本发明涉及一种有机硅偶联剂的制备方法,具体地说是一种中性γ-氯丙基三甲氧基硅烷的制备方法。 γ-氯丙基三甲氧基硅烷是制备有机硅偶联剂的主要中间体,是橡胶产品填加剂中SiO2的处理剂,也是橡胶的补强剂,在现有的生产γ-氯丙基三甲氧基硅烷的制备工艺中,存在有工艺复杂纯度低、收率低、产品档次低、对环境污染严重、产品容易返酸等不足,不能满足有机硅偶联剂市场的需要。
本发明的目的是提供一种工艺简单,对环境无污染,产品收率高,纯度高的中性γ-氯丙基三甲氧基硅烷的制备方法。
本发明的中性γ-氯丙基三甲氧基硅烷的制备方法主要包括两个主要反应步骤,1是γ-氯丙基三氯硅烷的醇解,2是酸性γ-氯丙基三甲氧基的中和,反应方程式如下:
1、醇解反应
2、中和反应
3、水解反应
4、置换反应
通过上述反应方程式可以看出,除了醇解反应由γ-氯丙基三氯硅烷制备γ-氯丙基三甲氧基硅烷外,少量的γ-氯丙基三氯硅烷和水发生水解反应生成中间产物γ-氯丙基三羟基硅烷,中间产物再和甲醇镁进行置换反应,最终产物也是γ-氯丙基三甲氧基硅烷。
γ-氯丙基三甲氧基硅烷的具体制备过程如下:
1、γ-氯丙基三氯硅烷的醇解
第一步:向装有γ-氯丙基三氯硅烷的反应釜中按1∶3摩尔比例滴加无水甲醇,其滴加速度控制在6~10Kg/小时,温度控制在10~60℃,真空度控制在500~700mmHg柱,γ-氯丙基三氯硅烷和甲醇反应生成酸性γ-氯丙基三甲氧基硅烷。
第二步:无水甲醇滴加完毕,将反应釜内的酸性γ-氯丙基三甲氧基硅烷升温30~60℃,真空度控制在400~600mmHg柱,恒温回流3~5小时,反应生成的副产品HCl经酸吸收罐吸收。
第三步:将酸性γ-氯丙基三甲氧基硅烷进行减压蒸馏,先将未反应的剩余甲醇于温度60~90℃,真空度为400~600mmHg柱下蒸出,再升温80~110℃,真空度控制在20~50mmHg柱,蒸出酸性γ-氯丙基三甲氧基硅烷。
2、中和反应
第一步:向蒸馏出地酸性γ-氯丙基三甲氧基硅烷中加入3~5%甲醇镁,加热65~80℃,恒温回流3~4小时反应结束,测PH为7~9。
第二步:再减压蒸馏,温度控制在60~70℃,真空度控制在400~600mmHg柱,先蒸出副产品甲醇,再升温80~110℃,真空度控制在20~50mmHg柱,蒸出中性γ-氯丙基三甲氧基硅烷,PH为7±0.3,副产品是MgCl2和Mg(OH)2。
在γ-氯丙基三氯硅烷的醇解反应中,由于原料中少量水的存在会有少部分γ-氯丙基三氯硅烷和水发生水解反应,生成γ-氯丙基三羟基硅烷和主反应产物γ-氯丙基三甲氧基硅烷一并蒸出,在中和反应釜中和甲醇镁进行置换,反应生成γ-氯丙基三甲氧基硅烷和Mg(OH)2沉淀,此反应完全且能提高收率,甲醇镁中和反应产物中的残存HCl得副产品MgCl2和甲醇,甲醇的回收供第一步醇解反应使用。
实施例:本发明的中性γ-氯丙基三甲氧基硅烷的制备方法,用设备工艺流程图作进一步说明,附图为本发明的设备工艺流程图。
附图中(3)、(4)为γ-氯丙基三氯硅烷和无水甲醇的计量槽;(5)是反应釜,先将γ-氯丙基三氯硅烷加到带蒸汽加热套的反应釜中,再向釜中滴加无水甲醇,滴加速度控制在7.5Kg/小时,釜温控制在25℃±5℃,真空度控制在550mmHg柱,由真空泵(2)抽真空,抽出的酸气由酸吸收罐(1)吸收,醇解反应完后,将釜温升到50℃±5℃,真空度为500mmHg柱,启动冷凝器(17),恒温回流3小时,再将釜温升至100℃,启动真空泵(9)控制真空度60mmHg,减压蒸出甲醇,经冷凝器(6)冷凝回收到接收器(7)中,再将釜温升到110℃,真空度控制在25mmHg柱蒸出酸性γ-氯丙基三甲氧基硅烷,经冷凝器(6)冷凝在接收器(8)中收集,将收集的酸性γ-氯丙基三甲氧基硅烷打入中和釜(10)中,由甲醇镁计量槽(11)向中和釜(10)内加4%的甲醇镁,将釜升到80℃,启动真空泵(15)和冷凝器(18),真空度控制在400mmHg柱下回流3小时,在真空度60mmHg柱下蒸出副产品甲醇,由接收器(13)中收集回用,再升温至110℃真空度为20mmHg柱蒸出中性γ-氯丙基三甲氧基硅烷经冷凝器(12)冷凝在接收器(14)中收集,副产品MgCl2和Mg(OH)2从中和反应釜底放进渣槽(16)中。
附图中设备名称及编号
1 酸吸收罐
2 9、15喷射真空泵
3 γ-氯丙基三氯硅烷计量槽
4 无水甲醇计量槽
5 醇解反应釜
6 12、17、18冷凝器
7 13甲醇接收器
8 酸性γ-氯丙基三甲氧基硅烷接收器
10 中和反应釜
11 甲醇镁计量槽
14 成品中性γ-氯丙基三甲氧基硅烷接收器
16 MgCl2、Mg(OH)2渣槽。
本发明的中性γ-氯丙基三甲氧基硅烷的制备方法和现有技术相比具有工艺简单、收率高、纯度高、无三废污染、产品质量高等特点,一般效率在85%~95%,纯度可达98%,因此有很好的社会经济效益。