CN103333198A - 一种不饱合酰氧基硅烷及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种不饱合酰氧基硅烷及其制备方法,不饱合酰氧基硅烷指的是烷基不饱合酰氧基烷基硅烷通式可以表示为:C=CR1COOR2Si(R3)n(OR4)3-n其中R1为H或C1-C4直链或支链的烷基、亚烷基,R2为C1-C4直链或支链的烷基、亚烷基,R3、R4为甲基、乙基或丙基,n为0到2的整数。本发明制备方法是采用一种新型的催化剂用于制备不饱合酰氧基硅烷,该发明的催化剂是使用1,8-二氮杂二环[5.4.0]十一碳-7-烯(DBU)与卤代烷反应在有机溶剂的作用下生成DBU卤化物,不饱合酰氧基硅烷的制备是采用不饱合羧酸盐与γ-氯丙基三甲氧基硅烷在相转移催化剂DBU卤化物的作用下制得,该新型催化剂碱性相对变弱,与吡啶类催化剂以及DBU本身相比,反应温度适中,反应稳定性更高,歧化反应变少,而且不饱合硅烷在碱性条件下极易聚合,选择相对碱性较弱的催化剂降低聚合风险。
Description
技术领域
本发明主要涉及化学药品的制备领域,尤其涉及一种不饱合酰氧基硅烷及其制备方法。
背景技术
不饱合酰氧基硅烷包括的产品较多在这其中应用比较广泛的有:g-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、g-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、g-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷以及g-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二乙氧基硅烷,这类化合物的特点都是具有不饱和极性键的碳官能硅烷,由于分子中即带有不饱合键又同时具有羧基官能团,使这一类化合物成为性能优良的硅烷偶联剂,可以广泛应用于:
1、聚酯型增强材料如聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯、ABS、聚丁二烯等。
2、玻璃纤维浸润剂,提高玻璃纤维的机械强度,干态、湿态强度提高玻璃纤维与有机化合物的结合强度。
3、电线电缆,可以有效提高机械强度与湿态电气性能。
4、无机填料处理,如二氧化硅、玻璃、硅酸盐、其它金属氧化物等。
5、石油开采,用于石油开采中的固沙。
6、其它行业如电子行业、胶粘剂以及涂料都有不同程度的应用。
正如权利提到的不饱合酰氧基硅烷特殊的结构,其不饱合键在碱性、酸性以及高温的情况下即使加入阻聚剂,也会产生凝胶化或聚合现象,给生产带来一定的困难,同时也不利于生产成本的控制。目前,国内外生产不饱合酰氧基硅烷的方法有两种,主要为硅氢加成法与亲核取代法,硅氢加成法的主要原料为二烯烃羧酸酸与烷氧基氢硅烷在铂催化剂或铂化合物的催化剂存在的条件下制备,亲核取代法的主要原料不饱合羧酸盐与卤烷基硅烷在相转移催化剂的存在下生成不饱合酰氧基硅烷与卤盐。根据文献检索有JP51348/65提到三乙胺,二甲苯胺,四甲基氯化铵和氯化苄基三甲基铵为相转移催化剂;US:5117027提到4-二甲基氨基吡啶、溴化1-(2-乙基己基)-4-二甲基氨基吡啶、氯化1-(2-乙基己基)-4-二-正丁基氨基吡啶、氯化1-新戊基-4-(4-甲基哌啶)吡啶、溴化1-正辛基-4-二甲基氨基吡啶、氯化1-新戊基-4-二正丁基氨基吡啶;CN 101248081A提到使用氯化六乙基胍相转移催化剂。上述提到的相转移催化剂,催化反应温度较高、催化剂价格较高、部分催化剂的碱性较强、而且催化转化率低。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷,提供一种新方法用于制备不饱合酰氧基硅烷,该方法可以使降低催化转化的温度,提高产品的转化率,降低催化体系的碱性,降低不饱合酰氧基硅烷的凝胶和聚合的概率。
本发明是通过以下技术方案实现的:
一种不饱合酰氧基硅烷,是指烷基不饱合酰氧基烷基硅烷,该硅烷通式可以表示为:C=CR1COOR2Si(R3)n(OR4)3-n
其中R1为H或C1-C4直链或支链的烷基、亚烷基,R2为C1-C4直链或支链的烷基、亚烷基,R3、R4为甲基、乙基或丙基,n为0到2的整数。
不饱合酰氧基硅烷的制备方法,包括以下步骤:
将使用N2置换2-4次的反应釜中,将γ-氯丙基烷氧基硅烷加入反应釜中升温至80-100℃,加入相转移催化剂、阻聚剂、不饱合羧酸盐加料完毕后升温至120℃-150oC,并在此温度下反应1-3h,反应完成后冷却降温,使用离心机除去副产物卤盐,收集液体并进行蒸馏;
其中γ-氯丙基烷氧基硅烷和不饱合羧酸盐摩尔配比为1:1-1.05,质量比γ-氯丙基烷氧基硅烷:相转移催化剂:阻聚剂=100:0.5:0.1;相转移催化剂为一种DBU卤化物。
所述制备不饱合酰氧基硅烷的过程在溶剂体系或无溶剂体系中进行。
所述的不饱合羧酸盐为甲基丙烯酸钠或钾、丙烯酸钠或钾、丁烯酸钠或钾,其颗直径大小在200-500目。
所述的阻聚剂选自N,N-二苯基对苯二胺、N,N-二萘基对苯二胺、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、对苯二酚甲基醚中的一种。
所述的DBU卤化物为烷基1,8-二氮杂二环[5.4.0]十一碳-7-烯卤化物,其制备方法包括以下步骤:
在摩尔比DBU:卤代烷=1:1-1.05,在有机溶剂的作用下于30oC--80℃滴加卤代烷至DBU中,滴加过程中有白色固体析出,滴加完毕后在50℃ -80℃保持0.5-1.5h,过滤出固体再用真空干燥法除去有机溶剂;其卤代烷选自氯丙烷、氯丁烷、溴乙烷、溴丙烷、溴丁烷中的一种。
本发明的有益效果是:
本发明的催化剂是使用1,8-二氮杂二环[5.4.0]十一碳-7-烯(DBU)与卤代烷反应在有机溶剂的作用下生成DBU卤化物,不饱合酰氧基硅烷的制备是采用不饱合羧酸盐与γ-氯丙基三甲氧基硅烷在相转移催化剂DBU卤化物的作用下制得,该新型催化剂碱性相对变弱,与吡啶类催化剂以及DBU本身相比,反应温度适中,反应稳定性更高,歧化反应变少,而且不饱合硅烷在碱性条件下极易聚合,选择相对碱性较弱的催化剂降低聚合风险。
具体实施方式
实施例1
在装有冷凝器、搅拌器、滴加装置的50L反应釜中加入N,N-二甲基甲酰胺20kg、1,8-二氮杂二环[5.4.0]十一碳-7-烯15.2kg开启搅拌器缓慢升温至50℃ -80℃时关闭加热缓慢滴加溴乙烷10.9kg,滴加速度为90g/min,滴加过程不能过快否则在白色固体盐析出时温度会快速上升,不易控制,滴加完毕后在50℃ -80℃保持1h。冷却后使用离心设备除去溶剂,固体盐加入至真空干燥箱中于80oC法除去有机溶剂,得到固体乙基1,8-二氮杂二环[5.4.0]十一碳-7-烯溴化盐21.2kg,收率为81.2%,将盐密封保存。
实施例2
在装有冷凝器、搅拌器、滴加装置的50L反应釜中加入N,N-二甲基甲酰胺20kg、1,8-二氮杂二环[5.4.0]十一碳-7-烯15.2kg开启搅拌器缓慢升温至50℃ -80℃时关闭加热缓慢滴加1-氯丙烷7.85kg,滴加速度为90g/min,滴加过程不能过快否则在白色固体盐析出时温度会快速上升,不易控制,滴加完毕后在50℃ -80℃保持1h。冷却后使用离心设备除去溶剂,固体盐加入至真空干燥箱中于80oC法除去有机溶剂,得到固体盐丙基1,8-二氮杂二环[5.4.0]十一碳-7-烯氯化盐19.8kg,收率为86.1%,将盐密封保存。
实施例3
装有搅拌器、冷凝器、氮气保护装置的500L反应釜中,通入氮气置换出釜中空气,升温至50—60℃加入γ-氯丙基三甲氧基硅烷400kg,开启搅拌温度升至100℃加入实例1中制备的乙基1,8-二氮杂二环[5.4.0]十一碳-7-烯溴化盐2kg、N,N-二苯基对苯二胺0.4kg与甲基丙烯酸钾盐254.4kg,物料继续升温至120-150℃时,保持温度2-3h后结束冷却降温,使用离心机除去反应生成的氯经钾,合并滤液进行蒸馏,GC检测表明滤液中γ-氯丙基三甲氧基硅烷还有0.21%残留,在压力为1500Pa时收集120-130℃馏分421kg,产品收率84.5%.
实施例4
装有搅拌器、冷凝器、氮气保护装置的500L反应釜中,通入氮气置换出釜中空气,升温至50—60℃加入γ-氯丙基三甲氧基硅烷400kg,开启搅拌温度升至100℃加入实例2中制备的烷基DBU氯化物2kg、N,N-二苯基对苯二胺0.4kg与甲基丙烯酸钾盐254.4kg,物料继续升温至120-150℃时,保持温度2-3h,冷却降温,使用离心机除去反应生成的氯经钾,合并滤液进行蒸馏,GC检测表明滤液中γ-氯丙基三甲氧基硅烷还有0.45%残留,在压力为1500Pa时收集120-130℃馏分412kg,产品收率83.1%.
实施例5
重复实施例3,所不同的是将γ-氯丙基三甲氧基硅烷400kg换成γ-氯丙基甲基二甲氧基硅烷400kg,甲基丙烯酸钾的量为301.4,在压力为1500Pa时收集118-128℃馏分405kg,产品收率87.3%.
实施例6
重复实施例5,所不同的将乙基1,8-二氮杂二环[5.4.0]十一碳-7-烯溴化盐换成丙基1,8-二氮杂二环[5.4.0]十一碳-7-烯氯化盐,在压力为1500Pa时收集118-128℃馏分498kg,产品收率85.8%.
实施例7
重复实施例3,所不同的是将γ-氯丙基三甲氧基硅烷400kg换成γ-氯丙基三乙氧基硅烷400kg,甲基丙烯酸钾的量为210kg,在压力为1500Pa时收集124-135℃馏分462kg,产品收率79.7%.
实施例8
重复实施例3,所不同的是将γ-氯丙基三甲氧基硅烷400kg换成γ-氯丙基三乙氧基硅烷400kg,甲基丙烯酸钾的量为210kg,将乙基1,8-二氮杂二环[5.4.0]十一碳-7-烯溴化盐换成丙基1,8-二氮杂二环[5.4.0]十一碳-7-烯氯化盐2kg,在压力为1500Pa时收集124-135℃馏分451kg,产品收率77.8%.
实施例9
重复实施例3所不同的是将γ-氯丙基三甲氧基硅烷400kg替换成γ-氯丙基甲基二乙氧基硅烷400kg,甲基丙烯酸钾的量为178.8kg,在压力为1500Pa时收集120-130℃馏分442kg,产品收率为85%.
实施例10
重复实施例3所不同的是将γ-氯丙基三甲氧基硅烷400kg替换成γ-氯丙基甲基二乙氧基硅烷400kg,甲基丙烯酸钾的量为178.8kg,将乙基1,8-二氮杂二环[5.4.0]十一碳-7-烯溴化盐换成丙基1,8-二氮杂二环[5.4.0]十一碳-7-烯氯化盐2kg,在压力为1500Pa时收集120-130℃馏分442kg,产品收率为85%.
实施例11
重复实施例3所不同的是将甲基丙烯酸钾178.8kg替换成丙烯酸钾223.9kg,在压力为1500Pa时收集120-130℃馏分412kg,产品收率为85.7%.
实施例12
重复实施例3所不同的是将甲基丙烯酸钾178.8kg替换成丙烯酸钾223.9kg,将乙基1,8-二氮杂二环[5.4.0]十一碳-7-烯溴化盐换成丙基1,8-二氮杂二环[5.4.0]十一碳-7-烯氯化盐2kg,在压力为1500Pa时收集120-130℃馏分408kg,产品收率为82.3%.
实施例13
重复实验3所不同的是将乙基1,8-二氮杂二环[5.4.0]十一碳-7-烯溴化盐替换为四甲基溴化铵2kg,反应完成后γ-氯丙基三甲氧基硅烷有17%未参与反应。
实施例14
重复实验3所不同的是将乙基1,8-二氮杂二环[5.4.0]十一碳-7-烯溴化盐替换为苄基三乙基氯化铵2kg,反应完成后γ-氯丙基三甲氧基硅烷有13.7%未参与反应。
实施例15
重复实验3所不同的是将乙基1,8-二氮杂二环[5.4.0]十一碳-7-烯溴化盐替换为1,8-二氮杂二环[5.4.0]十一碳-7-烯2kg,反应完成后γ-氯丙基三甲氧基硅烷有3.2%未参与反应。
实施例16
重复实验3所不同的是将乙基1,8-二氮杂二环[5.4.0]十一碳-7-烯溴化盐替换为4-二甲基氨基吡啶2kg,反应完成后γ-氯丙基三甲氧基硅烷有1.4%未参与反应。
实施例17
重复实验3所不同的是将乙基1,8-二氮杂二环[5.4.0]十一碳-7-烯溴化盐替换为三乙胺2kg,反应完成后γ-氯丙基三甲氧基硅烷有6.2%未参与反应。
Claims (6)
1.一种不饱合酰氧基硅烷,是指烷基不饱合酰氧基烷基硅烷,其特征在于:该硅烷通式可以表示为:C=CR1COOR2Si(R3)n(OR4)3-n
其中R1为H或C1-C4直链或支链的烷基、亚烷基,R2为C1-C4直链或支链的烷基、亚烷基,R3、R4为甲基、乙基或丙基,n为0到2的整数。
2.如权利要求1所述的不饱合酰氧基硅烷的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
将使用N2置换2-4次的反应釜中,将γ-氯丙基烷氧基硅烷加入反应釜中升温至80-100℃,加入相转移催化剂、阻聚剂、不饱合羧酸盐加料完毕后升温至120℃-150℃,并在此温度下反应1-3h,反应完成后冷却降温,使用离心机除去副产物卤盐,收集液体并进行蒸馏;
其中γ-氯丙基烷氧基硅烷和不饱合羧酸盐的摩尔配比为1:1-1.05,γ-氯丙基烷氧基硅烷:相转移催化剂:阻聚剂的质量比为100:0.5:0.1;相转移催化剂为一种DBU卤化物。
3.根据权利要求2所述不饱合酰氧基硅烷的制备方法,其特征在于制备不饱合酰氧基硅烷的过程在溶剂体系或无溶剂体系中进行。
4.根据权利要求2所述不饱合酰氧基硅烷的制备方法,其特征在于所述的不饱合羧酸盐为甲基丙烯酸钠或钾、丙烯酸钠或钾、丁烯酸钠或钾,其颗直径大小在200-500目。
5.根据权利要求2所述不饱合酰氧基硅烷的制备方法,其特征在于所述的阻聚剂选自N,N-二苯基对苯二胺、N,N-二萘基对苯二胺、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、对苯二酚甲基醚中的一种。
6.根据权利要求2所述不饱合酰氧基硅烷的制备方法,其特征在于所述的DBU卤化物为烷基1,8-二氮杂二环[5.4.0]十一碳-7-烯卤化物,其制备方法包括以下步骤:
在摩尔比DBU:卤代烷=1:1-1.05,在有机溶剂的作用下于30oC-80℃滴加卤代烷至DBU中,滴加过程中有白色固体析出,滴加完毕后在50℃ -80℃保持0.5-1.5h,过滤出固体再用真空干燥法除去有机溶剂;其卤代烷选自氯丙烷、氯丁烷、溴乙烷、溴丙烷、溴丁烷中的一种。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20131002 |
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |