CN106674267B - 一种氰乙基三乙氧基硅烷的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及有机化学制备工艺领域，具体涉及一种氰乙基三乙氧基硅烷的制备方法。本发明是采用固载催化剂进行加成反应，主要是先将四乙氧基硅烷固载到4A分子筛上，通过水解在其上得到更多羟基，然后将钛离子固载在4A分子筛上，然后用助催化剂六甲基磷酰三胺除掉其中生成的盐酸；合成时采用混料进行进料反应，首先将催化剂和助催化剂一起投入反应釜内，混料通过固载催化剂进行加成反应，反应完后粗品可直接蒸馏得到99%以上的产品；本发明的产品摩尔收率可以达到94%以上；且固载催化剂，可重复使用，相对于现有方法合成的产品收率更高及产品质量更稳定，而且成本低、产能高、副产物少、设备要求低等优点，易工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及有机化学制备工艺领域，具体涉及一种氰乙基三乙氧基硅烷的制备方法。
背景技术
硅氢加成反应作为一种重要的加成反应，在有机合成及有机硅化学中是有着特殊用途，通过此类反应可以制得很多其他方法难以得到的官能性有单体或聚合物。本发明介绍的是一种含氰基硅烷偶联剂的合成方法，由于氰基的极性比较大，所以在应用中一方面可以提高硅烷偶联剂本身的极性，同时也可以提高硅烷偶联剂与各种基材（如玻璃、合金、石料等）的粘结性能，尤其是与金属基材。使用此类硅烷偶联剂于预处理填料、玻纤或树脂、纤维等，可以提高粘合剂对基材的粘结强度。但是，现有技术的氰乙基三乙氧基硅烷主要是采用三氯氢硅加成后在酯化，该工艺主要问题在于催化剂为液体无法重复使用、催化剂成本较高、且在此过程中需蒸馏两次影响产品收率，过程难控制，反应时间比较长，副产物较多，且产品收率比较低。
针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对相关技术中的上述技术问题：本发明提出一种产品收率较高、成本低、易工业化生产的氰乙基三乙氧基硅烷的制备方法。
本发明的技术方案是：
一种氰乙基三乙氧基硅烷的制备方法，包括以下步骤：
1）固载催化剂的配置过程：
1.1）首先向带有温度计、冷凝器和机械搅拌的反应器中定量加入分子筛和硅烷；
1.2）投料完成后将反应器温度升至100℃~105℃搅拌1.5~2.5小时后，向反应器中滴加定量的去离子水进行反应，反应1.5~2.5小时后降温至常温，然后在其中加入定量的四氯化钛；
1.3）加料完毕后将釜温升至96℃~98℃继续反应11~13小时，反应完毕后过滤，滤渣为固载催化剂粗品，将其使用定量的助催化剂浸泡2~3小时后过滤得到催化剂，助催化剂滤液备用；
2）反应过程：
2.1）先将固载好的催化剂全部填入反应釜内，在用氮气将反应釜中的空气排尽后，然后将助催化剂胺洗液投入反应釜内，同时将丙烯氰和三乙氧基硅烷定量的投入计量罐内；
2.2）投料完成后开始升温，将釜温升至56℃，混料从催化剂填充管内开始进料反应，进料过程中保持釜温在56℃~59℃之间，根据釜温控制进料速度，进料完毕后在56℃~59℃之间继续反应1.5~2.5小时；
2.3）反应完毕后将粗品导入蒸馏釜内直接蒸馏可得到99%以上的产品。导出粗品后可继续投料反应，本发明固载好的催化剂可循环使用，每次投料前均需要投助催化剂进入反应釜内。
优选的，在步骤1.1）中，所述分子筛为4A分子筛。
优选的，在步骤1.1）中，所述4A分子筛为球状、直径φ为3～5 mm。
优选的，在步骤1.1）中，所述硅烷为四乙氧基硅烷。
优选的，在步骤1.1）和1.2）中，所述硅烷：去离子水：四氯化钛的摩尔比为1:1.1:0.25。
优选的，在步骤1.3）中，所述助催化剂为六甲基磷酰三胺。
优选的，在步骤2.1）中，所述丙烯氰和三乙氧基硅烷摩尔投料比为1:1。
本发明的原理：
本发明是采用自己合成的一种固载催化剂进行加成反应，主要是先将四乙氧基硅烷固载到4A分子筛上，通过水解在其上得到更多羟基，然后将钛离子固载在4A分子筛上，然后用助催化剂六甲基磷酰三胺除掉其中生成的盐酸；合成时采用混料进行进料反应，首先将催化剂和助催化剂一起投入反应釜内，混料通过固载催化剂进行加成反应，反应完后粗品可直接蒸馏得到99%以上的产品，该固载的催化剂可以重复使用62~65次反应，每次投料前需补加助催化剂六甲基磷酰三胺，丙烯氰和三乙氧基硅烷按照原来进行投料，该方法合成的产品摩尔收率可以达到94%以上。
本发明的有益效果：
使用本发明中的催化剂为固载催化剂，可重复使用，相对于现有技术来本发明合成的产品收率更高及产品质量更稳定，而且具备成本低、产能高、副产物少、设备要求低等优点，且易工业化生产。
具体实施方式
下面将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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
首先向带有温度计、冷凝器和机械搅拌的50L反应器中加入5kg 4A分子筛和12kg四乙氧基硅烷，投料完成后将反应器温度升至100℃~105℃搅拌2小时后向反应器中滴加1.141kg的去离子水进行反应，反应2小时后降温至40℃以下，然后在其中加入2.731kg四氯化钛，加料完毕后将釜温升至96℃~98℃继续反应12小时，反应完毕后过滤，滤渣为固载后得催化剂使用23kg六甲基磷酰三胺浸泡2.5小时后过滤得到催化剂，六甲基磷酰三胺滤液备用。
先用氮气将整个反应体系中的空气排尽后，先将上述固载好的催化剂全部填入5000L反应釜内，装好后将上述六甲基磷酰三胺洗液投入反应釜内，同时将800kg丙烯氰和2042kg三乙氧基硅烷投入4000L计量罐内，投料完成后开始升温，当釜温升至56℃时将混料以300kg/h从催化剂填充管内开始进料，进料过程中保持釜温在56℃~59℃之间，进料完毕后在56℃~59℃之间继续反应2小时，反应完毕后将粗品导入蒸馏釜内直接蒸馏，最终得到99.42%含量的产品2688kg，其收率为94.6%。
实施例2
首先向带有温度计、冷凝器和机械搅拌的50L反应器中加入5kg 4A分子筛和12kg四乙氧基硅烷，投料完成后将反应器温度升至100℃~105℃搅拌2小时后向反应器中滴加1.141kg的去离子水进行反应，反应1.5小时后降温至40℃以下，然后在其中加入2.731kg四氯化钛，加料完毕后将釜温升至96℃~98℃继续反应11小时，反应完毕后过滤，滤渣为固载后得催化剂使用23kg六甲基磷酰三胺浸泡1.5小时后过滤得到催化剂，六甲基磷酰三胺滤液备用。
导料完成后投8kg六甲基磷酰三胺投入反应釜内，同时将800.0kg丙烯氰和2042kg三乙氧基硅烷投入4000L计量罐内，投料完成后开始升温，当釜温升至56℃时将混料以300kg/h从催化剂填充管内开始进料，进料过程中保持釜温在56℃~59℃之间，进料完毕后在56℃~59℃之间继续反应2小时，反应完毕后将粗品导入蒸馏釜内直接蒸馏，最终得到99.56%含量的产品2689kg，其收率为94.6%。
实施例3
首先向带有温度计、冷凝器和机械搅拌的50L反应器中加入5kg 4A分子筛和12kg四乙氧基硅烷，投料完成后将反应器温度升至100℃~105℃搅拌2小时后向反应器中滴加1.141kg的去离子水进行反应，反应2.5小时后降温至40℃以下，然后在其中加入2.731kg四氯化钛，加料完毕后将釜温升至96℃~98℃继续反应13小时，反应完毕后过滤，滤渣为固载后得催化剂使用23kg六甲基磷酰三胺浸泡3小时后过滤得到催化剂，六甲基磷酰三胺滤液备用。
导料完成后投8kg六甲基磷酰三胺投入反应釜内，同时将800.0kg丙烯氰和2042kg三乙氧基硅烷投入4000L计量罐内，投料完成后开始升温，当釜温升至56℃时将混料以300kg/h从催化剂填充管内开始进料，进料过程中保持釜温在56℃~59℃之间，进料完毕后在56℃~59℃之间继续反应2小时，反应完毕后将粗品导入蒸馏釜内直接蒸馏，最终得到99.60%含量的产品2686kg，其收率为94.5%。
实施例4
导料完成后投8kg六甲基磷酰三胺投入反应釜内，同时将800.0kg丙烯氰和2042kg三乙氧基硅烷投入4000L计量罐内，投料完成后开始升温，当釜温升至56℃时将混料以300kg/h从催化剂填充管内开始进料，进料过程中保持釜温在56℃~59℃之间，进料完毕后在56℃~59℃之间继续反应2小时，反应完毕后将粗品导入蒸馏釜内直接蒸馏，最终得到99.61%含量的产品2687kg，其收率为94.5%。
实施例5
导料完成后投8kg六甲基磷酰三胺投入反应釜内，同时将800.0kg丙烯氰和2042kg三乙氧基硅烷投入4000L计量罐内，投料完成后开始升温，当釜温升至56℃时将混料以300kg/h从催化剂填充管内开始进料，进料过程中保持釜温在56℃~59℃之间，进料完毕后在56℃~59℃之间继续反应2小时，反应完毕后将粗品导入蒸馏釜内直接蒸馏，最终得到99.59%含量的产品2687kg，其收率为94.5%。
综上所述，借助于本发明的上述技术方案，使用本发明中的催化剂为固载催化剂，可重复使用62~65锅次反应，相对于现有技术来本专利合成的产品收率更高及产品质量更稳定，而且具备成本低、产能高、副产物少、设备要求低等优点，且易工业化生产。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种氰乙基三乙氧基硅烷的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）、固载催化剂的配置过程：
1.1）首先向带有温度计、冷凝器和机械搅拌的反应器中定量加入分子筛和硅烷；
1.2）投料完成后将反应器温度升至100℃~105℃搅拌1.5~2.5小时后，向反应器中滴加定量的去离子水进行反应，反应1.5~2.5小时后降温至常温，然后在其中加入定量的四氯化钛；
1.3）加料完毕后将反应器温升至96℃~98℃继续反应11~13小时，反应完毕后过滤，滤渣为固载催化剂粗品，将其使用定量的助催化剂浸泡2~3小时后过滤得到催化剂，助催化剂滤液备用；
2）、反应过程：
2.1）先将固载好的催化剂全部填入反应釜内，在用氮气将反应釜中的空气排尽后，然后将助催化剂滤液投入反应釜内，同时将丙烯氰和三乙氧基硅烷定量的投入计量罐内；
2.2）投料完成后开始升温，将釜温升至56℃，混料从催化剂填充管内开始进料反应，进料过程中保持釜温在56℃~59℃之间，根据釜温控制进料速度，进料完毕后在56℃~59℃之间继续反应1.5~2.5小时；
2.3）反应完毕后将粗品导入蒸馏釜内直接蒸馏可得到含量为99%以上的产品；导出粗品后可继续投料反应，固载好的催化剂可循环使用，每次投料前均需要投助催化剂进入反应釜内。
2.根据权利要求1所述的一种氰乙基三乙氧基硅烷的制备方法，其特征在于：在步骤1.1）中，所述分子筛为4A分子筛。
3.根据权利要求2所述的一种氰乙基三乙氧基硅烷的制备方法，其特征在于：所述4A分子筛为球状、直径φ为3～5 mm。
4.根据权利要求1所述的一种氰乙基三乙氧基硅烷的制备方法，其特征在于：在步骤1.1）中，所述硅烷为四乙氧基硅烷。
5.根据权利要求1所述的一种氰乙基三乙氧基硅烷的制备方法，其特征在于：在步骤1.1）和1.2）中，所述硅烷：去离子水：四氯化钛的摩尔比为1:1.1:0.25。
6.根据权利要求1所述的一种氰乙基三乙氧基硅烷的制备方法，其特征在于：在步骤1.3）中，所述助催化剂为六甲基磷酰三胺。
7.根据权利要求1所述的一种氰乙基三乙氧基硅烷的制备方法，其特征在于：在步骤2.1）中，所述丙烯氰和三乙氧基硅烷摩尔投料比为1:1。
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