CN102897765A - 一种3-氨丙基三乙氧基硅烷水解液的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种3-氨丙基三乙氧基硅烷水解液的制备方法，属精细化工技术领域。本发明通过将3-氨丙基三乙氧基硅烷在一定条件下进行预水解，使3-氨丙基三乙氧基硅烷分子中的大部分乙氧基水解成硅醇（Si-OH），并抑制硅醇缩聚成硅氧烷，解决了现有3-氨丙基三乙氧基硅烷在水性体系中过早交联的问题，通过本发明制备的产品具有偶联活性强、贮存稳定性好、乙醇含量低的特点，可直接应用于玻璃纤维增强、水性聚氨酯改性、水性涂料增粘等水性体系中。
Description
技术领域
本发明涉及一种3-氨丙基三乙氧基硅烷水解液的制备方法，属精细化工技术领域。
背景技术
3-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）是一种通用型硅烷偶联剂，几乎能与各种树脂起偶联作用，广泛应用于玻璃纤维增强、树脂表面改性、纺织整理等方面，但是在一些水性体系中，其实际使用效果往往并不理想。
如果按3-氨丙基三乙氧基硅烷常规使用方法，按比例直接加入到水性体系中，其贮存寿命很短，一般不超过一周，隔一段时间就需要重新添加，因此在实际应用过程中需要即配即用，否则偶联效果会随着贮存时间的延长而逐渐丧失，给产品在水性体系中的应用带来困难。
3-氨丙基三乙氧基硅烷分子中含有一个氨基（-NH2），因此产品呈碱性，与其它中性硅烷相比，具有自催化水解的特性，如果不进行条件控制，将其直接加入到水性体系中，产品很容易快速水解自聚交联，即分子中的乙氧基（Si-OC2H5）水解成硅醇（Si-OH）和乙醇（C2H5OH），硅醇不是很稳定，条件控制不好很快会缩聚成硅氧烷（Si-O-Si），即过早水解聚合交联。
过早交联不仅导致3-氨丙基三乙氧基硅烷失去偶联活性，而且会使体系产生凝胶和粘度增加，另外水解聚合后会产生大量乙醇残留在体系中，会增加最终产品的VOC排放，并导致闪点下降，不利于环保和安全。
发明内容
本发明的目的在于提供一种偶联活性强、贮存稳定性好、乙醇含量低，以解决现有3-氨丙基三乙氧基硅烷在水性体系中直接使用容易过早自聚交联失效、贮存稳定性不好、释放出乙醇问题的3-氨丙基三乙氧基硅烷水解液及其制备方法。
本发明的技术方案是：
一种3-氨丙基三乙氧基硅烷水解液的制备方法，其特征在于：它包括如下步骤：
（1）、在带机械搅拌、球形回流冷凝管、温度计和油浴加热的2000ml玻璃四口反应烧瓶中，加入蒸馏水并升温至20—60℃，然后开启搅拌，搅拌速度为80~300转每分钟。
（2）、在搅拌速度为每分钟80~300转的条件下，将含量大于98.0%、外观无色透明的3-氨丙基三乙氧基硅烷滴加到四口烧瓶中进行水解反应，滴加时间控制为2—6小时。滴加完毕后，加热升温至60~80℃继续反应2—3小时，反应完毕后冷却降温至30℃以下。
（3）、将步骤（2）反应得到的物料加入到带有分馏塔、温度计和油浴加热的2000ml三口烧瓶中，在常压101.3Kpa条件下，加热将水解反应产生的副产物乙醇分馏出来，当塔顶温度达到100℃（水的沸点）时，表示乙醇分馏完毕，此时停止加热，通自来水降温至30℃以下得到3-氨丙基三乙氧基硅烷水解液的粗品。
（4）、在粗品中加入质量比为0.5—1%的硅藻土，在10—30℃的温度条件下以80—300转每分钟的速度搅拌1小时，最后进行过滤得到无色透明液体，即3-氨丙基三乙氧基硅烷水解液。
所述的分馏塔为玻璃填料塔，玻璃填料塔长400mm，内径10mm，装填填料为玻璃弹簧填料。
本发明制备的3-氨丙基三乙氧基硅烷水解液产品与现有将3-氨丙基三乙氧基硅烷直接加入水中制备成的水溶液产品在相同的存储过程中，其羟基含量相比结果见下表。
从以上对比结果可以看出，现有产品在存储过程中羟基含量下降很快，存放720小时后羟基含量由4.1%降至0.8%，说明3-氨丙基三乙氧基硅烷水解产生的硅羟基不稳定，在存储过程中过早相互缩合交联，相比之下，本发明产品存储过程中羟基含量下降不是很明显，表明产品存储稳定性较好。
本发明的优点在于：
本发明将3-氨丙基三乙氧基硅烷在一定条件下进行预水解，使3-氨丙基三乙氧基硅烷分子中的大部分乙氧基水解成硅醇（Si-OH），并抑制硅醇缩聚成硅氧烷，避免了3-氨丙基三乙氧基硅烷在水性体系中过早交联，并通过分馏手段除去水解产生的乙醇，得到一种偶联活性强、贮存稳定性好、乙醇含量低的水溶液产品，该产品可直接应用于玻璃纤维增强、水性聚氨酯改性、水性涂料增粘等水性体系中。
具体实施方式：
实施例1：
在带机械搅拌、球形回流冷凝管、温度计和油浴加热的2000ml玻璃四口反应烧瓶中，加入1000g蒸馏水并升温至20℃，然后开启搅拌，搅拌速度为80转每分钟，在搅拌速度为80转每分钟条件下，将400g含量为98.5%、外观无色透明的3-氨丙基三乙氧基硅烷滴加到四口烧瓶中进行水解反应，滴加时间控制为2小时。滴加完毕后，加热升温至60℃继续反应2小时，反应完毕后降温至30℃以下。
将反应得到的物料加入到带分馏塔、温度计和油浴加热的2000ml三口烧瓶中，分馏塔为玻璃填料塔，长400mm，内径10mm，装填填料玻璃弹簧填料。在常压101.3Kpa条件下，加热将水解反应产生的副产物乙醇分馏出来。
当塔顶温度达到100℃（水的沸点）时，表示乙醇分馏完毕，分馏共得到390g乙醇和水共沸物。分馏完毕后停止加热，降温至30℃以下得3-氨丙基三乙氧基硅烷水解液粗品。在粗品中加入8g质量比为0.5%的硅藻土，10℃的温度条件下以80转每分钟的速度搅拌1小时，再经过滤得到1000g无色透明液体，即质量比为40%的3-氨丙基三乙氧基硅烷水解液产品。
实施例2：
在带机械搅拌、球形回流冷凝管、温度计和油浴加热的2000ml玻璃四口反应烧瓶中，加入1000g蒸馏水并升温至60℃，然后开启搅拌，搅拌速度为300转每分钟。在300转每分钟的搅拌条件下将500g含量为98.5%、外观无色透明的3-氨丙基三乙氧基硅烷滴加到四口烧瓶中，滴加时间控制为6小时。滴加完毕后，加热升温至80℃继续反应3小时，反应完毕后降温至30℃以下。
将反应得到的物料加入到带分馏塔、温度计和油浴加热的2000ml三口烧瓶中，分馏塔为玻璃填料塔，长400mm，内径10mm，装填填料玻璃弹簧填料。在常压101.3Kpa条件下，加热将水解反应产生的副产物乙醇分馏出来。
当塔顶温度达到100℃（水的沸点）时，表示乙醇分馏完毕，分馏共得到488g乙醇和水共沸物。分馏完毕后停止加热，降温至30℃以下得3-氨丙基三乙氧基硅烷水解液粗品。在粗品中加入8g质量比为1%的硅藻土，30℃的温度条件下以300转每分钟的速度搅拌1小时，再经过滤得到1000g无色透明液体，即质量比为50%的3-氨丙基三乙氧基硅烷水解液产品。
实施例3：
在带机械搅拌、球形回流冷凝管、温度计和油浴加热的2000ml玻璃四口反应烧瓶中，加入1000g蒸馏水并升温至50℃，然后开启搅拌，搅拌速度为200转每分钟。将600g含量为98.5%、外观无色透明的3-氨丙基三乙氧基硅烷滴加到四口烧瓶中，滴加时间控制为5小时。滴加完毕后，加热升温至70℃继续反应2小时，反应完毕后降温至30℃以下。
将反应得到的物料加入到带分馏塔、温度计和油浴加热的2000ml三口烧瓶中，分馏塔为玻璃填料塔，长400mm，内径10mm，装填填料玻璃弹簧填料。在常压101.3Kpa条件下，加热将水解反应产生的副产物乙醇分馏出来。
当塔顶温度达到100℃（水的沸点）时，表示乙醇分馏完毕，分馏共得到586g乙醇和水共沸物。分馏完毕后停止加热，降温至30℃以下得3-氨丙基三乙氧基硅烷水解液粗品。在粗品中加入加入8g质量比为1%的硅藻土，，25℃的温度条件下以200转每分钟的速度搅拌1小时，最后进行过滤得到1000g无色透明液体，即质量比为60%的3-氨丙基三乙氧基硅烷水解液产品。
Claims (2)
1.一种3-氨丙基三乙氧基硅烷水解液的制备方法，其特征在于：它包括如下步骤：
（1）、在带机械搅拌、球形回流冷凝管、温度计和油浴加热的2000ml玻璃四口反应烧瓶中，加入蒸馏水并升温至20—60℃，然后开启搅拌，搅拌速度为80~300转每分钟；
（2）、在搅拌速度为每分钟80~300转的条件下，将含量大于98.0%、外观无色透明的3-氨丙基三乙氧基硅烷滴加到四口烧瓶中进行水解反应，滴加时间控制为2—6小时；滴加完毕后，加热升温至60~80℃继续反应2—3小时，反应完毕后冷却降温至30℃以下；
（3）、将步骤（2）反应得到的物料加入到带有分馏塔、温度计和油浴加热的2000ml三口烧瓶中，在常压101.3Kpa条件下，加热将水解反应产生的副产物乙醇分馏出来，当塔顶温度达到100℃（水的沸点）时，表示乙醇分馏完毕，此时停止加热，通自来水降温至30℃以下得到3-氨丙基三乙氧基硅烷水解液的粗品；
（4）、在粗品中加入质量比为0.5—1%的硅藻土，在10—30℃的温度条件下以80—300转每分钟的速度搅拌1小时，最后进行过滤得到无色透明液体，即3-氨丙基三乙氧基硅烷水解液。
2.根据权利要求1所述的3-氨丙基三乙氧基硅烷水解液的制备方法，其特征在于：所述的分馏塔为玻璃填料塔，玻璃填料塔长400mm，内径10mm，装填填料为玻璃弹簧填料。
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