CN102993228A - 一种双-[丙基三甲氧基硅烷]-二硫化物硅烷偶联剂的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于有机合成技术领域，涉及一种有机化合物硅烷偶联剂的制备方法，特别是一种双-[丙基三甲氧基硅烷]-二硫化物硅烷偶联剂的合成方法，本合成方法先将硫氢化钠、磷酸钠、硫磺粉和水配成混合溶液，在反应装置中搅拌并加热，至固体物全部溶解，然后将混合催化剂溶液加入到反应装置中，再将γ-氯丙基三甲氧基硅烷流速滴入反应装置中，整个过程保持搅拌状态与回流状态，合成反应结束后，静置分液，分掉下层的盐水后，再进行吸附过滤，过滤后进行减压蒸馏，得到的透明液体即为双-[丙基三甲氧基硅烷]-二硫化物硅烷偶联剂产品，该方法制备工艺简单，原理可靠，生产环境友好，产品产率高，节省资源，经济效益明显。
Description
技术领域：
本发明属于有机合成技术领域，涉及一种有机化合物硅烷偶联剂的制备方法，特别是一种双-[丙基三甲氧基硅烷]-二硫化物硅烷偶联剂的合成方法。
背景技术：
硅烷偶联剂是分子中含有有机官能团和具有水解性的硅烷活性基团的化合物的总称，使用偶联剂的目的是使有机物和无相溶性的填料以及橡胶基质结合起来，提高胶料的密着性；在胶料中添加偶联剂可改善填充剂的分散性，使混炼胶的材料性能和成型性能得以提高，利用这些特性的材料有橡胶树脂、涂料、胶粘剂、玻璃、金属表面处理剂等；含硫硅烷偶联剂一直是橡胶加工必不可缺少的助剂，主要用来提高无机填料在橡胶中的分散性及提高无机填料与橡胶的结合性，从而提高橡胶的综合性能，目前市场上常用的该类偶联剂主要为双－【丙基三乙氧基硅烷】-四硫化物；但是，现有市场上使用的双－【丙基三乙氧基硅烷】-四硫化物、双－【丙基三乙氧基硅烷】-二硫化物存在硫化返原性，易撕裂、易磨损、易屈挠龟裂等缺点。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷，寻求设计一种合成制备双-[丙基三甲氧基硅烷]-二硫化物硅烷偶联剂的方法，制备一种双-[丙基三甲氧基硅烷]-二硫化物硅烷偶联剂产品。
为了实现上述目的，本发明涉及了双-[丙基三甲氧基硅烷]-二硫化物硅烷偶联剂的合成方法，包括备料、合成和分离三个步骤，具体工艺过程是：
（1）备料：先将硫氢化钠（NaHS）、磷酸钠（Na3PO4）、硫磺粉和水按照9:20:3:20的重量比例配成混合溶液，在反应装置中搅拌并加热混合溶液，反应装置包括烧瓶、烧锅或反应釜，优选为反应釜，将反应装置中的混合溶液加热到75-78℃，保温水解1小时至固体物全部溶解，在反应装置中备用；
（2）合成：将四丁基溴化铵（C16H36BrN）按1:3-5的重量比例溶于水中配成混合催化剂溶液，然后将此混合催化剂溶液加入到反应装置中，温度控制在85-88℃，再将250gγ-氯丙基三甲氧基硅烷流速滴入反应装置中，滴加时间为0.5小时，滴加完成后保温反应2小时，整个过程保持搅拌状态与回流状态，至合成反应完成；
（3）分离：合成反应结束后，停止搅拌，静置分液，上层为有机相，下层为盐水相，分掉下层的盐水后，用活性炭与吸水树脂进行吸附过滤，过滤后开启真空泵进行减压蒸馏，减压蒸馏负压高于-0.95个大气压，蒸馏温度为125-145℃，蒸馏分离后得到的透明液体即为双-[丙基三甲氧基硅烷]-二硫化物硅烷偶联剂产品。
本发明与现有技术相比，采用在催化剂存在的两相反应体系中进行反应合成得到双－【丙基三甲氧基硅烷】-二硫化物，该工艺相对于传统的硅烷偶联剂工艺具有生产成本低、安全性高、操作简单、反应时间短、产率高等特点，适合进行工业化生产，制得的双-[丙基三甲氧基硅烷]-二硫化物硅烷偶联剂作为橡胶偶联剂可广泛用于硫磺硫化或白炭黑填充的橡胶胶料,适合于天然橡胶、异戊橡胶、丁苯胶、顺丁胶、丁腈胶、丁基、卤代丁基胶、三元乙丙胶及这些橡胶的并用胶料,用于制造轮胎体、胎侧、胎面、钢丝粘合胶料、传动带外层胶、实心轮胎、胶辊及鞋底等；同时，双-[丙基三甲氧基硅烷]-二硫化物硅烷偶联剂可显著提高橡胶的物理及加工性能；提高填料在基胶中的分散性,降低了胶料的粘度，提高硫化胶的抗撕裂、耐磨损、耐屈挠龟裂等性能,相对于双－【丙基三乙氧基硅烷】-四硫化物、双－【丙基三乙氧基硅烷】-二硫化物，双-[丙基三甲氧基硅烷]-二硫化物作为偶联剂可增加天然橡胶硫化胶的抗硫化返原性,使橡胶性能更稳定,且不易烧焦，其制备工艺简单，原理可靠，生产环境友好，产品产率高，节省资源，经济效益明显。
具体实施方式：
下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述。
实施例1：
本实施例先将45g硫氢化钠、100g磷酸钠、15g硫磺粉跟100g水配成混合溶液，搅拌并加热反应装置中的混合溶液到76-78℃，保温水解1小时,再加入催化剂溶液，催化剂溶液为3g四丁基溴化铵溶于10g水中配成混合催化剂溶液，加入到反应装置中，温度控制在85-88℃，将250gγ-氯丙基三甲氧基硅烷流速滴入反应装置中，滴加时间为0.5小时，滴加完成后反应保温2小时，整个反应过程保持搅拌状态与回流状态，反应结束后，停止搅拌，静置分液，上层为有机相，下层为盐水相，分掉下层的盐水后用活性炭与吸水树脂吸附，过滤后开启真空泵进行减压蒸馏，减压蒸馏负压高于-0.95个大气压，蒸馏温度125-145℃，得到的透明液体即为双-[丙基三甲氧基硅烷]-二硫化物硅烷偶联剂产品。
实施例2：
本实施例先将90kg硫氢化钠、200kg磷酸钠、30kg硫磺粉加入反应釜中，然后加入200kg水，开启搅拌并缓慢加热反应釜中的混合溶液至75-78℃，保温水解2小时，加入催化剂溶液，催化剂溶液为3kg四丁基溴化铵溶于10kg水中配成的混合催化剂溶液，加入到反应釜中，温度控制在83-85℃，将250kgγ-氯丙基三甲氧基硅烷流速滴入反应装置中，滴加时间为1.5小时，滴加完成后保温反应3小时；整个过程保持搅拌状态与回流状态，反应结束后，停止搅拌，静置分液，上层为有机相，下层为盐水相，分掉下层的盐水后用活性炭与吸水树脂吸附，过滤后开启真空泵进行减压蒸馏，减压蒸馏负压高于-0.95个大气压，蒸馏温度125-145℃，得到是透明液体即为双-[丙基三甲氧基硅烷]-二硫化物硅烷偶联剂产品。
Claims (7)
1.一种双-[丙基三甲氧基硅烷]-二硫化物硅烷偶联剂的合成方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)备料：先将硫氢化钠（NaHS）、磷酸钠（Na3PO4）、硫磺粉和水按照9:20:3:20的重量比例配成混合溶液，在反应装置中搅拌并加热混合溶液，将反应装置中的混合溶液加热到75-78℃，直至固体物全部溶解，在反应装置中备用；
(2)合成：将四丁基溴化铵（C16H36BrN）溶于水中配成混合催化剂溶液，然后将此混合催化剂溶液加入到反应装置中，温度控制在83-88℃，再将γ-氯丙基三甲氧基硅烷流速滴入反应装置中，滴加时间为0.5小时，整个过程保持搅拌状态与回流状态，至合成反应完成；
(3)分离：合成反应结束后，停止搅拌，静置分液，上层为有机相，下层为盐水相，分掉下层的盐水后，用活性炭与吸水树脂进行吸附过滤，过滤后进行减压蒸馏，减压蒸馏负压高于-0.95个大气压，蒸馏温度为125-145℃，蒸馏分离后得到的透明液体即为双-[丙基三甲氧基硅烷]-二硫化物硅烷偶联剂产品。
2.如权利要求1所述的双-[丙基三甲氧基硅烷]-二硫化物硅烷偶联剂的合成方法，其特征在于：所述反应装置采用烧瓶、烧锅或反应釜。
3.如权利要求1或2所述的双-[丙基三甲氧基硅烷]-二硫化物硅烷偶联剂的合成方法，其特征在于：所述四丁基溴化铵（C16H36BrN）按1:3-5的重量比例溶于水。
4.如权利要求1或2所述的双-[丙基三甲氧基硅烷]-二硫化物硅烷偶联剂的合成方法，其特征在于：在备料过程中，待固体物全部溶解后，保温水解1小时。
5.如权利要求1或2所述的双-[丙基三甲氧基硅烷]-二硫化物硅烷偶联剂的合成方法，其特征在于：在合成过程中，按照γ-氯丙基三甲氧基硅烷与硫氢化钠50:9的重量比例，加入γ-氯丙基三甲氧基硅烷。
6.如权利要求1或2所述的双-[丙基三甲氧基硅烷]-二硫化物硅烷偶联剂的合成方法，其特征在于：滴加完成后保温反应2小时。
7.如权利要求1或2所述的双-[丙基三甲氧基硅烷]-二硫化物硅烷偶联剂的合成方法，其特征在于：在减压蒸馏过程中，采用真空泵进行抽真空减压。
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