CN101514244A - 一种用有机硅高沸物制备高沸硅油的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用有机硅高沸物制备高沸硅油的方法,包括醇水解、中和,有机硅高沸物在醇和水的混合液中水解,回流1~4小时,再用氮气吹扫反应物,然后加入尿素、氧化锌和碳酸氢铵中和体系中溶解的氯化氢。本发明对有机硅高沸物进行综合利用,并使硅油产品的氯含量降低、分子量和粘度可控、质量更加稳定,中和剂和助溶剂的用量大大减少,降低了生产成本,工艺简单、易于工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及硅油的制备方法,具体说是一种有机硅高沸物生产高沸硅油的生产方法。
背景技术
近年来,随着有机硅工业的迅速发展,甲基氯硅烷单体的产量越来越大,导致副产的有机硅高沸物的产量也越来越大。然而,有机硅高沸物由于其组分复杂、含有大量的硅粉杂质、遇湿气极易放出大量腐蚀性氯化氢气体等原因,无法用简单的方法制成有用的有机硅氧烷,这已成为有机硅单体生产中遇到的一个突出难题。
目前,国内外对于有机硅高沸物的转化和利用的研究主要集中于裂解法制氯硅烷单体、醇解制高沸硅油等方法。有机硅高沸物的裂解一般在不同的原料存在下,经过高温和高压等条件将其裂解成有用的二甲基二氯硅烷等单体,参见中国专利文件CN101298051A、CN1590389A。然而,有机硅高沸物的裂解反应在实施中存在着反应难以控制、二甲基氯硅烷的含量低、转化率低、裂解后单体分离困难、成本高等诸多问题,限制了其实际应用和进一步的发展。
目前,将有机硅高沸物进行醇解反应制备高沸硅油具有工艺简单、成本低、易于工业化等优点,成为有机硅高沸物利用的研究热点之一。中国专利CN1594400A(申请号200410013358.4)提供一种用有机硅高沸物合成高沸硅油的制备方法,是在有机硅高沸物中滴加甲醇,在常温下醇解反应,反应产生的氯化氢气体送入水喷淋塔吸收,然后加入尿素、助熔剂及碳酸氢铵中和体系中溶解的氯化氢。CN101016383A(申请号200710055283.X)也介绍了一种高沸物的醇解制备高沸硅油的生产方法,其中醇解是在20~25℃下向釜中100重量份的有机硅高沸物中,滴加重量百分比为80~90%原料甲醇30~40重量份,共滴加6~8小时。以上方法存在以下不足:(1)采用甲醇与高沸物常温反应,导致反应时间长且氯原子不能被完全取代,产品中含氯量增加,产品品质不高;(2)完全采用甲醇与有机硅高沸物反应还存在成本高、产率低、粘度不可控等问题;(3)在反应后期没有相应强化除去反应体系中的氯化氢的措施,使得后续中和步骤中的中和剂、助熔剂的用量大,增加成本,并造成环保处理的负担。
发明内容
本发明的目的在于提供一种收率高、反应充分、粘度可控、易于工业化生产、品质高的有机硅高沸物合成高沸硅油的制备方法。
术语说明:本发明所述的有机硅高沸物是直接法合成甲基氯硅烷的副产物,沸程为80~215℃,含有-Si-Si-、-Si-O-Si-或-Si-CH2-Si-等结构的氯硅烷混合物。
本发明的技术方案如下:
一种用有机硅高沸物制备高沸硅油的方法,步骤如下:
(1)醇水解
向有机硅高沸物中滴加醇和水的混合溶液,开始时滴加是在常温下进行,当滴加到醇和水的混合溶液总量的40wt%~60wt%时开始升温,控制滴加结束时反应温度为60~80℃。滴加过程中产生的氯化氢气体通过风机送入喷淋塔进行回收。滴加结束,即在60~85℃下回流1~4小时。回流完毕,再用50~80℃的氮气吹扫反应物1~3小时;得酸性硅油。
(2)中和
控制温度恒定在40~50℃条件下,向上述反应物中依次加入尿素、氧化锌和碳酸氢铵,中和体系中溶解的氯化氢,中和时间为2~4小时,测上层油层pH值为6~8时,取出上层粗产品,过滤,得成品硅油。
上述各原料组分的重量份配比如下:
有机硅高沸物100份,醇20~70份,水1~6份,尿素10~40份,氧化锌1~4份,碳酸氢铵10~50份。
所述的醇为碳原子数小于4的醇,优选乙醇或甲醇。所述醇为乙醇时,其原料配比为40~60重量份;所述醇为甲醇时,其原料配比为20~40重量份。反应原料中醇的配比随着醇分子量的增加而增加。
优选的,上述步骤(2)中的碳酸氢铵是分批加入的。优选每批碳酸氢铵加量2~5份。
优选的,上述步骤(2)中当中和完毕时,静置0.5-1小时,分出上层粗产品。
优选的,上述步骤(2)中的过滤是通过硅藻土助滤剂滤除上层粗产品中的杂质,得到淡黄色透明液体硅油。
优选的,上述步骤(2)中控制温度恒定在45℃。
采用本发明的方法得到的硅油产品质量好且稳定,具体技术指标如下:淡黄色到黄褐色透明液体,无机械杂质;粘度(25℃,mm2/s):4~70;折光率(25℃)不小于1.4400;pH值:6~8;密度(g/cm3):0.95~1.10。
本发明的技术特点和优良效果还在于:
1、醇水解步骤中采用醇和水的混合溶液滴加到有机硅高沸物中。由于少量水的加入,无法被烷氧基取代的氯原子可以进一步被水取代,生成较硅氯键稳定的硅羟基团,降低硅油产品中的氯含量,进而降低硅油产品的腐蚀性,并延长硅油产品储存时间。可以通过控制加入水的量的不同,调节硅油分子量,进而对其粘度进行控制。
2、在醇水解步骤中,醇和水的混合溶液滴加过程中进行升温,同样有利于将有机硅高沸物中的氯进行较为彻底的取代反应。
3、在醇水解步骤中,采用回流,可以使含有较多氯原子的化合物,也就是由于位阻效应不容易被烷氧基或羟基取代的高沸物,在60~85℃温度下进行较为彻底的取代反应,以进一步降低硅油的氯含量。
4、在醇水解步骤中,采用氮气吹扫可以强化带出反应中产生的氯化氢,以降低后续步骤中中和剂的用量以及中和反应中的副反应。
本发明对有机硅高沸物进行综合利用,解决了制约有机硅单体生产中的高沸物回收利用问题。醇水解工艺中采用升温、回流和氮气吹扫等措施,使硅油产品的氯含量降低、分子量和粘度可控、质量更加稳定,并使中和剂和助溶剂的用量大大减少,降低了生产成本。反应可在搪瓷釜中进行,对设备腐蚀小,生产过程中的副产品氯化氢被水吸收后可制成稀盐酸出售或循环提浓用于有机硅单体生产中氯甲烷的合成。副产品氯化铵可用作化学肥料。本发明工艺简单、易于工业化生产。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进一步描述,但不限于此。
实施例1:一种用有机硅高沸物制备高沸硅油的方法,步骤如下:
将100份有机硅高沸物抽入到搪瓷釜中,在室温下启动搅拌,向有机硅高沸物中滴加55份乙醇和3份水的混合溶液,滴加到混合溶液总量的一半时开始升温,滴加完毕时温度升至70℃,继续升温至80℃回流2小时,然后60℃氮气吹扫1小时,得到酸性硅油。滴加过程中产生的氯化氢气体通过风机送入喷淋塔进行回收。
在恒定温度45℃条件下,从反应釜手孔中加入30份尿素,然后加3份氧化锌,最后加20份碳酸氢铵中和。碳酸氢铵分4批加入,每批5份。随时监测上层油层的pH值,待pH值达到6~8的要求时停止中和,中和时间2小时。
中和完毕后,停止搅拌及抽风装置,静置分层,静置0.5小时后,分出上层粗产品,粗产品通过硅藻土助滤剂滤除其中的杂质,得到淡黄色透明液体,即为高沸硅油。所得产品粘度(25℃,mm2/s):14.22;折光率(25℃):1.4480;产量:80.5重量份。
实施例2~25的具体操作步骤与实施例1相同,所不同的是工艺条件和物料比,具体的数据见表1。各实施例的物料比及产量均以重量份计。
表1
实施例 | 有机硅高沸物 | 醇 | 水 | 滴加终温(℃) | 回流温度(℃) | 尿素 | 氧化锌 | 碳酸氢铵 | 粘度(25℃,mm2/s) | 折光率(25℃) | 产量(份) |
2 | 100 | 乙醇60 | 2 | 60 | 70 | 40 | 4 | 40 | 6.76 | 1.4486 | 76.8 |
3 | 100 | 乙醇60 | 2 | 65 | 75 | 30 | 3 | 30 | 7.02 | 1.4473 | 80.8 |
4 | 100 | 乙醇60 | 2 | 70 | 80 | 25 | 3 | 27.5 | 7.69 | 1.4476 | 79.3 |
5 | 100 | 乙醇60 | 2 | 80 | 85 | 20 | 2 | 17.5 | 7.85 | 1.4521 | 81.2 |
6 | 100 | 乙醇55 | 3 | 60 | 70 | 35 | 4 | 35 | 10.73 | 1.4517 | 79.6 |
7 | 100 | 乙醇55 | 3 | 65 | 75 | 30 | 3 | 35 | 10.84 | 1.4489 | 80.2 |
8 | 100 | 乙醇55 | 3 | 70 | 75 | 20 | 2 | 23 | 11.56 | 1.4530 | 82.5 |
9 | 100 | 乙醇55 | 3 | 80 | 85 | 10 | 1 | 12.5 | 12.68 | 1.4532 | 84.0 |
10 | 100 | 乙醇50 | 4 | 60 | 70 | 40 | 4 | 35 | 19.02 | 1.4493 | 83.0 |
11 | 100 | 乙醇50 | 4 | 65 | 75 | 30 | 3 | 32 | 19.14 | 1.4479 | 88.0 |
12 | 100 | 乙醇50 | 4 | 70 | 80 | 25 | 3 | 20 | 19.25 | 1.4506 | 89.0 |
13 | 100 | 乙醇50 | 4 | 80 | 85 | 15 | 1 | 25 | 21.87 | 1.4527 | 84.2 |
14 | 100 | 乙醇45 | 5 | 60 | 70 | 35 | 4 | 30 | 34.00 | 1.4510 | 82.0 |
15 | 100 | 乙醇45 | 5 | 65 | 75 | 30 | 3 | 30 | 34.99 | 1.4498 | 81.8 |
16 | 100 | 乙醇45 | 5 | 70 | 80 | 20 | 2 | 25 | 35.80 | 1.4516 | 83.5 |
17 | 100 | 乙醇45 | 5 | 80 | 85 | 10 | 1 | 15 | 36.47 | 1.4486 | 87.5 |
18 | 100 | 乙醇40 | 6 | 60 | 70 | 30 | 3 | 27.5 | 55.60 | 1.4513 | 82.1 |
19 | 100 | 乙醇40 | 6 | 65 | 75 | 30 | 3 | 20 | 55.89 | 1.4499 | 83.0 |
20 | 100 | 乙醇40 | 6 | 70 | 80 | 20 | 2 | 15 | 62.77 | 1.4522 | 85.0 |
21 | 100 | 乙醇40 | 6 | 80 | 85 | 10 | 1 | 10 | 67.23 | 1.4543 | 83.7 |
22 | 100 | 甲醇30 | 2 | 70 | 80 | 30 | 3 | 25 | 9.67 | 1.4533 | 65.4 |
23 | 100 | 甲醇20 | 1. | 70 | 80 | 30 | 3 | 30 | 9.49 | 1.4576 | 61.1 |
24 | 100 | 丙醇60 | 3 | 70 | 80 | 30 | 3 | 30 | 11.23 | 1.4617 | 93.6 |
25 | 100 | 丁醇70 | 3 | 70 | 80 | 30 | 3 | 40 | 13.74 | 1.4689 | 95.4 |
Claims (7)
1.一种用有机硅高沸物制备高沸硅油的方法,步骤如下:
(1)向有机硅高沸物中滴加醇和水的混合溶液,开始时滴加是在常温下进行,当滴加到醇和水的混合溶液总量的40wt%~60wt%时开始升温,控制滴加结束时反应温度为60~80℃;滴加过程中产生的氯化氢气体通过风机送入喷淋塔进行回收;滴加结束,即在60~85℃下回流1~4小时,回流完毕,再用50~80℃的氮气吹扫反应物1~3小时;得酸性硅油;
(2)控制温度恒定在40~50℃条件下,向上述反应物中依次加入尿素、氧化锌和碳酸氢铵,中和体系中溶解的氯化氢,中和时间为2~4小时,测上层油层pH值为6~8时,取出上层粗产品,过滤,得成品硅油。
2.根据权利要求1所述的用有机硅高沸物制备高沸硅油的方法,其特征在于,所述各原料组分的重量份配比如下:
有机硅高沸物100份,醇20~70份,水1~6份,尿素10~40份,氧化锌1~4份,碳酸氢铵10~50份。
3.根据权利要求1或2所述的用有机硅高沸物制备高沸硅油的方法,其特征在于,所述的醇为碳原子数小于4的醇。
4.根据权利要求1或2所述的用有机硅高沸物制备高沸硅油的方法,其特征在于所述的醇是乙醇或甲醇。
5.根据权利要求4所述的用有机硅高沸物制备高沸硅油的方法,其特征在于,所述醇为乙醇时,其加量为40~60重量份。
6.根据权利要求4所述的用有机硅高沸物制备高沸硅油的方法,其特征在于,所述醇为甲醇时,其加量为20~40重量份。
7.根据权利要求1所述的用有机硅高沸物制备高沸硅油的方法,其特征在于,步骤(2)中的碳酸氢铵是分批加入的,每批碳酸氢铵加量2~5份。
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