CN102766156B

CN102766156B - 四甲基二乙烯基二硅氮烷的制备方法

Info

Publication number: CN102766156B
Application number: CN201210288777.3A
Authority: CN
Inventors: 初亚军
Original assignee: JILIN XINYAQIANG BIOCHEM CO Ltd
Current assignee: Jilin Xinyaqiang Biochem Co., Ltd.
Priority date: 2012-08-14
Filing date: 2012-08-14
Publication date: 2015-12-02
Anticipated expiration: 2032-08-14
Also published as: CN102766156A

Abstract

本发明公开了一种四甲基二乙烯基二硅氮烷的制备方法，包括以下步骤：向反应釜中加入二甲基乙烯基氯硅烷，搅拌条件下通入氨气进行反应，所述二甲基乙烯基氯硅烷与氨气的质量比为4.30~4.40﹕1，反应温度110~115℃，反应压力0.15~0.18MPa；向反应釜中加入氢氧化钠溶液，搅拌后得到四甲基二乙烯基二硅氮烷。与现有技术相比，本发明将二甲基乙烯基氯硅烷与氨气在无溶剂的条件下进行反应，简化了生产工艺，降低了能耗，并且提高了收率。其次，本发明以氢氧化钠溶液作为溶盐剂，采用碱水除盐技术，避免了现有技术中过滤除盐带来的工艺复杂、损失严重以及环境危害等问题。

Description

四甲基二乙烯基二硅氮烷的制备方法

技术领域

本发明涉及合成硅树脂原料制备技术领域，更具体地说，涉及一种四甲基二乙烯基二硅氮烷的制备方法。

背景技术

四甲基二乙烯基二硅氮烷是一种无色透明液体，分子式为C₈H₁₉NSi₂，分子量为185.42，用于硅树脂橡胶、硅树脂胶体和乙烯基硅树脂的制备，也是负性光刻胶领域中的常用助黏性促进剂。然而，国内外对四甲基二乙烯基二硅氮烷的工业化生产工艺的报道较少。

目前，四甲基二乙烯基二硅氮烷的同类物（以下简称同类物）均利用氯化物易溶于水的特点，采用溶剂法进行制备。但是，溶剂法的生产路线存在以下缺点：a、由于采用大量溶剂，反应中生成一摩尔同类物的同时生成两摩尔氯化铵盐，致使生产能力大大下降；b、同类物与溶剂分离过程需大量能耗；c、同类物纯度较差。另外，在四甲基二乙烯基二硅氮烷的同类物的制备过程中，得到同类物的同时生成了盐类化合物，因此，现有技术采用过滤除盐法将同类物与生成的盐类化合物分离，从而致使工艺复杂，溶剂与同类物的损失较大，进而导致同类物的收率降低。

针对上述四甲基二乙烯基二硅氮烷的同类物的制备方法存在的需使用大量溶剂、工艺复杂、能耗高和收率低等缺点，本发明人考虑，提供一种四甲基二乙烯基二硅氮烷的制备方法，在不使用溶剂的条件下制备四甲基二乙烯基二硅氮烷，同时具有工艺简单、能耗低以及收率高的特点。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于，提供一种四甲基二乙烯基二硅氮烷的制备方法，无需采用溶剂，且工艺简单、能耗低、收率高。

为了解决以上技术问题，本发明提供一种四甲基二乙烯基二硅氮烷的制备方法，包括以下步骤：

步骤a）向反应釜中加入二甲基乙烯基氯硅烷，搅拌条件下通入氨气进行反应，所述二甲基乙烯基氯硅烷与氨气的质量比为4.30~4.40﹕1，反应温度110~115℃，反应压力0.15~0.18MPa；

步骤b）向反应釜中加入氢氧化钠溶液，搅拌后得到四甲基二乙烯基二硅氮烷。

优选的，所述步骤a）中搅拌的方式为锚式搅拌、框式搅拌、推进式搅拌、桨式搅拌或高剪切搅拌。

优选的，所述步骤a）中搅拌的速度为110~130转/min。

优选的，所述步骤a）的反应时间为10~12小时。

优选的，所述步骤a）的反应温度为114~115℃。

优选的，所述步骤a）的反应压力为0.17~0.18MPa。

优选的，所述步骤b）中搅拌的时间为20~30min。

优选的，还包括：

对四甲基二乙烯基二硅氮烷粗产品进行精馏处理。

优选的，所述精馏处理为常压精馏或减压精馏。

本发明提供一种四甲基二乙烯基二硅氮烷的制备方法，包括以下步骤：向反应釜中加入二甲基乙烯基氯硅烷，搅拌条件下通入氨气进行反应，所述二甲基乙烯基氯硅烷与氨气的质量比为4.30~4.40﹕1，反应温度110~115℃，反应压力0.15~0.18MPa；向反应釜中加入氢氧化钠溶液，搅拌后得到四甲基二乙烯基二硅氮烷。与现有技术相比，本发明将二甲基乙烯基氯硅烷与氨气在无溶剂的条件下进行反应，简化了生产工艺，降低了能耗，并且提高了收率。其次，本发明以氢氧化钠溶液作为溶盐剂，采用碱水除盐技术，避免了现有技术中过滤除盐带来的工艺复杂、损失严重以及环境危害等问题。再次，本发明通过控制反应温度与反应压力，保证反应顺利进行的同时，避免了副反应的发生。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种四甲基二乙烯基二硅氮烷的制备方法，包括以下步骤：步骤a）向反应釜中加入二甲基乙烯基氯硅烷，搅拌条件下通入氨气进行反应，所述二甲基乙烯基氯硅烷与氨气的质量比为4.30~4.40﹕1，反应温度110~115℃，反应压力0.15~0.18MPa；步骤b）向反应釜中加入氢氧化钠溶液，搅拌后得到四甲基二乙烯基二硅氮烷。

在上述制备过程中，本发明将二甲基乙烯基氯硅烷与氨气在无溶剂的条件下进行反应，简化了生产工艺，降低了能耗，并且提高了收率。所述氨气优选以液氨的形式进行储存，将液氨通入反应釜的过程中，液氨转化为氨气。二甲基乙烯基氯硅烷与氨气进行反应的反应式如下：

由上述反应式可以看出，在反应过程中，生成一摩尔产品同时生成两摩尔的氯化铵盐沉淀物。为了保证反应的顺利进行，本发明在搅拌的条件下通入氨气进行反应，避免生成的氯化铵盐沉淀物对反应的影响。所述步骤a）的搅拌速度优选为110~130转/min，更优选为120~130转/min，更优选为120转/min。由于优选采用转数120转/min的强力搅拌，较一般搅拌相比，能充分将氯化铵盐打碎，使反应更加完全、更加彻底且大量缩短了合成的反应时间。

本发明对于所述搅拌的方式并无特别限制，可以采用本领域技术人员熟知的搅拌方式，使反应体系内自始至终保持较好的流动状态，优选为锚式搅拌、框式搅拌、推进式搅拌、桨式搅拌或高剪切搅拌。本发明对于所述搅拌的装置并无特别限制，可以采用本领域技术人员熟知的搅拌装置即可。例如，使用大功率设备，提高传动扭矩，加快转动速度，结果表明：强力搅拌完全可以打碎结块的氯化铵盐，无需使用溶剂稀释同样可以达到反应前期的预期效果，既降低了物料能源消耗，又大大的提高了反应效率。

在步骤a）中，所述反应的反应温度是影响反应顺利进行的重要因素。由于四甲基二乙烯基二硅氮烷的沸点为161℃，为了使其充分与氨气反应，需要控制反应温度；另一方面，生成氯化铵在过高的温度下易发生盐结晶形态的改变（逆反应）。因此，本发明控制所述步骤a）的反应的温度优选为110~115℃，更优选为114~115℃。通过控制上述反应温度，使汽液两相反应逐渐变为液液、汽液、汽汽三相反应，增大接触面积，加快反应速度，提高反应效率。并且，在特定压力情况下，相应提高温度易使二甲基乙烯基氯硅烷汽化。

另外，本步骤的反应的时间优选为10~12小时，更优选为12小时。在反应过程中，优选采用冷却循环水控制温度，当釜温接近循环供水水温一小时内无变化，在关闭氨阀的条件下、压力接近操作上限，并保持180分钟无变化，表明反应结束。一方面，长时间反应能够使液液两相，汽汽两相，完全接触，汽体穿透固体；另一方面，过长时间反应的能耗也是合成成本的重要因素。

根据理论基础知识压力越大越促进化学反应平衡，反应压力物料溶沸点升高从而促使物料并不易完全反应，同时根据发明搅拌、机封、设备对工作压力的要求，考虑安全因素，步骤a）中对反应的压力进行控制。根据四甲基二乙烯基二硅氮烷的物化性质及有机物质反应平衡原理，反应压力0.15~0.18MPa；优选为0.17~0.18MPa。该反应压力保证了使氨气穿透氯化铵盐，氨气充分与二甲基乙烯基氯硅烷接触达到完全反应。

步骤a）完成后，向反应釜中加入氢氧化钠溶液，搅拌后得到四甲基二乙烯基二硅氮烷。该步骤以氢氧化钠溶液为溶盐剂，采用碱水溶盐技术使反应后产物一次性彻底分离。本步骤搅拌的时间为20~30min，优选为30min。为了保证碱水溶盐技术的顺利实施，必须对步骤a）中反应物的质量比进行控制。其中，反应后体系内氨过量1.07~1.1倍，并且原料二甲基乙烯基氯硅烷全部参加反应，只有微量的约0.1%以下包溶于盐中，否则将在加氢氧化钠溶液溶盐时使未反应原料水解，生成氯化氢，进而形成盐酸，从而导致生成的四甲基二乙烯基二硅氮烷发生爆炸式水解，生成副产品四甲基二乙烯基二硅氧烷，并伴有大量热放出从而促使水解反应的更迅速进行，造成恶性循环。因此，本发明步骤a）中所述二甲基乙烯基氯硅烷与氨气的质量比为4.30~4.40﹕1，优选为4.38﹕1。

在上述步骤中，利用氢氧化钠碱溶液进行一次碱洗法来去除氯化铵等杂质提高产品含量，然后静置分层，上层产物为四甲基二乙烯基二硅氮烷粗产品。本发明还优选包括：对四甲基二乙烯基二硅氮烷粗产品进行精馏处理，所述精馏处理优选为常压精馏或减压精馏。

综上所述，本发明提供的制备方法具有以下特点：1、将二甲基乙烯基氯硅烷与氨气在无溶剂的条件下进行反应，简化了生产工艺，降低了能耗，并且提高了收率。2、以氢氧化钠溶液作为溶盐剂，采用氢氧化钠溶液除盐技术，避免了现有技术中过滤除盐带来的工艺复杂、损失严重以及环境危害等问题。3、控制反应温度与反应压力，保证反应顺利进行的同时，避免了副反应的发生。4、二甲基乙烯基氯硅烷与氨气的反应的搅拌条件下进行，进而控制产物的结晶形态，保证了反应的快速、彻底。

为了进一步说明本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

本发明实施例采用的化学试剂均为市购。

实施例1~4

将二甲基乙烯基氯硅烷用泵打入1m³搪瓷反应釜内，以120转/min的速度进行搅拌，同时缓慢加入液氨原料进行反应，反应时间为12小时，在2小时内通氨量达99%，控制反应温度与反应压力，釜温接近夹套水温一小时内无变化、压力接近操作上限后保持180分钟无变化；

向反应釜中加入浓25%的氢氧化钠溶液200Kg，搅拌30min，得到四甲基二乙烯基二硅氮烷粗产物；

将四甲基二乙烯基二硅氮烷粗产物进行间歇精馏，得到四甲基二乙烯基二硅氮烷成品。

表1实施例1~4的原料配比以及反应条件

从以上实施例可以看出，本发明提供的制备方法具有生产工艺简单、流程短、生产能力大、能耗低、产品品质高和产品收率高的优点。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种四甲基二乙烯基二硅氮烷的制备方法，包括以下步骤：

步骤a)向反应釜中加入二甲基乙烯基氯硅烷，搅拌条件下通入氨气进行反应，所述二甲基乙烯基氯硅烷与氨气的质量比为4.30～4.40﹕1，

所述步骤a)的反应温度为114～115℃；

所述步骤a)的反应压力为0.17～0.18MPa；

步骤b)向反应釜中加入氢氧化钠溶液，搅拌后得到四甲基二乙烯基二硅氮烷。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤a)中搅拌的方式为锚式搅拌、框式搅拌、推进式搅拌、桨式搅拌或高剪切搅拌。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤a)中搅拌的速度为110～130转/min。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤a)的反应时间为10～12小时。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤b)中搅拌的时间为20～30min。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，还包括：

对四甲基二乙烯基二硅氮烷粗产品进行精馏处理。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述精馏处理为常压精馏或减压精馏。