一种新型橡胶含硫硅烷偶联剂双-[γ-(三甲氧基)硅丙基]四硫化物的合成方法
【专利说明】
[0001](一)
技术领域
本发明涉及一种橡胶助剂的合成方法，特别是一种新型橡胶助剂含硫硅烷偶联剂双-[Y-(三甲氧基)硅丙基]四硫化物的合成方法。
[0002](二)
【背景技术】
橡胶硅烷偶联剂可以有效地使白炭黑填料与橡胶分子有机结合起来，提高橡胶制品的加工性能和力学性能，降低轮胎滚动阻力，增强轮胎的抗湿滑性。随着我国的航空及高速公路事业蓬勃发展，交通运输行业对“绿色轮胎”的广泛需求，橡胶硅烷偶联剂的需求量也越来越大。
[0003]橡胶硅烷偶联剂系列产品的研制属于有机硅化学的前沿课题，其中研制和生产最早的是德国迪高沙公司，我国于20世纪80年代开始研制并进行工业化生产。1999年由本课题组研宄人员研制的双-[γ-(三乙氧基)硅丙基]四硫化物经山东省科委立项并鉴定，已达到国内领先水平。
[0004]双-[γ-(三乙氧基)硅丙基]四硫化物(S1-69)作为应用最早、用量最大、性能优异的橡胶硅烷偶联剂，常用于处理炭黑、S12等无机填料，不仅具有活化剂、偶联剂的作用，还具有交联剂、软化剂和补强剂的作用，在橡胶工业中作为补强剂和硫化剂。用于改性白炭黑胶料时，可明显改善胶料加工性能和物理性能，如:对未硫化胶料，可降低门尼粘度、减少焦烧现象、硫化程度提高，以及混炼、压延、压出特性大大改善等；对硫化胶料，拉伸强力和定伸强力提高、永久变形降低、硅磨耗性能得到改善、抗撕裂强度提高等。
[0005]但是，由于合成S1-69的起始原料需要无水乙醇，而工业上无水乙醇的获得，一般是以石油为起始原料，经由乙烯水合法制得95%的工业乙醇，再通过共沸精馏制得。随着石油资源的日益枯竭，无水乙醇的成本会越来越高，这势必直接导致合成S1-69的成本增高。所以，从起始原料对S1-69这种产品进行改进，找到生产成本更低、性能更加优异的替代物质势在必行。
[0006](三)
【发明内容】
本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种新型橡胶助剂双-[γ -(三甲氧基)硅丙基]四硫化物的合成方法，该新型橡胶助剂可以作为目前广泛使用的橡胶助剂S1-69的替代物。我国煤炭资源丰富，煤制甲醇工艺也已相当成熟，在大力发展煤化工的政策主导下，以甲醇为原料改进用量最大的橡胶助剂S1-69，必将产生巨大的经济效益和社会效益。
[0007]本发明是通过如下技术方案实现的:
一种新型橡胶助剂双-[γ-(三甲氧基)硅丙基]四硫化物的合成方法，其特殊之处在于:包括以下步骤:
(O以甲醇为酯化剂，把γ-氯丙基三氯硅烷酯化为γ-氯丙基三甲氧基硅烷；
(2)以甲醇为溶剂配制质量浓度为20-25%的氢氧化钠甲醇溶液，打入反应釜内，在50-60°C与一定量的硫磺粉反应，充分搅拌，注意观察反应液颜色的变化，并严格控制温度，反应至反应液呈黑褐色，终止反应； (3)将制好的硫化碱液在50-60°C下打入合成釜中，在搅拌下，加入预先配制好的催化剂溴化十六烷基三甲基铵，充分搅拌，再加入γ-氯丙基三甲氧基硅烷，通过反应液颜色的变化及副产物NaCl的生成判断反应进程；
(4)把反应液混合物打入另一釜内，静置，分出下层固体，经提取作为副产物进行综合利用；把有机液层打入过滤器中，进行抽滤，固体盐作为副产物综合利用；再把滤液打入旋转蒸发仪，旋蒸出可回收利用的溶剂及低沸物后，有机液体进入离子交换釜内，用阳离子交换树脂去除催化剂，得到淡黄色透明液体，即为产品双-[γ-(三甲氧基)硅丙基]四硫化物，产品收率可达98%以上，纯度高于99%。
[0008]本发明的新型橡胶助剂双-[γ _(三甲氧基)硅丙基]四硫化物的合成方法，氢氧化钠:硫磺粉:Y -氯丙基三甲氧基硅烷:催化剂的重量比为:22-36:21-33:68-86:1.7-2.6。
[0009]本发明的新型橡胶助剂双-[Y-(三甲氧基)硅丙基]四硫化物的合成方法，催化剂为季铵盐类催化剂。季铵盐类催化剂为四丁基溴化铵、十二烷基三甲基氯化铵、乙烯系高分子聚合物三甲基氯化铵、溴化十六烷基三甲基铵的至少一种。
[0010]本发明的新型橡胶助剂双-[Y-(三甲氧基)硅丙基]四硫化物的合成方法，步骤(I)中，合成过程中，采用真空泵严格控制加入甲醇的速度，同时排出氯化氢气体，副产盐酸，控制酯化速度和酯化时间，及时抽样检验，保持合成环境pH为或接近7。
[0011]本发明的新型橡胶助剂双-[Y-(三甲氧基)硅丙基]四硫化物的合成方法，步骤(2 )，反应时间为2_3h，步骤(3 )，反应时间为1-1.5h。
[0012]本发明的有益效果是:本发明以甲醇为起始原料，合成了新型橡胶助剂双-[Y-(三甲氧基)硅丙基]四硫化物，提高了产品的硫含量，并且，产品的物理性能和机械加工性能的多项指标优于S1-69。该新型橡胶助剂相较于S1-69的优点在于:(一)、起始原料改用甲醇，生产成本大大降低；(二)新产品的分子量小，相对硫含量更高，产品的各项性能指标更加优异；(三)甲醇既作为酯化剂参与反应，同时又是溶剂，因其沸点低，所以便于用蒸馏方法与产品分离，产品纯度可达99%以上；(四)用甲醇作溶剂而不用水，避免了水与中间产物反应以及后续分离过程中产品随水流失，从而降低产品收率；(五)溶剂甲醇可循环利用，整个过程没有无谓损耗，产品收率在98%以上；(六)原料价廉易得，合成工艺简单，反应条件温和，能耗低，环境友好，易于工业化生产。所述新型橡胶助剂可以作为目前广泛使用的橡胶助剂S1-69的替代物。我国煤炭资源丰富，在大力发展煤化工的政策主导下，目前，煤制甲醇工艺也已相当成熟，所以以甲醇为原料改进用量最大的橡胶助剂S1-69，必将产生巨大的经济效益和社会效益。
[0013](五)【具体实施方式】实施例1:
新型橡胶助剂双-[γ-(三甲氧基)硅丙基]四硫化物的制备方法，采用如下步骤:
(I)以甲醇为酯化剂，把γ-氯丙基三氯硅烷酯化为γ-氯丙基三甲氧基硅烷。合成过程中，采用真空泵严格控制加入甲醇的速度，同时排出氯化氢气体，副产盐酸，控制酯化速度和酯化时间，及时抽样检验，保持γ-氯丙基三甲氧基硅烷的ΡΗ=7。
[0014]
[0015]
[0016](2)在装有搅拌器、温度计的三口瓶中，依次加入10g甲醇和30g氢氧化钠固体，充分搅拌使其溶解后，分批加入28g硫磺粉，搅拌并升温至60°C，反应液逐渐变为橘红色，然后变成黑褐色，反应持续2h左右，然后使其温度降至常温，备用。
[0017](3)将(2)中制得的反应液打入另一三口瓶中，搅拌，使温度上升至60°C，加入备好的催化剂四丁基溴化铵2.2g，反应液呈棕黑色，搅拌1min后，分批加入75g中性γ -氯丙基三甲氧基硅烷，控温、搅拌约60min，反应液由棕黑色逐渐变为浅黄色，并伴有白色小细粒析出。待反应完全后，停止搅拌，静置。
[0018](4)将上述反应液移至分液漏斗中，静置，分出下层固体，经提取作为副产物进行综合利用；把有机液层打入过滤器中，进行抽滤，固体盐作为副产物综合利用；再把滤液打入旋转蒸发仪，旋蒸出溶剂(回收利用)及低沸物后，有机液体进入离子交换釜内，用阳离子交换树脂去除催化剂，得到淡黄色透明液体，即为产品双-[γ -(三甲氧基)硅丙基]四硫化物。
[0019]实施例2:
新型橡胶助剂双-[γ-(三甲氧基)硅丙基]四硫化物的制备方法，采用如下步骤:
(I)以甲