CN105418668A - 3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的制备方法，涉及烷氧基硅烷的制备方法领域，该方法的步骤如下：在反应釜中依次加入3-氯丙基三甲氧基硅烷、丙烯酸盐、阻聚剂ZJ-705、相转移催化剂，控制反应温度110℃～150℃，常压下搅拌4～8小时，过滤混合液，得到滤渣和滤液；用甲醇洗涤滤渣，收集洗涤液，合并滤液和洗涤液，转入精馏釜中，常压下精馏，除去甲醇，然后在温度96℃～100℃、真空度-0.098～-0.094MPa下精馏，得到3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。本发明所用的阻聚剂ZJ-705为高效阻聚剂，且在制备过程中增加洗涤滤渣、合并滤液洗涤液的步骤，得到的产品纯度高达98.1％～99.6％，质量收率高达83.6％～86.9％。
Description
技术领域
本发明涉及烷氧基硅烷的制备方法领域，具体是涉及一种3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的制备方法。
背景技术
3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷是一种带有不饱和极性键的碳官能硅烷。与3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷相比，3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷更容易在游离基的引发下，发生自聚或共聚反应。因此，3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷可以用于制备UV、EB固化型材料，提高反应效率、增强粘结性，还可用于改性共聚合生成的丙烯类树脂，应用广泛。
3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的合成工艺有以下两种：
加成法：即采用3-丙烯酸烯丙酯和三甲氧基硅烷为原料，铂催化加成反应；
缩合法，即采用丙烯酸盐和3-氯丙基三甲氧基硅烷为原料，通过缩合反应得到产品。
丙烯酸烯丙酯原料不易得到，价格高，而且制备过程中易聚合；丙烯酸盐、3-氯丙基三甲氧基硅烷原料易得，价格便宜，因此，现有的3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷普遍采用缩合法合成。
目前，关于3-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷的制备方法专利报道较多，但是关于3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的制备方法专利较少。申请号为200910044793.6的发明专利，公开了3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的一种制备方法，该方法采用丙烯酸和氢氧化钠合成丙烯酸钠，在加入阻聚剂对羟基苯甲醚和碱性催化剂三乙基苄基氯化胺的条件下，与3-氯丙基三甲氧基硅烷进行反应，得到3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷；该专利没有介绍反应收率，而且提纯后产品纯度只能达到85％，因此，使用现有的3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的制备方法得到的产品纯度较低，不适合作为原料在工业生产中使用。申请号为201410099940.0的发明专利申请，公开了一种丙烯酰氧基丙基三烷氧基硅烷的制备方法，该方法的质量收率最高只能达到84.3％，且在缩合反应过程和精馏过程中都采用了阻聚技术，制备过程较复杂，不利于3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的工业化生产。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的制备方法，本发明所用的阻聚剂ZJ-705为高效阻聚剂，且在制备过程中增加洗涤滤渣、合并滤液洗涤液的步骤，得到的3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的纯度高达98.1％～99.6％，适合作为原料在工业生产中使用。本发明的质量收率高达83.6％～86.9％，而且制备过程简单，有利于3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的工业化生产。
本发明提供一种3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的制备方法，包括以下步骤：
在带有机械搅拌装置、温度计、回流冷凝器的反应釜中，依次加入3-氯丙基三甲氧基硅烷、丙烯酸盐、阻聚剂ZJ-705、相转移催化剂，丙烯酸盐与3-氯丙基三甲氧基硅烷的摩尔比为1：0.9～1：1.2，阻聚剂ZJ-705与3-氯丙基三甲氧基硅烷的质量比为0.001：1～0.01：1，相转移催化剂与3-氯丙基三甲氧基硅烷的质量比为0.005：1～0.03：1；搅拌混合，反应温度控制在110℃～150℃，在常压下进行搅拌，搅拌时间为4～8小时，降温，得到红褐色浑浊混合液；对红褐色浑浊混合液进行过滤，得到滤渣和红褐色透明滤液；采用甲醇洗涤滤渣，收集洗涤液，合并滤液和洗涤液；将滤液和洗涤液转入精馏釜中，先在常压下精馏，除去甲醇，然后在温度96℃～100℃、真空度-0.098～-0.094MPa下精馏，得到3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，为无色透明液体。
在上述技术方案的基础上，所述丙烯酸盐为丙烯酸钠或丙烯酸钾。
在上述技术方案的基础上，所述相转移催化剂为四乙基溴化铵、四丁基溴化铵、三苯基丁基溴化鏻中的任意一种。
在上述技术方案的基础上，所述丙烯酸盐与3-氯丙基三甲氧基硅烷的摩尔比为1：0.95～1：1.05。
在上述技术方案的基础上，所述阻聚剂ZJ-705与3-氯丙基三甲氧基硅烷的质量比为0.004：1～0.006：1。
在上述技术方案的基础上，所述相转移催化剂与3-氯丙基三甲氧基硅烷的质量比为0.01：1～0.02：1。
在上述技术方案的基础上，所述反应温度控制在115℃～135℃。
在上述技术方案的基础上，所述搅拌时间为4～6小时。
在上述技术方案的基础上，采用离心机对红褐色浑浊混合液进行过滤。
在上述技术方案的基础上，包括以下步骤：
在带有机械搅拌装置、温度计、回流冷凝器的反应釜中，依次加入397.2千克的3-氯丙基三甲氧基硅烷、220.4千克的丙烯酸钾、2.0千克的阻聚剂ZJ-705、6.0千克的四丁基溴化铵，搅拌混合，通蒸汽加热，反应温度控制在125℃～130℃，在常压下进行搅拌，搅拌时间为5小时，降温，得到红褐色浑浊混合液；对红褐色浑浊混合液采用离心机进行过滤，得到滤渣和红褐色透明滤液；采用甲醇洗涤滤渣，收集洗涤液，合并滤液和洗涤液；将滤液和洗涤液转入精馏釜中，先在常压下精馏，除去甲醇，然后在温度96℃～98℃、真空度-0.098MPa下精馏，得到3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，为无色透明液体。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
(1)本发明所用的阻聚剂ZJ-705是一种耐高温型烯基单体的特异阻聚剂，与常规的阻聚剂相比，更加高效，能够有效避免3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷在反应过程和精馏过程中发生聚合，因此，得到的3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷产品纯度达到98.1％～99.6％，产品纯度高，适合作为原料在工业生产中使用。
(2)本发明在现有的3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的制备过程中，增加洗涤滤渣、合并滤液洗涤液这2个步骤，能够有效增加3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的质量收率，以所用的3-氯丙基三甲氧基硅烷计，质量收率能够提高到83.6％～86.9％。
(3)本发明在制备过程中不需使用有机溶剂，反应条件温和，反应时间短，制备过程简单，有利于3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的工业化生产。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
本发明实施例提供一种3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的制备方法，包括以下步骤：
在带有机械搅拌装置、温度计、回流冷凝器的反应釜中，依次加入3-氯丙基三甲氧基硅烷、丙烯酸盐、阻聚剂ZJ-705、相转移催化剂，丙烯酸盐与3-氯丙基三甲氧基硅烷的摩尔比为1：0.9～1：1.2，阻聚剂ZJ-705与3-氯丙基三甲氧基硅烷的质量比为0.001：1～0.01：1，相转移催化剂与3-氯丙基三甲氧基硅烷的质量比为0.005：1～0.03：1；搅拌混合，反应温度控制在110℃～150℃，在常压下进行搅拌，搅拌时间为4～8小时，降温，得到红褐色浑浊混合液；对红褐色浑浊混合液进行过滤，得到滤渣和红褐色透明滤液；采用甲醇洗涤滤渣，收集洗涤液，合并滤液和洗涤液；将滤液和洗涤液转入精馏釜中，先在常压下精馏，除去甲醇，然后在温度96℃～100℃、真空度-0.098～-0.094MPa下精馏，得到3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，为无色透明液体。
丙烯酸盐可以为丙烯酸钠或丙烯酸钾，优选丙烯酸钾。
相转移催化剂可以为四乙基溴化铵、四丁基溴化铵、三苯基丁基溴化鏻中的任意一种，优选四丁基溴化铵。
丙烯酸盐与3-氯丙基三甲氧基硅烷的摩尔比可以为1：0.95～1：1.05，优选为1：1。
阻聚剂ZJ-705与3-氯丙基三甲氧基硅烷的质量比可以为0.004：1～0.006：1，优选为0.005：1。
相转移催化剂与3-氯丙基三甲氧基硅烷的质量比可以为0.01：1～0.02：1，优选为0.015：1。
反应温度可以为115℃～135℃，优选为125℃～130℃。
搅拌时间可以为4～6小时，优选为5小时。
可以采用离心机对红褐色浑浊混合液进行过滤。
丙烯酸钾和3-氯丙基三甲氧基硅烷在阻聚剂ZJ-705和相转移催化剂作用下，生成3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，反应方程式为：
以下结合5个实施例和1个比较例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
本实施例提供一种3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的制备方法，包括以下步骤：
在带有机械搅拌装置、温度计、回流冷凝器的1000升的搪瓷反应釜中，依次加入357.5千克(1.8kmol)3-氯丙基三甲氧基硅烷、220.4千克(2kmol)丙烯酸钾、0.35千克阻聚剂ZJ-705、1.8千克四丁基溴化铵，搅拌混合。通蒸汽加热，反应温度控制在145℃～150℃，在常压下进行搅拌，搅拌时间为8小时，降温，得到红褐色浑浊混合液；对红褐色浑浊混合液采用离心机进行过滤，得到滤渣和红褐色透明滤液；用100千克甲醇洗涤滤渣，收集洗涤液，合并滤液和洗涤液。将滤液和洗涤液转入精馏釜中，先在常压下精馏，除去甲醇，然后在温度96℃～98℃、真空度-0.098MPa下精馏，得到310.6千克3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，为无色透明液体。
采用上述制备方法得到的3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷产品纯度为98.1％，以所用3-氯丙基三甲氧基硅烷计，质量收率为86.9％。
实施例2
本实施例提供一种3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的制备方法，包括以下步骤：
在带有机械搅拌装置、温度计、回流冷凝器的1000升的搪瓷反应釜中，依次加入476.6千克(2.4kmol)3-氯丙基三甲氧基硅烷、220.4千克(2kmol)丙烯酸钾、4.8千克阻聚剂ZJ-705、14.3千克四丁基溴化铵，搅拌混合。通蒸汽加热，反应温度控制在110℃～115℃，在常压下进行搅拌，搅拌时间为4小时，降温，得到红褐色浑浊混合液；对红褐色浑浊混合液采用离心机进行过滤，得到滤渣和红褐色透明滤液；用100千克甲醇洗涤滤渣，收集洗涤液，合并滤液和洗涤液。将滤液和洗涤液转入精馏釜中，先在常压下精馏，除去甲醇，然后在温度97℃～99℃、真空度-0.095MPa下精馏，得到404.1千克3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，为无色透明液体。
采用上述制备方法得到的3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷产品纯度为99.2％，以所用3-氯丙基三甲氧基硅烷计，质量收率为84.8％。
实施例3
本实施例提供一种3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的制备方法，包括以下步骤：
在带有机械搅拌装置、温度计、回流冷凝器的1000升的搪瓷反应釜中，依次加入397.2千克(2kmol)3-氯丙基三甲氧基硅烷、220.4千克(2kmol)丙烯酸钾、2.0千克阻聚剂ZJ-705、6.0千克四丁基溴化铵，搅拌混合。通蒸汽加热，反应温度控制在125℃～130℃，在常压下进行搅拌，搅拌时间为5小时，降温，得到红褐色浑浊混合液；对红褐色浑浊混合液采用离心机进行过滤，得到滤渣和红褐色透明滤液；用200千克甲醇洗涤滤渣，收集洗涤液，合并滤液和洗涤液。将滤液和洗涤液转入精馏釜中，先在常压下精馏，除去甲醇。然后在温度96℃～98℃、真空度-0.098MPa下精馏，得到340.1千克3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，为无色透明液体。
采用上述制备方法得到的3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷产品纯度为99.6％，以所用3-氯丙基三甲氧基硅烷计，质量收率为85.6％。
实施例4
本实施例提供一种3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的制备方法，包括以下步骤：
在带有机械搅拌装置、温度计、回流冷凝器的1000升的搪瓷反应釜中，依次加入436.9千克(2.1kmol)3-氯丙基三甲氧基硅烷、188.1千克(2kmol)丙烯酸钠、1.6千克阻聚剂ZJ-705、5千克四乙基溴化铵，搅拌混合。通蒸汽加热，反应温度控制在120℃～125℃，在常压下进行搅拌，搅拌时间为4小时，降温，得到红褐色浑浊混合液；对红褐色浑浊混合液采用离心机进行过滤，得到滤渣和红褐色透明滤液；用200千克甲醇洗涤滤渣，收集洗涤液，合并滤液和洗涤液。将滤液和洗涤液转入精馏釜中，先在常压下精馏，除去甲醇。然后在温度98℃～100℃、真空度-0.094MPa下精馏，得到365.2千克3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，为无色透明液体。
采用上述制备方法得到的3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷产品纯度为98.3％，以所用3-氯丙基三甲氧基硅烷计，质量收率为83.6％。
实施例5
本实施例提供一种3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的制备方法，包括以下步骤：
在带有机械搅拌装置、温度计、回流冷凝器的1000升的搪瓷反应釜中，依次加入377.3千克(1.9kmol)3-氯丙基三甲氧基硅烷、188.1千克(2kmol)丙烯酸钠、2.3千克阻聚剂ZJ-705、7.5千克三苯基丁基溴化鏻，搅拌混合。通蒸汽加热，反应温度控制在135℃～140℃，在常压下进行搅拌，搅拌时间为6小时，降温，得到红褐色浑浊混合液；对红褐色浑浊混合液采用离心机进行过滤，得到滤渣和红褐色透明滤液；用200千克甲醇洗涤滤渣，收集洗涤液，合并滤液和洗涤液。将滤液和洗涤液转入精馏釜中，先在常压下精馏，除去甲醇。然后在温度96℃～98℃、真空度-0.097MPa下精馏，得到322.2千克3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，为无色透明液体。
采用上述制备方法得到的3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷产品纯度为98.6％，以所用3-氯丙基三甲氧基硅烷计，质量收率为85.4％。
比较例1
现有的3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的制备方法，包括以下步骤：
在带有机械搅拌装置、温度计、回流冷凝器的1000升的搪瓷反应釜中，加入将436.9千克(2.1kmol)3-氯丙基三甲氧基硅烷、220.4千克(2kmol)丙烯酸钾、1.6千克对羟基苯甲醚、5千克四乙基溴化铵，搅拌混合。反应温度控制在120℃～125℃，在常压下进行搅拌，搅拌时间为4小时，降温，得到红褐色浑浊混合液；对浑浊混合液采用离心机过滤，得到红褐色透明滤液；将滤液转入精馏釜中，然后在温度96℃～98℃、真空度-0.098MPa下精馏，得到321.4千克3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，为无色透明液体。
采用上述现有的制备方法得到的3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷产品纯度为97.3％，以所用3-氯丙基三甲氧基硅烷计，质量收率为73.6％。
结果分析：从上述5个实施例和1个比较例可以看出，本发明实施例制备的3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的纯度达到98.1％～99.6％，高于比较例中的纯度97.3％；以所用3-氯丙基三甲氧基硅烷计，本发明实施例制备的3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的质量收率达到83.6％～86.9％，明显高于比较例中的质量收率73.6％。经比较，上述5个实施例中，最佳实施例为实施例3，实施例3制备得到的产品纯度为99.6％，以所用3-氯丙基三甲氧基硅烷计，质量收率为85.6％。
本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种修改和变型，倘若这些修改和变型在本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则这些修改和变型也在本发明的保护范围之内。
说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。
Claims (10)
1.一种3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
在带有机械搅拌装置、温度计、回流冷凝器的反应釜中，依次加入3-氯丙基三甲氧基硅烷、丙烯酸盐、阻聚剂ZJ-705、相转移催化剂，丙烯酸盐与3-氯丙基三甲氧基硅烷的摩尔比为1：0.9～1：1.2，阻聚剂ZJ-705与3-氯丙基三甲氧基硅烷的质量比为0.001：1～0.01：1，相转移催化剂与3-氯丙基三甲氧基硅烷的质量比为0.005：1～0.03：1；搅拌混合，反应温度控制在110℃～150℃，在常压下进行搅拌，搅拌时间为4～8小时，降温，得到红褐色浑浊混合液；对红褐色浑浊混合液进行过滤，得到滤渣和红褐色透明滤液；采用甲醇洗涤滤渣，收集洗涤液，合并滤液和洗涤液；将滤液和洗涤液转入精馏釜中，先在常压下精馏，除去甲醇，然后在温度96℃～100℃、真空度-0.098～-0.094MPa下精馏，得到3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，为无色透明液体。
2.如权利要求1所述的3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的制备方法，其特征在于：所述丙烯酸盐为丙烯酸钠或丙烯酸钾。
3.如权利要求1所述的3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的制备方法，其特征在于：所述相转移催化剂为四乙基溴化铵、四丁基溴化铵、三苯基丁基溴化鏻中的任意一种。
4.如权利要求1所述的3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的制备方法，其特征在于：所述丙烯酸盐与3-氯丙基三甲氧基硅烷的摩尔比为1：0.95～1：1.05。
5.如权利要求1所述的3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的制备方法，其特征在于：所述阻聚剂ZJ-705与3-氯丙基三甲氧基硅烷的质量比为0.004：1～0.006：1。
6.如权利要求1所述的3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的制备方法，其特征在于：所述相转移催化剂与3-氯丙基三甲氧基硅烷的质量比为0.01：1～0.02：1。
7.如权利要求1所述的3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的制备方法，其特征在于：所述反应温度控制在115℃～135℃。
8.如权利要求1至7中任一项所述的3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的制备方法，其特征在于：所述搅拌时间为4～6小时。
9.如权利要求1至7中任一项所述的3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的制备方法，其特征在于：采用离心机对红褐色浑浊混合液进行过滤。
10.如权利要求1所述的3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在带有机械搅拌装置、温度计、回流冷凝器的反应釜中，依次加入397.2千克的3-氯丙基三甲氧基硅烷、220.4千克的丙烯酸钾、2.0千克的阻聚剂ZJ-705、6.0千克的四丁基溴化铵，搅拌混合，通蒸汽加热，反应温度控制在125℃～130℃，在常压下进行搅拌，搅拌时间为5小时，降温，得到红褐色浑浊混合液；对红褐色浑浊混合液采用离心机进行过滤，得到滤渣和红褐色透明滤液；采用甲醇洗涤滤渣，收集洗涤液，合并滤液和洗涤液；将滤液和洗涤液转入精馏釜中，先在常压下精馏，除去甲醇，然后在温度96℃～98℃、真空度-0.098MPa下精馏，得到3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，为无色透明液体。
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