专利名称：低voc硅烷醇添加剂及其生产方法
背景技术：
发明领域本发明通常涉及硅烷处理操作，具体地涉及一种在各种工业应用中使用的低VOC硅烷醇添加剂。
相关技术描述硅烷通常作为一种处理剂应用于各种材料以赋予材料某些期望的性能。硅烷化合物作为一种偶联剂已被广泛使用，以增强有机聚合物和无机基材如玻璃或金属之间的附着力。硅烷也被用于处理在增强的聚合物体系中使用的无机添加剂如二氧化硅的表面。硅烷的其他商业应用包括作为纤维的抗微生物处理剂应用于纺织工业、用于表面化学、用于油墨配料和硅橡胶的制造。硅烷也已被用于涂覆玻璃纤维和表面或用于交联的聚乙烯管中，以有助于提高聚合物的高温耐性和化学耐性。某些形式的硅烷也可以被作为纤维素纤维的上浆剂(sizing agent)，以提高纤维的水耐久性，如在美国专利6,676,745中所描述，该文献在此被引入作为参考。在很多的这些应用中，通常认为，发生于硅烷和各种材料之间的相互作用需要硅烷水解。在一个典型的硅烷处理工艺中，硅烷被加入一混合物中并水解，形成硅烷醇，硅烷醇为含有一个或多个Si-OH基团的化合物。硅烷醇能直接与被处理表面结合，或经过自缩合反应而生成含硅氧烷(Si-O-Si)键的化合物。然而，硅烷水解过程可能缓慢，原因是硅烷的低反应性和硅烷水解量可能受各种工艺条件的影响。此外，硅烷水解反应典型地释放一种或多种挥发性有机化合物(VOC)如醇，而醇又需要恰当的现场排放控制。因此，大规模工业硅烷处理工艺的效率和有效性时常低于最佳情况，这大部分归因于硅烷水解反应过程中形成硅烷醇的变化的量和速度，以及对VOC副产物过量排放的关注。在某些生产应用中，硅烷作为纤维素纤维的上浆剂被加入到纤维浆中，大量的硅烷可能不水解和足够快地与纤维素纤维反应，导致未反应的硅烷随设备排放物流失，这又降低了处理过程的效率。此外，硅烷与工业级水溶液混合时，大量的VOC副产物在硅烷水解过程中释放，并且这些副产物的排放需要在现场适当地控制，这增加了硅烷处理工艺的复杂性和成本。因此，根据前述，应意识到，需要更有效率的、有效果的和环境友好的大规模硅烷处理工艺，用于各种工业应用中。因此，尤为需要更有效率的和成本上有效的控制和处理硅烷转变为硅烷醇所产生的VOC副产物的方法。
发明概述一方面，本发明的优选实施方式提供了一种生产低VOC含量的硅烷醇添加剂的方法。此方法包括提供含硅烷的化合物和催化剂；传送预定量的含硅烷化合物和催化剂的每一种到混合容器中；在混合容器中将含硅烷化合物和催化剂与水混合；含硅烷化合物按预定的工艺条件在催化剂的帮助下水解，从而形成一种混合物，其含有硅烷醇和一种或多种挥发性有机化合物(VOC)，以及从溶液中脱除至少基本部分VOC，以便形成低VOC硅烷醇添加剂。在一实施方式中，此方法还包括传送硅烷醇添加剂到一容器中。在一实施方式中，低VOC硅烷醇添加剂含有按重量计大约90％或以上的硅烷醇。在另一实施方式中，从混合物中脱除至少基本部分VOC包括按重量计脱除混合物中大约50％或更高的VOC。优选地，脱除的VOC选自醇类、胺类和其混合物。在一实施方式中，脱除的VOC选自乙醇、甲醇、丙醇、丁醇、它们已知的异构体和它们的混合物。在某些实施方式中，一种扫壁转膜分离器(wipe film separator)被用于从混合物中脱除VOC。优选地，混合物以大约1磅/分钟或更高的速率，在大约为40-60℃的温度下，在真空条件下被引入扫壁转膜分离器中，并且分离器的表面积有大约0.5m2-10m2。优选地，脱除的VOC被放于废料容器中，以进行非现场处理。在某些实施方式中，含硅烷化合物选自正辛基乙氧基硅烷、正辛基甲氧基硅烷、硅烷、烷氧基硅烷、烷基烷氧基硅烷、卤代有机硅烷、羧化有机硅烷、环氧烷氧基硅烷、有机硅乳液和其混合物。在一实施方式中，催化剂选自硫酸、盐酸、硝酸、乙酸、甲酸、柠檬酸、磷酸、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氢氧化锂、氢氧化镁、氢氧化铍和其混合物。在一实施方式中，催化剂以这样的方式促进硅烷水解，使得水解反应时间大约为无催化剂帮助时同等水解反应的反应时间的五分之一。在另外的实施方式中，催化剂以这样的方式促进硅烷水解，使得含硅烷化合物中有不超过大约5％的硅烷在混合物中未被水解。在另一实施方式中，提供含硅烷化合物和催化剂包括将化合物和催化剂分批放在独立的大储存容器内。在另一实施方式中，含硅烷化合物和催化剂的储存容器通过管线与混合容器相联，以致含硅烷化合物和催化剂可以直接从各自的储存容器传送到混合容器。优选地，传送到混合容器的含硅烷化合物的预定量按重量计占混合容器中含硅烷化合物、催化剂和水总重量的大约0.1％-75％。优选地，被传送的催化剂的预定量占混合容器中含硅烷化合物、催化剂和水总重量的大约0.01％-20％。在某些实施方式中，本方法还包括将低VOC硅烷醇添加剂加到处理工艺中，如处理基材的工艺。在一实施方式中，将低VOC硅烷醇溶液作为添加剂用于生产过程，该生产过程选自纤维水泥生产、纺织品生产、照相纸生产、建筑制品生产、油墨生产、矿物材料加工和改性以及压敏胶带生产。低VOC硅烷醇添加剂可以被加到处理纤维素纤维的工艺中，以增加纤维的疏水性。因此，低VOC硅烷醇添加剂具有作为含有纤维素的材料的上浆剂或疏水剂的用途，此类材料包括但不限于织物、纺织品、纸、纸板、木材、木制复合材料和含纤维素的水泥复合材料。低VOC硅烷醇添加剂可以被加入到处理无机基材的工艺中，以改进基材的一个或多个性能，如基材的外表面和/或内表面(例如空隙或孔隙)，使基材更具疏水性。低VOC硅烷醇添加剂也可被加入到处理纺织品纤维的工艺中，以将抗微生物剂应用于纤维。低VOC硅烷醇添加剂也可被加入到生产压敏胶粘剂的工艺中。低VOC硅烷醇添加剂也可加入到纤维水泥浆中，用于处理纤维和其他组分，如浆中的水泥和硅石粉，以使形成的纤维水泥制品更具防水性。另一方面，本发明的优选实施方式提供了一种生产低VOC含量的硅烷醇溶液的方法。此方法包括提供含硅烷化合物和催化剂；将预定量的含硅烷化合物和催化剂的每一种传送到混合罐中；在混合罐中用机械搅拌器将含硅烷化合物和催化剂与水混合在一起；在混合罐中用机械搅拌器将含硅烷化合物和催化剂与水混合在一起；在所述催化剂帮助下，水解含硅烷化合物，从而形成含有硅烷醇和一种或多种挥发性有机化合物(VOC)的混合物。优选地，混合物有大约1加仑或更大的体积。此方法还包括从混合物中脱除至少基本部分VOC，以形成低VOC硅烷醇溶液，和将低VOC硅烷醇溶液加到处理工艺中。在一实施方式中，混合罐为一个55加仑的罐。在另一实施方式中，分离器用于从混合物中脱除乙醇。在又一实施方式中，含硅烷的化合物和催化剂被分批放在独立的储存罐中。优选地，混合罐以这样的方式与分离器相互连接，使得含有硅烷醇和VOC的混合物以预先选定的速率被传送到分离器中。优选地，VOC通过分离器被脱除，并储存于废料储存容器内。在一实施方式中，分离器与废料储存容器流动相连，使得脱除的VOC可以被直接从分离器输送到废料储存容器中。又一方面，本发明的优选实施方式提供了一种生产纤维增强水泥复合材料的方法。此方法包括提供一种基本没有VOC的硅烷醇添加剂；将硅烷醇添加剂加到含纤维素纤维的纤维水泥浆中，所述硅烷醇添加剂以增加纤维疏水性的方式处理纤维；将纤维水泥浆形成具有预先选定的形状和尺寸的纤维水泥制品；和固化纤维水泥制品，形成纤维水泥复合材料。在一实施方式中，硅烷醇添加剂按重量计占纤维素纤维干重的大约5％。在又一实施方式中，硅烷醇添加剂中的硅烷醇具有亲水性的官能团和疏水性的官能团，使得亲水性的官能团结合纤维素纤维表面上的羟基，而疏水性的官能团排斥那里的水。在某些实施方式中，预先选定形状和尺寸的纤维水泥制品通过Hatschek工艺制得。在某些另外的实施方式中，纤维水泥制品通过挤压、模塑或浇铸工艺制得。再一方面，本发明的优选实施方式提供了一种处理亲水性表面，进而增加表面防水性的方法。此方法包括提供含有硅烷醇的溶液，并在一定条件下将溶液应用于表面，使得硅烷醇与亲水性官能团在表面上进行反应，以束缚住亲水性官能团，使亲水性表面具有增加的疏水性。在一实施方式中，亲水表面包括纤维素纤维的表面。在另一实施方式中，硅烷醇溶液是通过硅烷与水反应形成含有硅烷醇和乙醇的水溶液，并且从该水溶液中脱除至少基本部分乙醇而被提供的。再一方面，本发明的优选实施方式提供了一种溶液，其按重量计含有大约50％或以上的硅烷醇。在一实施方式中，此溶液含有硅烷醇化合物，其含有疏水性官能团和亲水性官能团，该亲水性官能团适合与亲水表面结合，导致表面变得更具疏水性。在一实施方式中，溶液为水溶液。在又一实施方式中，该溶液基本上不含醇。在再一实施方式中，溶液按重量计含有不超过大约5％的硅烷。
附图简述
图1为流程图，示意地图解说明了本发明的一个优选实施方式生产低VOC硅烷醇添加剂的优选工艺；图2是用于生产图1的低VOC硅烷醇添加剂的体系的示意图；图3图示了示例性的硅烷水解反应；和图4为流程图，示意地图解说明了将低VOC硅烷醇添加剂引入纤维水泥制品的生产中的方法。
优选实施方式详述本发明的优选实施方式提供了一种低VOC含量的硅烷醇添加剂，其可以被用于各类工业应用中。图1为流程图，其示意地图解说明了一个优选实施方式的生产低VOC硅烷醇添加剂的优选工艺100。如图1所示，工艺100开始于步骤110，其包括提供形成硅烷醇添加剂所需的原材料。在一实施方式中，步骤110包括在独立的储存容器中分批放置含硅烷化合物、催化剂和水。在某些实施方式中，含硅烷化合物和催化剂被输送到独立的大储存罐内。在其它实施方式中，它们被保存在来自生产商的原有容器内。含硅烷化合物可以包括但不限于正辛基乙氧基硅烷、正辛基甲氧基硅烷、硅烷、烷氧基硅烷、烷基烷氧基硅烷、卤代有机硅烷、羧化有机硅烷、环氧烷氧基硅烷、有机硅乳液和其混合物。催化剂可以是能够催化硅烷和水之间水解反应的酸或碱。催化剂可以包括但不限于硫酸、盐酸、硝酸、乙酸、甲酸、柠檬酸、磷酸、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、氢氧化镁、氢氧化铍和氢氧化钙。水优选为新鲜的自来水或去离子水。又如图1所示，工艺100继续步骤120，其包括在预定的设计用于完成硅烷和水之间水解反应的工艺条件下，将预定数量的含硅烷化合物、催化剂和水混合。优选地，硅烷被水解，形成含有硅烷醇和一种或多种挥发性有机化合物(VOC)如乙醇、甲醇或其他醇类的含水混合物。在一实施方式中，初始反应混合物按重量计含有大约0.1％-75％的含硅烷化合物，优选地大约为20％-70％，更优选地大约为50％；和大约0.01％-70％的催化剂，优选地大约为0.1％-5％，更优选地大约为0.5％；和大约25％-90％的水，优选地大约为50％。在又一实施方式中，含硅烷化合物、催化剂和水在叶片式混合器(blaze mixer)中被混合在一起，在大约20℃-150℃之间的温度下进行，优选地在大约70℃-90℃，更优选地大约为80℃；压力大约为10atm或真空，优选地大约为0atm-3atm，更优选地大约为1atm；时间大约为10-1000分钟，优选地大约为300-600分钟，更优选地大约为480分钟。在图1图示的工艺100的步骤130中，步骤120中硅烷水解生成的VOC副产物被从混合物中脱除。VOC副产物可以包括但不限于醇类如甲醇或乙醇。在一实施方式中，VOC副产物通过使用滗析器、蒸发器、蒸馏器、闪蒸器、离心器或类似物被从混合物中脱除和分离。在一实施方式中，使用具有大约0.5m2-10m2或更高壁面积的扫壁转膜分离器。优选地，含有硅烷醇和VOC副产物的混合物被以大约1磅/分的流速和大约50℃-60℃的温度引入扫壁转膜蒸发器或扫壁转膜分离器，此时分离器的夹套温度为大约80℃-180℃。在一实施方式中，分离器的壁具有大约0.5m2的面积，并且叶片不断地以大约20转/分的速率绕壁旋转，从壁扫掉混合物。优选地，反应混合物在分离器中的驻留时间为大约5到60秒。在一实施方式中，VOC副产物主要为醇类如乙醇。乙醇从分离器的膜上蒸出，并在大约50-300mbar的真空下被脱除。优选地，从反应混合物中脱除的总醇量按重量计为混合物中初始存在的醇的50％以上，更优选地大约为90％-99.9％。剩余的基本上无醇的硅烷醇溶液然后以大约0.7磅/分钟的流速从分离器底部排出。在一实施方式中，优选地，硅烷醇溶液中VOC的含量按重量计为大约5％以下，更优选地为大约1％以下。在另一实施方式中，硅烷醇溶液中按重量计有大约50％或更高的硅烷醇。如图1还显示，工艺100继续步骤140，其包括在储存容器中储存基本上无醇和/或低VOC硅烷醇溶液。在一实施方式中，低VOC硅烷醇溶液可以被储存于分批的储存罐内多达1周。在另一实施方式中，低VOC硅烷醇溶液被分装进较小的、单独的容器内。在步骤150，硅烷醇溶液作为添加剂被引入各种生产工艺中。在某些实施方式中，低VOC含量的硅烷醇溶液作为添加剂被用于纤维素纤维的处理工艺，在此工艺中，硅烷醇被用作改进纤维疏水性能的上浆剂。低VOC硅烷醇添加剂也可应用于在纤维素纤维处理中浆粥机、原料箱或精制原料箱处的纤维。低VOC硅烷醇添加剂也可以与其他组分一起分批加入，其它组分包括被处理的或被加工的纤维素纤维和其他组分。此外，低VOC硅烷醇添加剂也可以用于涂覆形成的纤维水泥制品，此制品是原板(greensheet)形式的或热压处理过的。在某些其他实施方式中，低VOC含量和/或醇含量的硅烷醇添加剂被引入纤维水泥配方中。优选地，硅烷醇添加剂按重量计为配方中纤维的大约0.05％-10％，更优选地为大约5％。优选地，硅烷醇添加剂按重量计为总配方的大约0.01％-2％之间，更优选地为大约0.3％。在纤维水泥技术中，硅烷醇添加剂可被用于工艺包括但不限于Hatschek、挤压、mazza、浇铸、夹网(twin wire)和长网成型(fourdrinierforming)中。硅烷醇添加剂作为添加剂也可被应用于其他的纤维和木材技术，如中密度纤维板(MDF)、刨花板、定向刨花板(oriented strainboard(OSB))或任何其他的木材复合材料。硅烷醇添加剂作为添加剂也可被应用于涉及混凝土、砖块和其他建筑/施工材料的配方中。低VOC硅烷也可用于改进无机矿物原材料，包括但不限于沙子、硅石粉(ground silica)、粘土、硅酸钙、水合硅酸钙、碳酸钙、珍珠岩、火山灰、底灰、飘尘、高炉矿渣、硅藻土、无定形硅石、米壳灰、玻璃、陶瓷和其混合物或其它已知用于水泥复合材料或作为塑料填充剂的硅酸盐或铝硅酸盐矿物。图2示意地图解说明了体系200，此体系被设计用于生产低VOC硅烷醇添加剂，其可用于各种工业硅烷处理工艺操作中，以基本减少硅烷处理工艺的VOC排放物。如图2所示，体系200一般包括装配用于贮存硅烷化合物的第一储存罐202、装配用于贮存催化剂的第二储存罐204和水源206，水源206可以是水储存罐或直接连接外部水源的管线。体系200还包括混合罐208，其被装配用于接收硅烷化合物、催化剂、水并在预定的条件下混合各组分，以使硅烷水解。在一实施方式中，机械搅拌器210被连接到混合罐208，以促进和控制混合过程。优选地，混合罐208通过管路212与硅烷储存罐202和催化剂储存罐204流动连接，使得硅烷化合物和催化剂可以按预定的速率和数量被输送到混合罐208中。在某些实施方式中，各种流量计和阀被连接到管路212，以促进和控制传送过程。也如图2所示，体系200还包括分离器214，其被装配用于脱除和分离VOC，如在混合罐内产生于硅烷水解的醇。分离器214流动连接于混合罐208、废料处理罐216和产品储存罐218。在一实施方式中，在混合罐208内的水解反应完成之后，包含硅烷醇和乙醇的混合物被输送到分离器214。分离器214被设计用于脱除混合物中的乙醇。优选地，乙醇被输送到废料储存罐216，以进行非现场处理。有利地，乙醇和/或其他VOC被捕获在密闭容器内，以基本减少生产装置的VOC排放物。所得到的低VOC硅烷醇溶液从分离器214被传送到储存罐218，以便用于各种生产工艺。在某些实施方式中，水源206也可以流动连接于产品储存罐218，以便使用前加水或稀释硅烷醇溶液。有利地，体系200允许低VOC硅烷醇溶液批量制备并为将来使用储备。生产规模是这样的建造设备和工艺，以在间歇或连续的工艺中生产大量的低VOC硅烷醇。在一实施方式中，硅烷储存罐有大约55加仑的体积，催化剂储存罐有大约1加仑的体积，混合罐有大约50加仑的体积，废料储存罐和硅烷醇产品罐各有大约55加仑的体积。硅烷醇添加剂可以10至40加仑的体积分批生产，然而，较大量的低VOC硅烷醇可以通过扩大在此公开的工艺而生产。此外，脱除的VOC被捕获于密闭容器内，其可在现场外被处理，被再加工以回收VOC组分(通常为胺类或醇类，如乙醇、甲醇、丙醇、丁醇或其异构体)，或被作为燃料燃烧。以这种方式捕获VOC排放物大大地降低了商业规模使用硅烷对环境的影响，且可使某些工艺更好地符合当地的空气质量法规。图3图示了示例性的硅烷水解反应300，在反应300中，一实施方式的硅烷化合物302在酸或碱催化剂306的存在下，与水304反应，形成硅烷醇308和一种或多种醇类310如乙醇。如图3所示，硅烷化合物302含有与4到12个碳，优选为8个碳的烃链(R)结合的硅原子。在一些实施方式中，烃链(R)具有与其连接的一个或多个疏水性官能团。硅烷化合物也包括三个水解基团(R1)，每一个包含具有1到4个碳的碳链。水解基团被构造来水解并形成亲水性官能团如-OH，其适于与基材上的亲水基团如纤维素纤维上的羟基结合。在一实施方式中，亲水性官能团(OH)与基材结合之后，长碳链(R)通常为疏水性且有助于排斥基材的水。图4为流程图，示意地图解说明了生产一种纤维水泥制品的工艺400，在此工艺中，优选实施方式的低VOC硅烷醇添加剂被用于处理引入该制品的纤维素纤维，以降低该制品的渗水性。如图4所示，工艺400开始于步骤410，在此步中，纤维素纤维用低VOC硅烷醇添加剂处理，以赋予纤维疏水性。优选地，硅烷醇具有疏水性的和亲水性的官能团，使得亲水性的官能团如-OH直接结合和束缚纤维表面的羟基，而疏水性的官能团排斥纤维表面的水。在一实施方式中，通过直接把添加剂加入浆料，硅烷醇添加剂被应用于纤维水泥浆混合物中的纤维素纤维。硅烷醇添加剂的剂量可以改变。在一实施方式中，剂量是炉子干燥的纤维素纤维重量的大约0.01％到50％。更优选地，剂量比率是纤维重量的大约1％至10％。进一步优选地，剂量比率是纤维重量的大约1％至5％。工艺400随后进行步骤420，在此步骤中，含纤维素纤维的、用硅烷醇添加剂处理的混合物被形成为未固化的成型制品。未固化的成型制品可以使用hatschek机器、挤压工艺或类似工艺形成。未固化的成型制品随后在步骤430形成固化的纤维水泥制品。纤维水泥制品生产方法的某些实施方式——其中纤维用低VOC硅烷醇添加剂处理——已在授予Merkley的美国专利6,676,745中披露，其全文在此作为参考并入。表1提供了引入用硅烷醇添加剂处理的纤维、用常规硅烷处理的纤维以及引入未被处理的纤维的纤维水泥制品的某些物性对比。如表1所示，与引入未经任何处理的纤维的同样制品相比，用硅烷醇添加剂和硅烷处理的纤维水泥制品显示出显著降低的渗水性、毛细作用和水分运动(moisture movement)。表1也显示，与引入被硅烷处理过的纤维的相同纤维水泥制品相比，引入被硅烷醇处理过的纤维的样品显示出更大的冻融MOE保留率。
表1用硅烷醇、硅烷处理的纤维和用未被处理的纤维增强的纤维水泥制品的性能对比 硅烷常常在各种表面处理应用中被用作添加剂。硅烷处理过程典型地包括硅烷在水中水解形成硅烷醇，硅烷醇为含有一个或多个Si-OH基团的化合物。已知，硅烷水解反应释放作为副产物的VOC如乙醇。硅烷处理工艺的VOC排放物已经是一个普遍的环境问题，且必须被恰当地控制和处理。典型地，对于硅烷处理操作，不得不获得特别的许可和装置，以在现场适宜地处理VOC。本发明的优选实施例提供了一种低VOC硅烷醇添加剂，其可以被用于各类工业硅烷处理工艺，使VOC排放在生产现场需要较少的关注。此外，在常规的硅烷处理工艺中，硅烷加入溶液中并且然后在与基材表面反应前水解。因为硅烷水解有一个相对慢的反应速率，因此大量的硅烷时常保持未反应，导致低的生产效率和损失。在使用浆液脱水工艺如Hatcheck工艺或Fourdrinier工艺生产纤维水泥制品或其他含纤维素纤维的复合材料时，这尤其是一个问题。有利地，优选实施方式的硅烷醇添加剂可以被加入水浆中，直接与浆液中的有机和无机填料、纤维、水泥或其他材料反应。这加速和提高了硅烷处理工艺的效率，因为硅烷水解反应已经进行完全。如上描述的硅烷醇添加剂和生产方法的优选实施方式在许多工业上具有实用性，包括但不限于建筑产品、混凝土、纺织品、油墨、油漆、涂料、纸张、胶粘剂、纸浆和纸纤维、植物纤维、木材和木质复合产品的生产。上述图解和描述的实施方式作为本发明某些优选实施方式的实施例被提供。本领域技术人员根据在此提供的实施方式可以进行各种改变和改进，而不偏离本发明的精神和范畴。
权利要求
1.一种生产低VOC含量的硅烷醇添加剂的方法，包括提供含硅烷化合物和催化剂；传送预定量的所述含硅烷化合物和所述催化剂中的每一种到混合容器中；在所述混合容器中将所述含硅烷化合物和所述催化剂与水混合；按预定的工艺条件在所述催化剂的帮助下水解所述含硅烷化合物，从而形成含有硅烷醇和一种或多种挥发性有机化合物(VOC)的混合物；和从所述混合物中脱除至少基本部分所述VOC，以便形成低VOC硅烷醇添加剂。
2.按照权利要求1所述的方法，还包括在生产工艺中使用所述低VOC硅烷醇添加剂。
3.按照权利要求1所述的方法，其中所述低VOC硅烷醇添加剂按重量计含有大约90％或以上的硅烷醇。
4.按照权利要求1所述的方法，其中从所述混合物中脱除至少基本部分VOC包括从所述混合物中按重量计脱除大约50％或更多的所述VOC。
5.按照权利要求1所述的方法，其中所述VOC选自醇类、胺类和其混合物。
6.按照权利要求1所述的方法，其中所述含硅烷化合物选自正辛基乙氧基硅烷、正辛基甲氧基硅烷、硅烷、烷氧基硅烷、烷基烷氧基硅烷、卤代有机硅烷、羧化有机硅烷、环氧烷氧基硅烷、有机硅乳液和其混合物。
7.按照权利要求1所述的方法，其中所述催化剂选自硫酸、盐酸、硝酸、乙酸、甲酸、柠檬酸、磷酸、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氢氧化锂、氢氧化镁、氢氧化铍和其混合物。
8.按照权利要求1所述的方法，其中所述催化剂以这样的方式促进所述硅烷的水解，使得所述水解反应时间大约为无所述催化剂帮助时同等水解反应的反应时间的五分之一。
9.按照权利要求1所述的方法，其中所述催化剂以这样的方式促进所述硅烷的水解，使得所述混合物中的所述含硅烷化合物有不超过大约5％的所述硅烷未被水解。
10.按照权利要求1所述的方法，其中提供所述含硅烷化合物和催化剂包括在独立的大储存容器内分批放置所述化合物和催化剂。
11.按照权利要求1所述的方法，其中从所述混合物中脱除所述VOC包括使用扫壁转膜分离器从所述混合物中脱除所述VOC。
12.按照权利要求11所述的方法，其中所述混合物以大约1磅/分钟或更高的流速并在大约为40-60℃的温度下，在真空下被引入所述扫壁转膜分离器中，所述分离器具有大约0.5m2-10m2的表面积。
13.按照权利要求2所述的方法，还包括将所述低VOC硅烷醇溶液作为添加剂用于选自下述的生产过程纤维水泥生产、纸浆和纸张生产、纺织品生产、照相纸生产、建筑产品生产、油墨生产、矿物材料加工和改性，以及压敏胶带生产。
14.按照权利要求1所述的方法，其中传送到所述混合容器的所述含硅烷化合物的预定量按重量计占所述混合容器中所述含硅烷化合物、催化剂和水的总重量的大约0.1％-75％。
15.按照权利要求1所述的方法，其中传送到所述混合容器的所述催化剂的预定量按重量计占所述混合容器中所述含硅烷化合物、催化剂和水的总重量的大约0.01％-20％。
16.按照权利要求1所述的方法，其中所述脱除的VOC被放于废料容器中，用于非现场的处理、回收或作为燃料使用。
17.按照权利要求10所述的方法，其中所述含硅烷化合物和催化剂的所述储存容器通过管线与所述混合容器相连，使得所述含硅烷化合物和催化剂可以直接从所述各自的储存容器传送到所述混合容器。
18.按照权利要求11所述的方法，其中所述混合容器通过管线与所述分离器相连，使得所述含有硅烷醇的混合物可以被直接输送到所述分离器，以脱除所述VOC。
19.按照权利要求2所述的方法，其中所述低VOC硅烷醇添加剂被加到处理纤维素纤维的工艺中，以增加所述纤维的疏水性。
20.按照权利要求2所述的方法，其中所述低VOC硅烷醇添加剂被加到处理无机基材的工艺中，以改进所述基材的一个或多个性能。
21.按照权利要求2所述的方法，其中所述低VOC硅烷醇添加剂被加到处理纺织品纤维的工艺中，以赋予所述纤维疏水性。
22.按照权利要求2所述的方法，其中所述低VOC硅烷醇添加剂被加到纤维水泥浆中，用于处理所述浆液中的所述纤维。
23.按照权利要求1所述的方法，其中所述低VOC硅烷醇添加剂被加到生产胶粘剂的工艺中。
24.一种生产低VOC含量的硅烷醇溶液的方法，包括提供含硅烷化合物和催化剂；传送预定量的所述含硅烷化合物和所述催化剂中的每一种到混合罐中；在所述混合罐中用机械搅拌器将所述含硅烷化合物和所述催化剂与水混合；按预定的工艺条件在所述催化剂的帮助下水解所述含硅烷化合物，从而形成含有硅烷醇和一种或多种挥发性有机化合物(VOC)的混合物，所述混合物具有大约1加仑或更大的体积；和从所述混合物中脱除至少基本部分所述VOC，以形成低VOC硅烷醇溶液。
25.按照权利要求24所述的方法，其中从所述混合物中脱除至少基本部分所述VOC包括用分离器从所述混合物中脱除醇类VOC。
26.按照权利要求24所述的方法，其中提供所述含硅烷化合物和催化剂包括在独立的储存罐内分批放置所述化合物和催化剂。
27.按照权利要求27所述的方法，其中所述混合罐以这样的方式与所述分离器相互连接，使得含有硅烷醇和VOC的所述混合物可以以预先选定的速率被传送到所述分离器中。
28.按照权利要求26所述的方法，其中所述VOC被脱除并储存于废料储存容器内。
29.按照权利要求29所述的方法，其中所述分离器与所述废料储存容器流动相连，使得脱除的VOC可以被直接从所述分离器输送到所述容器中。
30.一种生产纤维增强水泥复合材料的方法，包括提供基本上无醇的硅烷醇添加剂；将所述硅烷醇添加剂加到含纤维素纤维的纤维水泥浆中，所述硅烷醇添加剂以提高所述纤维疏水性的方式处理所述纤维；将所述纤维水泥浆形成具有预先选定形状和尺寸的纤维水泥制品；和固化所述纤维水泥制品，以形成所述纤维水泥复合材料。
31.按照权利要求30所述的方法，其中所述硅烷醇添加剂按重量计大约为所述纤维素纤维干重的0.5％到10％。
32.按照权利要求31所述的方法，其中所述硅烷醇添加剂中的所述硅烷醇具有亲水性和疏水性的官能团，使得所述亲水性的官能团结合所述纤维素纤维表面的羟基，所述疏水性的官能团排斥那里的水。
33.按照权利要求32所述的方法，其中所述具有预先选定形状和尺寸的纤维水泥制品是通过选自下述的浆液脱水工艺制得的Hatschek、Fourdrinier、Mazza和Magnani。
34.按照权利要求32所述的方法，其中所述具有预先选定形状和尺寸的纤维水泥制品是通过选自下述的糊料形成工艺制得的挤出、挤拉、复合挤压、注射成型、滚轧成形或浇铸。
35.一种处理亲水性表面以增加所述表面防水性的方法，包括提供含有硅烷醇的预制溶液，所述溶液按重量计含有大约50％或以上的硅烷醇；和在一定条件下将所述溶液应用于所述表面，使得所述硅烷醇与所述表面上的亲水性官能团反应，以束缚住所述亲水性官能团，导致所亲水性表面具有增加的防水性。
36.按照权利要求35所述的方法，其中所述亲水性表面包括纤维素纤维的表面。
37.按照权利要求35所述的方法，其中所述亲水性表面包括选自下述的无机材料的表面沙子、硅石粉、粘土、硅酸钙、水合硅酸钙、碳酸钙、珍珠岩、火山灰、底灰、飘尘、高炉矿渣、硅藻土、无定形硅石、米壳灰、玻璃、陶瓷、硅酸盐、铝硅酸盐矿物和其混合物。
38.按照权利要求35所述的方法，其中提供所述预制溶液包括使硅烷与水反应，形成含有硅烷醇和乙醇的水溶液，和从所述水溶液中脱除至少基本部分所述乙醇。
39.一种按重量计含有大约50％或以上硅烷醇的溶液，所述溶液含有包括疏水性和亲水性基团的硅烷醇化合物，所述亲水性基团适合与亲水表面结合，导致所述表面变得更具疏水性。
40.按照权利要求38所述的溶液是水溶液。
41.按照权利要求38所述的溶液基本上无醇。
42.按照权利要求38所述的溶液，其按重量计含有不超过大约25％的硅烷。
全文摘要
提供低VOC硅烷醇添加剂，用于许多硅烷处理操作，包括在纤维水泥应用中处理纤维素纤维。硅烷醇添加剂是在催化剂存在下水解硅烷，然后基本上脱除所有VOC如醇制得的，VOC是通过该水解反应释放的，以生产低VOC和/或基本上无醇的硅烷醇添加剂。低VOC硅烷醇添加剂可以被用于各种工业过程而不增加生产设备的VOC排放物。硅烷醇添加剂可直接应用于被处理的表面，以减少大多数常规的硅烷处理工艺中水解硅烷所需要的反应时间。硅烷醇添加剂可被加入到含有被处理基材的溶液中或直接作为表面处理剂应用。
文档编号C07F7/00GK1997653SQ200480043547
公开日2007年7月11日 申请日期2004年7月12日 优先权日2004年7月9日
发明者D·勒脱斯, C·罗, D·J·默克莱 申请人:詹姆斯哈迪国际财金公司