚、戊烷、己烷、庚烷、辛烷、
壬炕、癸烷和其他较高沸点的烃溶剂，四氩呋喃，呋喃，或本领域的 技术人员已知的其他溶剂。与现有技术的湿法不同，不要求使用溶剂 来加速硅烷与粒状物表面的反应，因此根据一个实施方案，在全部加 工的负载内包括零溶剂。根据一个实施方案，对于气溶胶配方来说， 溶剂可占全部加工负载的最多约50%，或最多约10%,或最多约5%， 其中全部加工负载包括含硅烷的材料、流化的粒状物和溶剂。溶剂可 包括以上所述的溶剂的混合物。 一般地，溶剂对含硅烷的材料呈惰性。 该方法是有利的，因为可在没有添加溶剂、橡胶或其他额外的材 料的情况下发生粒状物与含硅烷的材料之间的反应。以前的干法在使 用橡胶或粘稠聚合物的情况下配混颗粒。在本发明方法的实施方案中， 在没有使用橡胶的情况下，含硅烷的材料直接接触粒状物表面并与之
反应，形成硅烷官能化的粒状物，其特征在于化学附着硅烷到粒状物 表面上。另外，流化所述颗粒将有效地促进粒状物与硅烷的反应，从 而使得不需要添加任何催化剂。
在另一实施方案中，该方法也可包括使进行反应的流化的粒状物 与含硅烷的材料加热到有效地挥发和/或除去醇、溶剂和/或反应副产 物的温度。该方法也可通过工艺通风口选择性地蒸发任何溶剂。由于 在该反应中所使用的溶剂量被最小化，因此涉及除去溶剂的额外的加 工步骤也可最少化。加热也可加速硅烷与粒状物的附着反应。这些温
度范围可以是约25-150X:，或在一个例举的实施方案中，为约80-110。C。
参考图1，根据本发明提供官能化粒状物的系统1。系统1包括可 操作而产生并维持粒状物流化床(未示出)的反应器，例如犁形桨式混 合器10，含硅烷的材料40的来源20，和可操作以喷射含硅烷的材料 30到粒状物流化床上的喷射机构30。系统l也可包括原料端口 5用以 提供粒状物到犁形桨式混合器10中。犁形桨式混合器IO也可包括搅 拌器15，用以典型地通过循环，流化混合器内部的粒状物和硅烷。翠 形桨式混合器IO也可包括出口 50用以传输硅烷官能化的粒状物产物 离开混合器，加热器(未示出)用以加热进行反应的粒状物和硅烷，和 工艺通风口 (未示出)用以除去任何残留的挥发性溶剂或副产物。此外， 该系统也可包括可操作以从喷射机构30中冲刷含硅烷的材料的冲刷 剂源，例如溶剂物质。
下述实施例阐述根据本发明的实施方案，产生硅烷官能化的粒状 物的数种方法。实施例拟阐述说明且不应当解释为限制本发明到所使 用的特定的方法和装置上。
实施例1
1. 负载71bs.的RiceSil 100 (稻壳灰)RHA到LittlefordDay M-20犁形桨式混合器中。
2. 打开搅拌器到全速(220 RPM)并加热到158°F。
3. 通过来自氮气加压容器的双流体喷嘴，添加138gDow Corning
Z-602Q硅烷到在混合器内的RHA上。流化气体是氮气。
4. 用200g乙醇沖刷硅烷原料体系到批料内。
5. 保持该批料在160°F下20分钟，完成反应并驱逐醇。
6. 关闭搅拌器并排放处理过的RHA到容器中。 实施例2
1. 负载6 lbs的RiceSil 100 RHA到Littleford Day M-20 犁形桨式混合器中。
2. 打开搅拌器到全速(220 RPM)并加热到157°F。
3. 通过来自氮气加压容器的双流体喷嘴，添加508gDow Corning 5700硅烷到在混合器内的RHA中。流化气体是氮气。
4. 用200g乙醇冲刷硅烷原料体系到批料内。
5. 保持该批料在160°F下10分钟，完成反应并驱逐醇。
6. 关闭搅拌器并排放处理过的RHA到容器中。 实施例3
1. 负载6 lbs的RiceSil 100 RHA到Littleford Day M-20 犁形桨式混合器中。
2. 打开搅拌器到全速(220 RPM)并加热到157°F。
3. 通过来自氮气加压容器的两个流体喷射喷嘴，添加504gDow Corning Z-6032硅烷到在混合器内的RHA中。流化气体是氮气。
4. 用200g乙醇冲刷硅烷原料体系到批料内。
5. 保持该批料在160°F下10分钟，完成反应并驱逐醇。
6. 关闭搅拌器并排放处理过的RHA到容器中。
上述实施例制得硅烷官能化的粒状物，其中硅烷和粒状物被化学 附着。化学附着防止在溶剂洗涤过程中，将硅烷添加剂从硅烷官能化 的粒状物中除去。此外，如图2所示，红外光i普数据表明在RHA表面 上的游离硅烷醇含量在处理之后下降，从而证明发生了化学附着。
注意例如术语"具体地"，"优选地"，"通常"和"典型地" 和类似术语此处不用于限制要求保护的发明的范围，或者暗含一些特
征是对要求保护的发明的结构或功能是关键、根本或甚至重要的。相 反，这些术语仅仅打算强调替代或额外的特征，这些特征可以或可以 不在本发明方法的特定实施方案中使用。还注意类似"基本上"和"约" 之类的术语用于表示固有的不确定性程度，这种不确定性可归因于任 何定量的比较、数值、测量或其他表示法。
在详细地和通过参考具体实施方案的基础上描述了本发明，但显 而易见的是，在没有脱离所附权利要求定义的本发明的范围的情况下， 各种改性和变化是可能的。更具体地，尽管本发明的一些方面被鉴定 为优选或尤其有利，但认为本发明不必限制到本发明的这些优选方面 上。
权利要求
1. 一种官能化粒状物的方法，该方法包括提供粒状物到反应器中；在基本上不存在溶剂的情况下流化粒状物；提供含硅烷的材料至流化的粒状物；和使含硅烷的材料与流化的粒状物反应以提供硅烷官能化的粒状物。
2. 权利要求l的方法，进一步包括加热进行反应的流化的津立状物 和含硅烷的材料到有效地挥发和/或除去醇、溶剂、和/或其他副产物 的温度。
3. 权利要求2的方法，进一步包括通过工艺通风口 ，选择性地蒸 发任何溶剂。
4. 权利要求1的方法，其中含硅烷的材料和流化的粒状物通过使 含硅烷的材料的配体与粒状物受体附着而反应。
5. 权利要求l的方法，其中粒状物具有最多约500微米的粒度。
6. 权利要求l的方法，其中粒状物包括无定形二氧化硅、无机材 料、或其组合。
7. 权利要求6的方法，其中无定形二氧化硅源自生物来源。
8. 权利要求7的方法，其中无定形二氧化硅包括稻壳灰、燕麦麸 灰、小麦壳灰、或其组合。
9. 权利要求6的方法，其中无机材料包括硅藻土、高压液相色谱 (HPLC)级二氧化硅、氧化钛、氧化锆、及其组合。
10. 权利要求l的方法，其中含硅烷的材料包括烷氧基硅烷。
11. 权利要求l的方法，其中含硅烷的材料以气溶胶形式被喷射 到流化的粒状物上。
12. 权利要求l的方法，其中含硅烷的材料包括液滴尺寸基本上 与单独的粒状物相同的液滴。
13. 权利要求l的方法，其中含硅烷的材料包括对含硅烷的材料 呈惰性的适量溶剂。
14. 权利要求13的方法，其中溶剂占全部加工负载的最多约5%， 其中全部加工负载包括含硅烷的材料、流化的粒状物和溶剂。
15. 权利要求l的方法，其中含硅烷的材料与流化的粒状物反应 最多约3小时。
16. —种官能化粒状物的系统，该系统包括 可操作以产生并维持粒状物的流化床的反应器； 含硅烷的材料的来源；和可操作以喷射含硅烷的材料到粒状物的流化床上的喷射^f几构。
17. 权利要求16的系统，其中反应器包括犁形桨式混合器。
18. 权利要求16的系统，进一步包括可操作以从喷射机构中冲刷 含硅烷的材料的冲刷剂源。
19. 权利要求16的系统，进一步包括加热器，其可操作以加热含 粒状物和硅烷的混合物到有效地除去醇副产物、溶剂、或其组合的温 度，且进一步可操作以加速硅烷和粒状物的反应。
20. 权利要求16的系统，进一步包括可操作以从反应器中转移任何蒸发性溶剂或副产物的工艺通风口。
21. 权利要求16的系统，进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状物到反应器，可操作所述出口端口以 传输含硅烷官能化的粒状物的产物离开反应器。
22. 权利要求16的系统，进一步包括通过搅拌可操作以流化反应 器内的粒状物的搅拌器。
全文摘要
提供官能化粒状物的系统与方法。官能化粒状物的方法包括提供粒状物到反应器中，在基本上不存在溶剂的情况下流化粒状物；提供含硅烷的材料到流化的粒状物；和使含硅烷的材料与流化的粒状物反应以提供硅烷官能化的粒状物。硅烷官能化的粒状物可用于分离介质和其他工业应用中。
文档编号C09C3/12GK101389715SQ200680053554
公开日2009年3月18日 申请日期2006年12月28日 优先权日2006年1月19日
发明者A·李维斯, C·科拉尔, G·L·吉布森, K·Q·海耶斯, R·L·塔布勒 申请人:陶氏康宁公司