一种使用复合溶剂、三组份催化剂合成γ-巯丙基三乙氧基硅烷的方法_2

文档序号:9465695阅读:来源:国知局
和二甲 基甲酰胺作为复合溶剂,一方面有利增加无水硫氢化钠的溶解度,一方面成品γ-巯丙基 三乙氧基硅烷在丁酮中的溶解度大于在乙醇中的溶解度,有利于反应的顺利进行和反应速 度的加快。反应方程式简示如下: (CH 3 CH 2 0)3 SiCH2 CH 2 CH 2 Cl + NaHS -(CH 3 CH 2 0)3 SiCH2 CH 2 CH 2 SH + Na Cl 由于四甲基胍为强碱性有机物,乙醇钠碱性较强,如果将两者同时加入反应体系,γ-氯丙基三乙氧基硅烷分子中基团氯(-Cl)的脱除太快,将发生众多副反应生成结构复杂的 产物,因此将两种碱性较强的物质分前期、后期加入反应体系,这样,取代反应较为平稳,副 反应减少;另外,反应生成的盐分NaCl颗粒较细,分散性不好易聚集,除了容易堵塞合成釜 底部出口管路外,还反应体系中影响传热传质,减缓无水硫氢化钠、γ-氯丙基三乙氧基硅 烷的反应速度。
[0013] 本发明采取的技术方案为: 一种使用复合溶剂、三组份催化剂合成γ-巯丙基三乙氧基硅烷的方法,包括原料准 备、滴加 γ-氯丙基三乙氧基硅烷。
[0014] 以下是对上述技术方案的进一步改进: 所述原料准备,γ -氯丙基三乙氧基硅烷与无水硫氢化钠重量比为1:0.256-0.303。
[0015] 所述原料准备,γ -氯丙基三乙氧基硅烷与复合溶剂的重量比为1. 86-2. 32。
[0016] 所述复合溶剂为乙醇、丁酮、二甲基甲酰胺。
[0017] 所述原料准备,γ-氯丙基三乙氧基硅烷与乙醇重量比为1:1. 35-1. 62; γ-氯 丙基三乙氧基硅烷与丁酮重量比为1:0.36-0.45 ;γ-氯丙基三乙氧基硅烷与二甲基甲酰 胺(DMF)重量比为 1:0. 15-0. 25。
[0018] 所述原料准备,三组份催化剂用量为γ-氯丙基三乙氧基硅烷重量的 4. 05-17. 05%〇
[0019] 所述三组份催化剂为碘化钠、四甲基胍、乙醇钠乙醇溶液;所述乙醇钠乙醇溶液, 乙醇钠重量百分含量为18-21%。
[0020] 所述碘化钠用量为γ -氯丙基三乙氧基硅烷重量的0. 05-1. 05% ;所述四甲基胍 用量为γ-氯丙基三乙氧基硅烷重量的1.5-6% ;所述乙醇钠乙醇溶液用量为γ-氯丙基 三乙氧基硅烷重量的2. 5-10%。
[0021] 所述滴加 γ -氯丙基三乙氧基硅烷,20-60分钟内,将装有无水NaHS、复合溶剂以 及碘化钠、四甲基胍合成釜的温度提高至45-60°C,开始向合成釜内滴加 γ -巯丙基三乙氧 基硅烷,滴加时间为80-150分钟,滴加过程中控制反应温度为55-70°C。
[0022] 所述方法还包括加入乙醇钠乙醇溶液,所述加入乙醇钠乙醇溶液,加入乙醇钠乙 醇溶液后,在温度55-70°C下将搅拌转速设定为110-180RPM,继续搅拌30-60分钟; 所述方法还包括通入N2、恒压恒压反应,所述通入N2、恒压恒压反应,通入N2,使釜压达 到0. 15-0. 35MPa,继续搅拌30-90分钟,保持温度55-70°C ; 所述方法,还包括滤除NaCl后的反应控制,所述滤除NaCl后的反应控制,在反应温度 55-70°C、搅拌转速为150-180RPM的条件下继续反应60-120分钟。
[0023] 所述方法,还包括常压蒸馏,所述常压蒸馏,将气相温度为78. 0-79. 9°C的冷凝液 (主要成分是乙醇和丁酮)装入料桶继续回用。
[0024] 所述方法,还包括低真空减压蒸馏,所述低真空减压蒸馏包括 第一阶段低真空减压蒸馏、第二阶段低真空减压蒸馏; 所述第一阶段低真空减压蒸馏,当气相温度逐步提高到80. 1°C (高于80°C )时,先关 闭蒸汽阀门,开启水力喷射真空栗进行真空蒸馏。当水力喷射真空栗运行稳定、真空度稳 定后,观察气相温度变化情况,保持真空度并截取真空度为0. 08~0. 092MPa、气相温度为 40. 1-42. 5°C的冷凝液(冷凝液组分主要为乙醇、丁酮,同时极少量二甲基酰胺),作为第一 阶段低真空减压蒸馏的冷凝液。
[0025] 所述第二阶段低真空减压蒸馏,当观察气相温度下降时,再次开启蒸汽阀门后,在 真空度为〇. 09~0. 092MPa、气相温度100-105°C得到冷凝液(冷凝液主要组分为二甲基酰 胺,微量乙醇、丁酮),为第二阶段低真空减压蒸馏的冷凝液。
[0026] 将第一阶段减压蒸馏冷凝液、第二阶段减压蒸馏冷凝液与常压蒸馏得到的冷凝液 放入同一接收罐中。
[0027] 所述方法,还包括高真空蒸馏,所述高真空蒸馏,包括第一阶段高真空蒸馏、第二 阶段高真空蒸馏、第三阶段高真空蒸馏。
[0028] 所述第一阶段高真空蒸馏, 保持真空度并截取真空度为0. 099~0.1 MPa的冷凝液,该冷凝液与第二阶段低真空减 压蒸馏得到的冷凝液(冷凝液主要组分为二甲基酰胺,微量乙醇、丁酮),一同放入与常压蒸 馏得到的冷凝液同一接收罐中。
[0029] 所述第二阶段高真空蒸馏,当观察气相温度下降时,截取真空度为0. 099~ 0.1 MPa、气相温度为76. 0-77. 9 °C,得到冷凝液作为前馏分放入前馏分(主要成分是γ -巯 丙基三乙氧基,另外有少量未反应的γ -氯丙基三乙氧基等)接收罐中。
[0030] 所述第三阶段高真空蒸馏,当气相温度逐步提高到78. (TC (多78°C)时,进行冷凝 液切换,截取气相温度为78. 0-82. (TC,真空度为0. 099~0.1 MPa的冷凝液作为成品放入成 品接收罐中。
[0031] 本发明通过多次试验,选择合适的催化剂。催化剂的选择,经过多次试验,以碘化 钠为主催化剂,利用四甲基胍和乙醇钠均为强碱性有机物这一性质,分别在前期、后期加入 反应体系中。这样加快无水硫氢化钠 、γ -氯丙基三乙氧基硅烷的反应速度,即NaHS分子 中巯基基团(-HS)的取代γ-氯丙基三乙氧基硅烷分子中基团氯(-Cl)的速度加快。
[0032] 四甲基胍沸点较低,成品分离时与成品沸点差距大,易分离。
[0033] 通入队在低压条件下反应结束、加入后期催化剂乙醇钠后即开启强制循环栗,将 反应生成的盐分NaCl移出反应体系,使反应基本维持在均相条件下进行;及时移出生成的 盐分NaCl,也有利于加快反应速度,减少副反应的发生。
[0034] 本发明还进行了溶剂的选定,常规单一使用乙醇作为溶剂时,NaHS在其中的溶解 度较低;复合使用丁酮、二甲基甲酰胺(DMF)后,NaHS溶解度增加,相同条件下NaHS在反应 体系的浓度增加有利于反应的进行。乙醇和丁酮沸点较低,成品分离时与成品沸点差距大, 易分离。
[0035] 本发明使用乙醇、丁酮、二甲基甲酰胺复合溶剂,NaHS溶解度增加,相同条件下 NaHS在反应体系的浓度增加有利于反应的进行。三种溶剂沸点较低,成品分离时与成品沸 点差距大,易分离。NaHS与氯丙基三乙氧基硅烷在均相、低压条件下反应,反应速度快,氯丙 基三乙氧基硅烷转化率高,产品纯度高;反应在无水条件下进行,避免了 γ-氯丙基三乙 氧基硅烷和γ-巯丙基三乙氧基硅烷水解、缩合、缩聚等副反应的发生,减少了凝胶物的生 成量,减少了 γ-氯丙基三乙氧基硅烷多级缩合物对反应过程的影响。
[0036] 本发明反应前期使用碘化钠、四甲基胍为催化剂,反应后期使用乙醇钠为催化剂, 并且前期反应与后期反应搅拌转速不同,反应前期向合成釜通入队以提高反应压力,催化 剂、搅拌速度及提高反应压力的协同作用使得巯基(HS)取代氯丙基三乙氧基硅烷中的氯 (Cl)速度加快,副反应减少,减少了低沸点溶剂乙醇、丁酮的损耗,反应时间比水相法(比较 工业化装置)缩短6个小时; 本发明所述巯基(HS)取代氯丙基三乙氧基硅烷中的氯(Cl)反应基本上在无水条件下 进行,原料中微量的水分对原料氣丙基二乙氧基硅烷及成品疏丙基二乙氧基硅烷水解、聚 合几乎没有影响,进一步提高了原料转化率和产品收率,产品中杂质减少的同时也提高了 产品贮存稳定性;前馏分用于下一批次蒸馏,在高真空蒸馏操作中加入蒸馏釜,进一步提高 了产品收率。
[0037] 与现有技术相比,本发明的有益效果为: (1) 本发明制备的产品的纯度为99. 51-99. 56% ; (2) 本发明制备的产品的收率为95. 1-95. 4% ;主要原料氯丙基三乙氧基硅烷转化率为 98. 2-98. 5%〇 ; (3) 本发明产品中杂质数量减少,其中水解物、凝胶物、多聚物聚氧硅烷等化合物含 量为0. 3-0. 5%左右;现有工艺中水解物、凝胶物、多聚物聚氧硅烷等化合物含量一般为 0. 8-1. 5% ; (4) 本发明反应时间比现有工艺缩短约6小时; (5) 本发明反应温度比
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