JP4222853B2

JP4222853B2 - 耐アルカリ性化学修飾型シリカゲルの製造方法

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Publication number: JP4222853B2
Application number: JP2003039754A
Authority: JP
Inventors: 真樹井上; 士行簑原
Original assignee: AGC Si Tech Co Ltd
Current assignee: AGC Si Tech Co Ltd
Priority date: 2003-02-18
Filing date: 2003-02-18
Publication date: 2009-02-12
Anticipated expiration: 2023-02-18
Also published as: JP2004250247A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐アルカリ性に優れた化学修飾型シリカゲルに関し、より詳しくは、耐アルカリ性に優れた液体クロマトグラフィー用の化学修飾型シリカゲルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
化学修飾型シリカゲルは、シリカゲル表面のシラノール基〔−Ｓｉ（ＯＨ））〕を、クロロシラン基、メトキシシラン基、エトキシシラン基等の化学修飾基と反応せしめて機能性基を導入し、表面改質したものであって、例えば、クロマトグラフィー用分離吸着剤、固定化酵素用担体、プラスチック充填剤、アンチブロッキング充填剤、化粧品原料等に使用されている。
【０００３】
特に化学修飾型シリカゲルは、液体クロマトグラフィー用カラム充填剤として、一般有機化合物、医薬品、農薬、化粧品、食品、タンパク質、糖質、低分子ペプチド、核酸、生薬、天然物中の有効成分などの広範な分野において、対象成分の分離、分析、精製用に広く用いられている。
【０００４】
しかしながら、この化学修飾型シリカゲルは、基本的に、アルカリ水溶液に弱く、特に強アルカリ液下では、シリカゲルの一部が溶解してしまうという欠点がある。すなわち、当該化学修飾型シリカゲルを、液体クロマトグラフィー用カラム充填剤として用い、アルカリ水溶液と有機溶媒との混合液を溶離液として通液した場合に、充填剤である化学修飾型シリカゲルが侵食され、次第に充填層の有効高さが減少し、分離溶質（対象成分）の分離性能（理論段数）が低下するとともにカラム圧損が増加し、短時間でカラム寿命が短くなるという問題がある。
【０００５】
従来、化学修飾されていない、多孔質シリカゲルの耐アルカリ性改善については、シリカゲルを焼成する方法が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。すなわち、ケイ酸アルカリと鉱酸とから製造されたシリカゲルを、６００℃以上、好ましくは７００〜１２００℃程度の温度で焼成することにより、シラノール基数が３．５個／ｎｍ²以下のシリカゲルが得られ、これをカラム充填して、ｐＨ８のアルカリ液を通液・接触（アルカリ処理）せしめたときのシリカ溶解量が低減できるとされている。
【０００６】
当該特許文献１によれば、焼成温度を６００から１２００℃まで上昇させた場合、式（１）で表示されるシリカの質量減少率Ｘ（％）の値が低下する（すなわち、耐アルカリ性が向上する）とする。
【０００７】
Ｘ（シリカ質量減少率）＝〔（アルカリ処理前質量−アルカリ処理後質量）／アルカリ処理前質量〕×１００（１）
【０００８】
例えば、加熱処理しない場合（１７０℃での乾燥のみ）、Ｘ（シリカ質量減少率）は３．７％であるのに対し、１０００℃で２時間焼成すると、Ｘは０．２９％、１２００℃で焼成した場合はＸは０．２７％に低下する例が示されている（当該特許文献１の実施例１第１表を参照。）。
【０００９】
これは、多孔質シリカゲルを焼成することによって、シラノール基同士が脱水・縮合してシロキサン結合を形成し、シラノール基数の減少、及び、一次粒子間の粒子の融着がおこり比表面積が小さくなるため、シリカゲル自体のアルカリ水溶液への溶解度が減少し、耐アルカリ性が向上するとしているのである。
【００１０】
しかしながら、本発明者らが、同様にして焼成処理したシリカゲルをアルカリ溶液（ｐＨ１１）と撹拌下に接触せしめ、このアルカリ溶液中に溶出するシリカ濃度を直接測定する方法により、精密に測定したところ、後記する実施例に示すように、焼成処理を行ったシリカゲルの方が、かえってシリカ溶解量は増加してしまうという予想外の結果を得た。
【００１１】
また、従来、多孔質シリカゲルを、高圧で使用する充填カラムとするために、例えば９００℃で長時間加熱して強化することは公知である（例えば、特許文献２を参照。）。しかしながら、この方法は、機械的強度の向上が目的であるので、シラノール基は、ほとんど残らず、化学修飾剤と実質的に反応しないシロキサン（ＳｉＯＳｉ）になってしまう。したがって、クロマトグラフ用充填剤とするには、加熱強化したシリカゲルを再度有機アミン等の存在下に長時間温水と接触させシラノール基を再形成する必要があった。
【００１２】
一方、多孔質シリカゲル表面のシラノール基を、化学修飾剤を反応させて疎水基を導入し、疎水化させることにより、各種樹脂への分散性や接着性を向上させるとともに、強アルカリ液に接触した時のシリカの溶解性を低減させる方法も一般に用いられている。しかしながら、化学修飾剤はその立体障害により、シリカゲル表面のシラノール基とそれほど効率よくは反応しないのが実状であり、その反応率を上げるためには、さらに高度な表面処理技術が必要であって、かなりのコストがかかるという問題があった。
【００１３】
【特許文献１】
特開平１−２１５７０３号公報
【特許文献２】
特公平０７−５５８１５号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記したごとく、従来の化学修飾型シリカゲルが耐アルカリ性に乏しいため、例えば液体クロマトグラフィー用に使用した場合に、常用されるアルカリ水溶液と有機溶媒との混合溶離液を用いると、シリカゲルが溶解し、短時間に分離性能が低下するという問題があったものを解決し、長時間分離性能の低下を伴うことなく使用可能である耐アルカリ性に優れた化学修飾型シリカゲルを提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明に従えば、シリカゲルを化学修飾してなる化学修飾型シリカゲルの製造方法であって、シリカゲルを４００〜１２００℃で、１０分〜１０時間仮焼処理する工程、得られた孤立シラノール基／全シラノール基の割合が５０％以上であるシリカゲル原体を化学修飾剤と反応せしめて、当該シリカゲル原体中の全シラノール基の２５％以上を化学修飾する工程、を経る耐アルカリ性化学修飾型シリカゲルの製造方法、が提供される。
【００１６】
【００１７】
【００１８】
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明の技術的特徴を示す流れ図であって、シリカゲルをその表面シラノール基を制御してから化学修飾することにより、耐アルカリ性化学修飾型シリカゲルを得る工程を示す図である。
【００２１】
（出発シリカゲル原料）
本発明においては、出発原料であるシリカゲル１０としては、特に限定するものではないが、通常、粒径０．５〜１０，０００μｍ、好ましくは１〜５００μｍ、孔径５〜６００Å、比表面積５０〜１０，０００ｍ²／ｇ、好ましくは１００〜１，０００ｍ²／ｇ程度のものが望ましい。粒子形状としては、破砕したものでもよいが、球状のものがより好ましい。かかる原料としてのシリカゲルは、市販のものが容易に入手可能であり、また、所望のものを、公知の手段により、合成することも可能である。
【００２２】
球状シリカゲルの代表的な製造方法は、液／液の界面張力を利用して粒子を球形化する方法であって、例えば、特開平６−６４９１５号や特開２００１−１４６４１６号に記載されているように、界面活性剤を含む非極性有機ハロゲン化物溶媒中、又は炭素数９−１２程度の飽和炭化水素溶媒中で、ケイ酸アルカリ（アリカリ金属ケイ酸塩）水溶液を乳化・分散させ、生成した微小分散液滴の液／液界面における界面張力を利用して、個々の液滴を球形化せしめ、次いで、その状態で硫酸、塩酸、硝酸等の鉱酸や炭酸ガス等のゲル化剤と反応せしめてゲル化・固化せしめる方法である。
【００２３】
得られたゲル粒子は、溶媒と分離し、熟成槽でｐＨ１〜５、３０〜１００℃程度の条件下、０．５〜５時間程度熟成処理を行う。熟成停止後、濾過・水洗することにより、微小球状のシリカヒドロゲル粒子が得られ、これを５０〜１８０℃程度で１〜８時間乾燥し、微小球状のシリカゲル粒子が得られる。なお、不定形破砕品は、この球形粒子を破砕処理することにより容易に得ることが出来る。
【００２４】
液／液の界面張力を利用して粒子を球形化する方法としては、その他、特開昭６１−２２７９１３号に記載されているような、ケイ酸アルカリ水溶液を有機溶媒中で乳化・分散させ、上記と同様にして界面張力を利用して液滴を球形化せしめ、炭酸アンモニウムや炭酸水素ナトリウム等の炭酸塩を添加して反応・ゲル化させる方法を採用することもできる。
【００２５】
一方、気／液の表面張力を利用して、球形シリカゲルを得る方法を採用することも可能である。例えば、特公昭４８−１３８３４号に記載されているごとく、ケイ酸アルカリ水溶液と鉱酸水溶液を混合してシリカゾルを短時間で生成させると同時に、気体中に放出し、当該気体中で球形粒子としてゲル化させる方法を採用することができる。
【００２６】
より具体的には、ケイ酸アルカリ水溶液と鉱酸水溶液とを、放出口を備えた容器内に別個の導入口から導入、瞬間的に均一混合し、ＳｉＯ₂濃度換算で１３０ｇ／ｌ以上、ｐＨ７〜９であるシリカゾルを生成せしめ、直ちに上記放出口から、空気等の気体媒体中に放出し、空中でゲル化させる方法である。落下地点には、水を張った熟成槽を置いておき、ここに落下せしめて数分〜数１０分熟成させる。
【００２７】
これに酸を添加してｐＨを下げて水洗後、固／液分離することにより球状のシリカヒドロゲルが得られ、さらに５０〜１８０℃程度の温度において十分乾燥することにより、球形のシリカゲル粒子を得ることができる。不定形破砕品は、同様に、この球形粒子を破砕処理することにより容易に得られる。
【００２８】
なお、不定形のシリカゲル破砕品粒子は、球状のシリカゲルを経由しないで得る方法も採用できる。例えば、ケイ酸アルカリ水溶液と鉱酸水溶液とを反応容器内で混合してシリカゾルを短時間で生成させた後、当該容器内で液全体をゲル化させる。このゲルを直径数センチ程度の大きさに粗砕した後、ｐＨを調整した水を添加して熟成せしめ、酸を添加してｐＨを下げて熟成を停止し、水洗後、固／液分離することにより、粗大なシリカヒドロゲル粒子が得られるので、これを上記と同様にして乾燥後、所定の大きさに粉砕して、不定形の破砕品シリカゲル粒子とするのである。
【００２９】
（シラノール基制御シリカゲル）
本発明においては、出発シリカゲル原料１０を、仮焼処理工程２０に供することにより、その表面のシラノール基が制御されたシリカゲル３０とする。これが、次の化学修飾工程４０において化学修飾されるシリカゲルの原体である。
【００３０】
仮焼処理の温度は、本発明では４００〜１２００℃であり、好ましくは４００〜１０００℃、さらに好ましくは５００〜１０００℃、一層好ましくは５００〜９００℃である。これより温度があまり低いと、後記するように、出発シリカゲルの表面のシラノール基が、仮焼処理によりあまり変化せず、充分シラノール基の制御が行われないため、所望の耐アルカリ性を有する化学修飾型シリカゲルが得られない。また、仮焼温度がこれよりあまり高くなると、シラノール基のほとんどが不活性なシロキサンになったり、シリカゲル粒子同士の融着が起こり、無孔質のシリカゲルになってしまう。
【００３１】
仮焼時間は、本発明では１０分〜１０時間であり、好ましくは２０分〜５時間程度である。
【００３２】
なお、上記仮焼温度まで昇温するに要する時間（昇温時間）としては、仮焼温度によっても変わりうるが、通常１０分〜４時間程度である。
【００３３】
仮焼を実施するための装置としては、特に限定するものではなく、通常の焼成装置が使用可能であり、例えば、電気炉、内熱式回転炉、外熱式回転炉、レトルト型加熱炉、ポット型炉、マッフル型加熱炉、輻射型加熱炉、管状炉、タンマン炉、坩堝炉等が好ましいものとして挙げられる。また、仮焼は、大気中で実施することができる。
【００３４】
上記の条件で仮焼処理されたシリカゲル３０は、その表面のシラノール基が制御されたものであり、より具体的には、当該シリカゲル原体の孤立シラノール基／全シラノール基の割合が５０％以上となっているものである。
【００３５】
ここで孤立シラノール基とは、シリカゲル表面に存在するいくつかのシラノール基の状態のうち、最も反応活性なシラノール基であって、赤外吸収分析法（ＦＴ−ＩＲ（拡散反射））を用いてシラノール基の存在状態を解析した場合に、吸収ピークが存在する波長の逆数が３７４８ｃｍ^-1のものである。
【００３６】
また、その他の状態のシラノール基としては、孤立シラノール基同士が水素結合した表面水素結合性シラノール基（同３５００ｃｍ^-1の付近）、一次粒子間の粒子間水素結合性シラノール基（同３５００ｃｍ^-1の付近）、及び最も不活性なシロキサン結合等が主たるものである。なお、ＦＴ−ＩＲ装置としては、ｍａｇｎａ７６０（Ｎｉｃｏｌ社製）を使用した。
【００３７】
図２〜５は、本発明者らが、シリカゲルを焼成した場合の表面のシラノール基の状態をＦＴ−ＩＲで解析した結果の一例を示すチャートであって、図２は未焼成シリカゲル、図３は４００℃焼成、図４は７００℃で焼成、図５は９００℃で焼成したシリカゲルのピークを示す。チャートに示された吸収スペクトルから明らかなごとく、焼成温度が高くなるほど、表面結合性シラノール基（及び粒子間水素結合性シラノール基）が減少していき、孤立シラノール基（図のピークａに該当）のみが残ることが、確認された。しかも、当該孤立シラノール基の絶対存在量は、後記実施例において示されているように、焼成工程中において、実質的に変化しないことが見出された。
【００３８】
すなわち、シリカゲル表面の孤立シラノール基／全シラノール基の割合（＝φ（孤立シラノール比）（％）と表示すると、
【００３９】
φは、焼成前は４０％程度のものが、焼成が進行するとともに上昇していき、例えば５００℃焼成の場合は、５０％以上、８００℃で焼成した場合はほぼ１００％になるのである。
【００４０】
孤立シラノール比φの算出式における、シリカゲル表面の全シラノール基数は、次の方法で求められる。
【００４１】
すなわち、シリカゲル表面に吸着された水分を１２０℃で脱着し、その後１２００℃まで加熱した時の全質量％損失から下記（２）式によって計算した。
【００４２】
ここでＳｉＯＨ度の計算は、ＳｉＯＨ基の２モルが加熱によって結合して1モルの水になるという仮定に基づいた。
【００４３】
また、シリカゲル表面の全シラノール基濃度は、式（２）に従って計算される。
全シラノール基数(μｍｏｌ／ｍ²)＝Ｗ×１１１１．１÷ＳＡ（２）
【００４４】
（式中、Ｗは１２０℃における加熱から１２００℃における加熱までの平衡における全質量％損失差、ＳＡはシリカのＢＥＴ表面積（ｍ²／ｇ）である。）
【００４５】
当該測定方法により、全シラノール基数の加熱温度（焼成温度）による変化を検討したところ、加熱温度が高くなるとともに、全シラノール基数も減少することが見出された。これは、上記したＦＴ−ＩＲスペクトルによる解析結果と一致している。
【００４６】
（化学修飾工程）
化学修飾工程４０においては、シラノール基が制御され、シラノール比φが５０％以上であるシリカゲル原体３０を化学修飾剤３５と反応せしめて、化学修飾型シリカゲル５０とするものである。
【００４７】
後記実施例に示すように、φが５０％以上のシリカゲル原体より得られる化学修飾型シリカゲルは、充填カラムとしてアルカリ溶液を通液した場合、長時間初期の理論段数ｎ₀を維持しており、耐アルカリ性が顕著に改善される。
【００４８】
化学修飾剤３５は、共有結合によってシリカ表面に有機基を結合できる物質である。本発明では、化学修飾剤は、ジメチルオクタデシルクロロシラン、ジメチルオクチルクロロシラン、ｔ−ブチルジメチルクロロシラン、ｎ−ブチルジメチルクロロシラン、ジメチルフェニルクロロシラン、メチルオクタデシルジクロロシラン、ジ−ｎ−ブチルジクロロシラン、ジフェニルジクロロシラン、オクタデシルトリクロロシラン、オクチルトリクロロシラン、ｎ−ブチル−トリクロロシラン及びフェニルトリクロロシランからなる群より選ばれるいずれかのクロロシラン化合物、
【００４９】
メチルトリエトキシシラン、ジメチルオクタデシルメトキシシラン、メチルオクタデシルジメトキシシラン及びオクタデシルトリメトキシシランからなる群より選ばれるいずれかのアルコキシシラン化合物、
【００５０】
ヘキサメチルジシラザンであるシラザン化合物、ビニルトリクロロシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン及びγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランからなる群より選ばれるいずれかのシランカップリング剤、ジメチルポリシロキサン及びメチルハイドロジェンポリシロキサンからなる群より選ばれるいずれかのシリコーンオイルが好ましい。
【００５１】
なお、脱アルコール反応を伴うアルコキシシラン化合物の場合は、無触媒でもよいが、脱塩酸反応が生ずるクロロシラン化合物の場合は、反応を速やかに進行せしめるために触媒としてピリジン等を使用することが好ましい。
【００５２】
シリカゲルと化学修飾剤の反応は、それ自体公知の方法で行わせることができ、導入する修飾基により、反応温度３０〜４００℃、好ましくは１００〜３００℃、反応時間１〜４０時間の範囲で適当な条件を選択し、適当な溶媒中で行わせることが好ましい。なお、通常、使用溶媒の還流下に行うことが好ましい。
【００５３】
溶媒としては、化学修飾剤と反応せず、かつ、反応温度に加熱させた場合熱的に安定なものであればいかなるものも使用可能であるが、通常、ベンゼン、トルエン、キシレン、オクタン、イソオクタン、テトラクロロエチレン、クロロベンゼン、ブロモベンゼン等が使用される。
【００５４】
反応装置としては、特に限定するものではないが、通常、固液反応を実施するのに使用される、原料供給手段、温度制御手段を備えた、撹拌槽型の反応容器を使用することが好ましい。なお、反応槽の空間部の雰囲気は、窒素などの不活性ガス雰囲気とすることが望ましい。
【００５５】
具体的な反応操作は、例えば、以下のようにして行われる。すなわち、化学修飾剤としてクロロシラン化合物を使用する場合であれば、溶媒であるトルエンやキシレン中に、シラノール基が制御されたシリカ原体（充分乾燥したものが好ましい。）とオクタデシルクロロシランのごときクロロシラン化合物を装入し、撹拌下に昇温し、当該トルエン等の沸点でリフラックスしながら数時間程度反応せしめる方法を採用する。かくして、化学修飾型シリカゲルとして、オクタデシルクロロシラン化シリカゲルを得ることができるのである。
【００５６】
なお、所望により、さらにキャッピング剤３７を使用してキャッピング反応を行わせることができる。キャッピング剤（二次シリル化剤ともいう。）は、上記シリル化（一次シリル化）工程で化学修飾せしめた化学修飾型シリカゲルにおいて、通常立体障害等の影響で残存する未反応シラノールをキャップして（潰して）、不活性化するために使用される薬剤であって、本発明では、ジメチルジクロロシラン、トリメチルクロロシラン、メチルジクロロシラン、メチルトリクロロシラン、トリメチルメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン及びヘキサメチルジシラザンからなる群より選ばれるいずれかが好ましい。
【００５７】
キャッピング反応も化学修飾反応に準じた条件化に行われる。通常、上記で得られた化学修飾型シリカゲルを、例えば上記ベンゼンやトルエン等の溶媒中で加熱還流下に実施される。
【００５８】
なお、シリカゲル原体３０としては、孤立シラノール比φが５０％以上であるものが市販品として、もし入手できる場合は、当該特性を有する特定のシリカゲルを選択・特定して使用することもできる。
【００５９】
（化学修飾型シリカゲルの特性及び作用）
かくして得られた化学修飾型シリカゲル５０の耐アルカリ性評価は、後記実施例に示すように、当該シリカゲルによる液体クロマトグラフィーカラムの理論段数の経時変化を測定することにより行われるが、この結果を解釈するための基礎物性として、当該シリカゲルへの化学修飾剤の反応基数、カーボン質量％、被覆率を以下のようにして算出する。
【００６０】
化学修飾した化学修飾剤基数は、以下の式（３）に従って計算される。
化学修飾剤反応基数(μｍｏｌ／ｍ²)＝Ｃ÷(１２００×ｋ)÷ＳＡ（３）
【００６１】
（ここで、Ｃは化学修飾後のカーボン質量％（単に「カーボン率」とも称する。）、ｋは化学修飾剤中の炭素数、ＳＡはシリカのＢＥＴ表面積（ｍ²／ｇ）である。）
【００６２】
カーボン率Ｃは、化学修飾型シリカゲルサンプルを酸素雰囲気で焼成した時に発生するＣＯ₂量（化学修飾基中の炭素量に対応）をガスクロマトグラフィーを用いて定量することにより求める。なお、ガスクロマトグラフィー装置としては、SUMIGRAPH NC-80（住友化学社製）等を使用して測定する。
【００６３】
次に、化学修飾型シリカゲルの被覆率（δで表示する。）は、以下の式（４）に従って計算した。
被覆率δ＝化学修飾反応基数／全シラノール基数×１００（％）（４）
【００６４】
被覆率とは、修飾率とも称され、仮焼処理したシリカ原体の全シラノール基数に対する化学修飾されたシラノール基数の割合である。
【００６５】
本発明においては、化学修飾型シリカゲルの被覆率δが２５％以上、すなわち、全シラノール基の２５以上が化学修飾されているものである。後記実施例に示すように、被覆率δが２５％以上の化学修飾型シリカゲルを充填カラムとしてアルカリ溶液に通液接触させた場合、長時間経過しても初期の理論段数ｎ₀を維持することができる。
【００６６】
後記実施例において、詳細に述べるように、実際の測定データから、以下の事実が認められる。
【００６７】
まず、シリカゲルを仮焼すると、仮焼温度が高くなるにつれて得られるシラノール基制御シリカゲル（シリカゲル原体）の全シラノール基数は減じていく。しかるに、当該シリカゲル原体を化学修飾した場合、式（３）で算出される導入化学修飾剤の反応基数は、仮焼温度が高くなった場合でもごく僅かに減少する程度であり、実質的には、ほとんど変化しない。従って、（４）で算出される被覆率は、仮焼温度が高いシリカゲルの方が、高くなっているのである。
【００６８】
すなわち、本発明における化学修飾型シリカゲルは、本発明で規定する温度範囲においては、仮焼温度が高い程、その表面のシラノール基がより有効に化学修飾されていることを示している。
【００６９】
以上の事実と、すでに述べた、仮焼温度の高いシリカゲルの方がアルカリ液と接触した時のシリカ溶解度が高くなること、及び、赤外吸収分析法（ＦＴ−ＩＲ）の解析で、仮焼温度の高いほど、最も活性な孤立シラノール基のみが残存していることから、本発明における化学修飾型シリカゲルが、理論段数で評価される耐アルカリ性が顕著に改善されるメカニズムは、以下のようであろうと推定される。
【００７０】
すなわち、仮焼処理により、すでに述べた、シリカゲル表面の種々の形態のシラノール基のうち、表面水素結合性シラノール基は脱水縮合され、仮焼温度が高くなる程、当該水素結合性シラノール基で埋もれていた孤立シラノール基が、よりシリカ表面に露出するようになる。
【００７１】
したがって、当該表面に出てきた最も反応活発な孤立シラノール基のために、仮焼温度が高くなると、アルカリ液に接触した時にシリカ溶解度がより上昇することになる。一方、反応活性の高い孤立シラノール基の割合が高くなるため、化学修飾剤であるクロロシラン等のシリコン化合物が、より有効的に、当該孤立シラノール基と反応したものと考えられる。
【００７２】
このようにして、化学修飾剤による孤立シラノール基の被覆率が上昇すること、及び、仮焼処理によりシラノール基の殆どが不活性なシロキサン結合を形成しシリカ表面を覆うことのため、本発明の化学修飾型シリカゲルは、その耐アルカリ性が顕著に改善されたものと推定されるのである。
【００７３】
【実施例】
以下、本発明を実施例により詳細に説明する。
以下の実施例、比較例において、（ａ）シリカゲルの耐アルカリ性測定及び（ｂ）化学修飾型シリカゲルの耐アルカリ性評価は、次の方法によった。
【００７４】
（ａ）シリカゲルの耐アルカリ性測定方法
シリカゲル粒子５ｇを、ＮａＯＨでｐＨ＝１１に調整したアルカリ水溶液１００ｇ中に投入し、室温で１時間撹拌し浮遊下に充分固液接触せしめた。撹拌終了後、メンブランフィルターでシリカゲル粒子を濾過し、濾過液中のシリカ濃度を吸光度法で測定した。
【００７５】
（ｂ）化学修飾型シリカゲルの耐アルカリ性評価方法（理論段数表示）
▲１▼化学修飾型シリカゲルを、４．６ｍｍφ×２５０ｍｍのステンレス製カラムに充填し、このカラムを液体クロマトグラフィー（島津製作所社製、ＬＣ−８Ａ）にセットした。当該化学修飾型シリカゲル充填カラムに、アルカリ溶液（ｐＨ＝１１のＮａＯＨ水溶液／アセトニトリルの４／６混合溶液）を、流量１ｍＬ／ｍｉｎ、温度３２℃で通液した。
【００７６】
▲２▼このカラムに、２時間毎に分離性能評価用のサンプル液５μＬを注入し、分離ピークの理論段数ｎを測定して、この経時変化を測定した。なお、測定波長（検知波長）は２５４ｎｍである。
【００７７】
ｉ）使用したサンプル液は、水／アセトニトリル混合溶液１００ｍＬに、ウラシル２０ｍｇ(ウラシル濃度２００ｐｐｍ)及びナフタレン１５０ｍｇ(ナフタレン濃度１５００ｐｐｍ)を溶解したものである。
【００７８】
ｉｉ）理論段数ｎは次式（５）で算出した。
ｎ＝〔（ナフタレンの溶出時間−ウラシルの溶出時間）／ナフタレンピークの半値幅〕〕²×５．５５（５）
【００７９】
〔実施例１〕
（シリカゲルの仮焼処理）
シリカゲル〔M.S.GEL SIL EP-DF-5/15-120A、洞海化学工業社製（比表面積=３１８ｍ²／ｇ、全シラノール基数＝１４．３μｍｏｌ／ｍ²）〕を大気中、焼成炉で５００℃、３０分焼成処理を行った。(なお、室温から仮焼温度までの昇温時間は２時間とした。)また、焼成装置としては、電気炉(ADVANTEC社製、KM-600型)を使用した。
【００８０】
仮焼処理後のシリカゲルにつき、比表面積、全シラノール基数、孤立シラノール基数等の基本物性を測定するとともに、前述の耐アルカリ性測定方法に従って、アルカリ水溶液中に溶出するシリカ濃度を求めた。
【００８１】
結果を表１に示した。表中、比表面積は、ＢＥＴ法細孔分布測定装置（日本ベル社製、ベルソープ２８型）により測定した。
【００８２】
（化学修飾型シリカゲルの調製）
上記５００℃で仮焼したシリカゲル６００ｇを、１８０℃×１６時間乾燥後、２００００ｍＬのトルエン（関東化学社製特級）に分散し、撹拌機付き丸底フラスコに装入した。これに化学修飾剤として、ジメチルオクチルクロロシラン（信越化学工業社製、LS-3490）を３００ｇ、反応触媒としてジエチルアミン（関東化学社製特級）１７０ｇを添加し、トルエンの沸点下で３時間、環流しながらスラリー状で反応を行った。
【００８３】
次にこのスラリー液を濾過し、得られたケーキをトルエンで洗浄後、当該洗浄ケーキに再びトルエン２０００ｍＬを加えてスラリー化し、丸底フラスコに移した。
【００８４】
これに、キャッピング剤としてトリメチルクロロシラン（関東化学社製特級）２５０ｇ、ピリジン３６０ｇを加え、トルエンの沸点下で５時間、環流しながら反応を行った。
【００８５】
このスラリー液を濾過し、得られたケーキを、順に、ヘキサン、テトラヒドロフラン、水／メタノール（５０/５０）、メタノールにより洗浄した。これを１２０℃×２時間乾燥し、化学修飾型シリカゲルを得た。
【００８６】
当該得られた化学修飾型シリカゲルについて、カーボン率Ｃ、及び被覆率δを測定した結果を表２に示す。なお、当該シリカゲルの未反応シラノール基は２．７μｍｏｌ／ｍ²であった。また、当該化学修飾型シリカゲルに関し、上述の耐アルカリ性評価方法に従って、ナフタレンの分離についての理論段数ｎの経時変化を測定した。結果を図６に示した。なお、縦軸の理論段数は、任意の時間におけるｎを、初期（スタート時）の理論段数ｎ₀で規格化した値（（ｎ／ｎ₀）×１００）である。
【００８７】
〔実施例２〕
シリカゲルの仮焼温度を７００℃とするほかは、実施例１と同様の実験を行った。結果を表１〜２及び図６に示す。なお、当該シリカゲルの未反応シラノール基は２．６μｍｏｌ／ｍ²であった。
【００８８】
〔実施例３〕
シリカゲルの仮焼温度を８００℃とするほかは、実施例１と同様の実験を行った。結果を表１〜２及び図６に示す。なお、当該シリカゲルの未反応シラノール基は２．０μｍｏｌ／ｍ²であった。
【００８９】
〔比較例１〕
原料であるシリカゲル〔M.S.GEL SIL EP-DF-5/15-120A、洞海化学工業社製（比表面積=３１８ｍ²／ｇ、全シラノール基数＝１４．３μｍｏｌ／ｍ²）〕を仮焼せず、そのまま化学修飾するほかは、実施例１と同様の実験を行った。結果を表１〜２及び図６に示す。なお、当該シリカゲルの未反応シラノール基は２．６μｍｏｌ／ｍ²であった。
【００９０】
（結果の考察）
図６は、実施例１〜３で得られた化学修飾型シリカゲル、及び比較例１の化学修飾型シリカゲルを液体クロマトグラフィー用のカラム充填剤として使用した場合の、ナフタレン分離の規格化した理論段数ｎと経過時間との関係を示すものである。図６から明らかなように、仮焼しない場合（比較例１）は、約４０時間以後に理論段数は、急激に低下するのに対し、５００℃で仮焼した場合は、理論段数の低下は約９０時間以後、７００〜８００℃仮焼では、２００時間程度まで、理論段数の急激な低下は起こらない。すなわち、理論段数に対して、本発明で規定する仮焼温度の範囲で、原体であるシリカゲルの仮焼温度が高いほど、調製される化学修飾型シリカゲルは、初期の理論段数値ｎ₀をより長く維持しており、耐アルカリ性が顕著に改善されていることがわかる。
【００９１】
また、初期理論段数ｎ₀は、実施例１が４７００段、実施例２が５７００段、実施例３が５２００段、比較例１が５１００段であった。これらの段数の差異は、主として充填状態などのバラツキによるものと考えられる。
【００９２】
これはまた、シリカゲル原体の孤立シラノール基／全シラノール基の割合φが５０％以上であるものを化学修飾した化学修飾型シリカゲルは、その耐アルカリ性が顕著に改善されることを示している。
【００９３】
なお、表１から、仮焼温度を上昇させるほど、シリカゲルのアルカリ溶液に対する溶解度（ｍｇ／Ｌ）は大きくなる（５３→７５→９６→１２８）にかかわらず、理論段数ｎで評価した場合の耐アルカリ性は、向上している。これは、すでに述べたように、全シラノール基数と孤立シラノール基数の数値から、本発明で規定する温度範囲における仮焼の場合は、仮焼により全シラノールは減少するが、化学修飾の対象になるべき孤立シラノール基は、５．８μｍｏｌ／ｍ²と、ほとんど変化していないことによるためと推定される。
【００９４】
【表１】

【００９５】
【表２】

【００９６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、シリカゲルを特定の条件で仮焼し化学修飾することにより、耐アルカリ性の大幅に改善された高品質の化学修飾型シリカゲルを得ることができる。
【００９７】
したがって、本発明で得られる化学修飾型シリカゲルは、これを特に液体クロマトグラフィー用カラムの充填剤として用いた場合、アルカリ水溶液を溶離液として使用しても、長時間分離性能の劣化がなく、顕著にカラム寿命を長くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】シリカゲル原料を、表面シラノール基を制御してから化学修飾し、耐アルカリ性化学修飾型シリカゲルを得る工程を示す流れ図である。
【図２】未焼成のシリカゲルの表面のシラノール基の状態をＦＴ−ＩＲで解析した結果の一例を示すチャートである。
【図３】シリカゲルを４００℃で焼成した場合の表面のシラノール基の状態をＦＴ−ＩＲで解析した結果の一例を示すチャートである。
【図４】シリカゲルを７００℃で焼成した場合の表面のシラノール基の状態をＦＴ−ＩＲで解析した結果の一例を示すチャートである。
【図５】シリカゲルを９００℃で焼成した場合の表面のシラノール基の状態をＦＴ−ＩＲで解析した結果の一例を示すチャートである。
【図６】化学修飾型シリカゲルに関し、ナフタレンの分離についての理論段数の経時変化を示すグラフである。

Claims

シリカゲルを化学修飾してなる化学修飾型シリカゲルの製造方法であって、シリカゲルを４００〜１２００℃で、１０分〜１０時間仮焼処理する工程、得られた孤立シラノール基／全シラノール基の割合が５０％以上であるシリカゲル原体を化学修飾剤と反応せしめて、当該シリカゲル原体中の全シラノール基の２５％以上を化学修飾する工程、を経る耐アルカリ性化学修飾型シリカゲルの製造方法。
化学修飾剤が、ジメチルオクタデシルクロロシラン、ジメチルオクチルクロロシラン、ｔ−ブチルジメチルクロロシラン、ｎ−ブチルジメチルクロロシラン、ジメチルフェニルクロロシラン、メチルオクタデシルジクロロシラン、ジ−ｎ−ブチルジクロロシラン、ジフェニルジクロロシラン、オクタデシルトリクロロシラン、オクチルトリクロロシラン、ｎ−ブチル−トリクロロシラン及びフェニルトリクロロシランからなる群より選ばれるいずれかのクロロシラン化合物、メチルトリエトキシシラン、ジメチルオクタデシルメトキシシラン、メチルオクタデシルジメトキシシラン及びオクタデシルトリメトキシシランからなる群より選ばれるいずれかのアルコキシシラン化合物、ヘキサメチルジシラザンであるシラザン化合物、ビニルトリクロロシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン及びγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランからなる群より選ばれるいずれかのシランカップリング剤、ジメチルポリシロキサン及びメチルハイドロジェンポリシロキサンからなる群より選ばれるいずれかのシリコーンオイルである請求項１に記載の耐アルカリ性化学修飾型シリカゲルの製造方法。
化学修飾されたシリカゲル原体を、さらに、キャッピング剤を使用してキャッピング反応を行う、請求項１又は２に記載の耐アルカリ性化学修飾型シリカゲルの製造方法。
キャッピング剤が、ジメチルジクロロシラン、トリメチルクロロシラン、メチルジクロロシラン、メチルトリクロロシラン、トリメチルメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン及びヘキサメチルジシラザンからなる群より選ばれるいずれかである請求項３に記載の耐アルカリ性化学修飾型シリカゲルの製造方法。