DE102013214830A1 - Process, apparatus and their use for the preparation of acryloxy and methacryloxypropyltrialkoxysilanes - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein spezielles Verfahren, eine dafür besonders vorteilhafte Vorrichtung sowie deren Verwendung für die Herstellung von reinen Organosilanen mit ungesättigten organischen Resten aus der Reihe Acryloxyalkyl- oder Methacryloxyalkyltrialkoxysilan, insbesondere von 3-Methacryloxypropyltrimethoxysilan (MEMO), durch Hydrosilylierung vom Allylacrylat oder Allylmethacrylat mit Trialkoxysilan in Gegenwart eines homogenen Pt(IV)-Katalysators sowie eines speziellen Stabilisatorsystems und destillativer Aufarbeitung des Rohprodukts, wobei man das Reinprodukt über eine gezielte Seitenabnahme, die unter Temperatur- und Druckkontrolle aus der Rektifikationskolonne erfolgt, gewinnt.The present invention relates to a special method, a particularly advantageous device and their use for the preparation of pure organosilanes with unsaturated organic radicals from the series Acryloxyalkyl- or Methacryloxyalkyltrialkoxysilan, in particular of 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane (MEMO), by hydrosilylation of allyl or allyl methacrylate with Trialkoxysilane in the presence of a homogeneous Pt (IV) catalyst and a special stabilizer system and distillative workup of the crude product, wherein the pure product via a targeted side decrease, which takes place under temperature and pressure control from the rectification column wins.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein spezielles Verfahren und eine dafür vorteilhaft geeignete Vorrichtung bzw. Anlage sowie deren Verwendung für eine besonders produktschonende Herstellung von Acryloxy- und Methacryloxypropyl-trialkoxysilanen durch Hydrosilylierung von Allylacrylat oder Allylmethacrylat mit einem Hydrogentrialkoxysilan in Gegenwart eines homogenen Pt-Katalysatorsystems und unter Einsatz eines Stabilisatorsystems.The present invention relates to a special method and a device or system suitable for this purpose and their use for a particularly gentle production of acryloxy and methacryloxypropyl-trialkoxysilanes by hydrosilylation of allyl acrylate or allyl methacrylate with a Hydrogentrialkoxysilan in the presence of a homogeneous Pt catalyst system and using a stabilizer system.
Organische Silizium-Verbindungen (Organosilane) mit ungesättigten organischen Resten wie Acryloxyalkyltrialkoxysilan oder Methacryloxyalkyltrialkoxysilan sind wichtige chemische Substanzen mit einem extrem breiten Anwendungsgebiet. Sie werden zum Beispiel in sehr großen Mengen bei der Herstellung von Lacken oder als Zusatzstoff bei der Herstellung von Schlichten für Glasfasern eingesetzt.Organic silicon compounds (organosilanes) having unsaturated organic radicals such as acryloxyalkyltrialkoxysilane or methacryloxyalkyltrialkoxysilane are important chemical substances with an extremely broad field of application. They are used, for example, in very large quantities in the production of paints or as an additive in the production of sizes for glass fibers.
Es ist lange bekannt Acryl- oder Methacryloxypropyltrialkoxysilane aus Alkaliacrylat oder Alkalimethacrylat und Halogenalkyltrialkoxysilan, zum Beispiel Kaliummethacrylat und 3-Chlorpropyltrimethoxysilan in Gegenwart eines Phasentranferkatalysators, herzustellen (vgl. u. a.
Weiter ist bekannt, dass bei der Herstellung von Acryl- oder 3-Methacryloxypropyltrialkoxysilane die so genannte „Popcorn-Polymerisation“ (
Aus
Das „Salzverfahren“ mit seinen einzelnen Verfahrensschritten ist gegenüber dem alternativen Hydrosilylierungsverfahren aus Sicht des Chemikers deutlich unterschiedlich und in der Regel nicht vergleichbar.The "salt process" with its individual process steps is clearly different from the alternative hydrosilylation process from the perspective of the chemist and is generally not comparable.
In der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es eine weitere Möglichkeit zur Herstellung von Acryloxy- und Methacryloxypropyl-trialkoxysilanen durch Hydrosilylierung von Allylacrylat oder Methylmethacrylat mit einem Hydrogentrialkoxysilan in Gegenwart eines homogenen Pt-Katalysatorsystems und unter Einsatz eines Stabilisatorsystems bereitzustellen, insbesondere war es ein Anliegen MEMO in großtechnischen Mengen und in einer dafür geeigneten Anlage möglichst kostengünstig, sicher, störungsfrei und in gleichbleibender und hoher Qualität herzustellen.It was an object of the present invention to provide a further possibility for the preparation of acryloxy- and methacryloxypropyl-trialkoxysilanes by hydrosilylation of allyl acrylate or methyl methacrylate with a hydrogentrialkoxysilane in the presence of a homogeneous Pt catalyst system and using a stabilizer system; in particular, MEMO was a concern in large-scale quantities and manufacture in a suitable facility as cost-effective, safe, trouble-free and consistent and high quality.
Die Aufgabe wurde erfindungsgemäß entsprechend den Merkmalen der Ansprüche 1, 2 und 13 gelöst. Die vorliegenden Unteransprüche offenbaren in Verbindung mit den unabhängigen Ansprüchen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.The object has been achieved according to the features of
So wurde in überraschender Weise gefunden, dass man reine Organosilane mit ungesättigten organischen Resten aus der Reihe Acryloxyalkyl- oder Methacryloxyalkyltrialkoxysilan vorteilhaft durch Hydrosilylierung von Allylacrylat oder Allylmethacrylat mit Trialkoxysilan in Gegenwart eines homogenen Pt(IV)-Katalysators sowie 2,6-Di-tert.-butyl-4-methylphenol (Jonol) und N,N’-Diphenyl-p-phenylendiamin (DPPD) als Stabilisatoren in vergleichsweise einfacher, wirtschaftlicher, d.h. kostengünstig, und besonders produktschonender Weise in großtechnischen Mengen mit besonders hoher und gleichbleibender Qualität sowie in guter Ausbeute und Selektivität herstellen kann, indem man speziell folgende Schritte beim vorliegenden Verfahren durchführt:
- – die Reaktions- und die Rektifikationseinheit sowie optional die Vakuumeinheit der Produktionsanlage, wie sie beispielsweise – aber nicht ausschließlich – der idealisierten Darstellung in
1 zu entnehmen ist, mit einem Inertgas spült, bevorzugt mit getrocknetem Stickstoff, der beispielsweise mit Hilfe eines Trocknungsmittels, wie Silicagel oder durch Ausfrieren von Feuchtigkeit (Wasserfeuchte) getrocknet werden kann, - – anschließend 2,6-Di-tert.-butyl-4-methylphenol, Allylacrylat, N,N’-Diphenyl-p-phenylendiamin und eine acetonische Lösung von H2PtCl6 × 6H2O oder 2,6-Di-tert.-butyl-4-methylphenol, Allylmethacrylat, N,N’-Diphenyl-p-phenylendiamin und eine acetonische Lösung von H2PtCl6 × 6H2O in den Reaktor, welcher vorzugsweise mit Rührvorrichtung, Heizung bzw. Kühlung einschließlich Temperaturmessung und -regelung und Rückflusskondensation ausgestattet ist, gibt und
- – das vorgelegte Gemisch vorzugsweise unter Rühren auf Reaktionstemperatur erhitzt,
- – anschließend Trialkoxysilan, vorzugsweise Hydrogentrimethoxysilan (TMOS), unter Zeit- und Temperaturkontrolle direkt in das vorgelegte Gemisch dosiert, d. h. die Zuführung für das Trialkoxysilan in den Reaktor ist erfindungsgemäß unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche der Mindestfüllmenge für das Reaktionsgemisch orientiert,
- – das Reaktionsgemisch nachreagieren läßt,
- – Leichtsieder bzw. flüchtige Bestandteile, d. h. Bestandteile des Reaktionsgemischs bzw. Rohprodukts, die einen höheren Siedepunkt besitzen als das Zielprodukt, zumindest anteilig aus dem so erhaltenen Reaktions- bzw. Produktgemisch abtrennt und
- – anschließend das so erhaltene Rohprodukt in die Rektifikationseinheit überführt und destillativ aufarbeitet.
- - The reaction and the rectification unit and optionally the vacuum unit of the production plant, as for example - but not exclusively - the idealized representation in
1 can be taken with an inert gas flushes, preferably with dried nitrogen, which can be dried, for example by means of a drying agent such as silica gel or by freezing of moisture (water moisture), - - Then 2,6-di-tert-butyl-4-methylphenol, allyl, N, N'-diphenyl-p-phenylenediamine and an acetone solution of H 2 PtCl 6 × 6H 2 O or 2,6-di-tert .-Butyl-4-methylphenol, allyl methacrylate, N, N'-diphenyl-p-phenylenediamine and an acetonic solution of H 2 PtCl 6 .6H 2 O in the reactor, which is preferably equipped with stirrer, heating or cooling, including temperature measurement and regulation and reflux condensation is equipped, and
- The mixture initially heated to the reaction temperature with stirring,
- Then trialkoxysilane, preferably hydrogentrimethoxysilane (TMOS), metered directly into the initially introduced mixture under time and temperature control, ie the feed for the trialkoxysilane into the reactor is oriented below the liquid surface of the minimum fill quantity for the reaction mixture,
- - reacting the reaction mixture,
- - low boilers or volatile constituents, ie components of the reaction mixture or crude product, which have a higher boiling point than the target product, at least partially separated from the thus obtained reaction or product mixture and
- - Then transferred the crude product thus obtained in the rectification unit and worked up by distillation.
Insbesondere kann so 3-Methacryloxypropyltrimethoxysilan (MEMO) vorteilhaft hergestellt werden, wobei sich erfindungsgemäß hergestelltes MEMO im Rahmen eines Qualitätstests dadurch auszeichnet, dass es bei Verdünnung mit Wasser klar bleibt und dabei auch keine Gelbfärbung auftritt.In particular, 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane (MEMO) can thus be advantageously prepared, wherein MEMO produced according to the invention is characterized in the context of a quality test in that it remains clear when diluted with water and also no yellowing occurs.
Das erfindungsgemäße Verfahren einschließlich seiner bevorzugten Ausführungsformen kann man vorteilhaft in einer Produktionsanlage durchführen, wie sie Anspruch 1 und/oder der idealisierten Darstellung gemäß
Darüber hinaus überrascht die für die vorteilhafte Durchführung des vorliegenden Verfahrens speziell entwickelte Produktionsanlage trotz vergleichsweise geringer Anschaffungskosten und geringem technischen Aufwand durch einen weitestgehend sicheren und störungsfreien Betrieb. In addition, the production plant specially developed for the advantageous implementation of the present method, despite comparatively low acquisition costs and low technical complexity, surprises by a largely safe and trouble-free operation.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit eine Vorrichtung – in der vorliegenden Schrift auch Produktionsanlage oder kurz Anlage genannt – zur Herstellung von reinen Organosilanen mit ungesättigten organischen Resten aus der Reihe Acryloxyalkyl- oder Methacryloxyalkyltrialkoxysilan durch Hydrosilylierung umfassend
- – eine Reaktionseinheit (
1 ), wobei diese auf einem Reaktor (Rührkessel) (1 ) basiert und mit Rührvorrichtung (2 ) und Heizung, Kühlung, Temperaturmessung und -regelung (3 ) und Rückflusskondensation (7 ,8 ,9 ) und den Zuführungen (4 ) und (5 ) für Einsatzstoffe, wie Inertgas, Eduktkomponenten sowie Stabilisatoren und Katalysatorsystem, ausgestattet ist, dabei ist die Zuführung (5 ) unterhalb der Zuführung (4 ) angeordnet, sodass der Eintritt der Zuführung (5.1 ) in den Reaktor (1 ) unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche der späteren Mindestfüllmenge für das Reaktionsgemisch (6.1 ) orientiert ist, - – einer Rektifikationseinheit (
16 ), wobei diese auf einer Rektifikationskolonne (16 ) basiert und mit Rührvorrichtung (17 ) und Heizung, Kühlung, Temperaturmessung und -regelung (18 ) und Rückflusskondensation (22 ,23 ,24 ) einschließlich Leichtsiederauslass (25 ) und zwei Bereichen mit Kolonnenpackungen (19 ,20 ) und einer Seitenstromabnahme (26 ) im Mittelteil der Rektifikationskolonne (16 ), diese platziert oberhalb der Packung (19 ) und unterhalb der Packung (20 ), und weiter mit Kondensationseinheit mit Temperatur-/Druckmessung und -regelung (27 ) einschließlich Rückführung für flüchtige Bestandteile (28 ), d.h. Bestandteile bzw. Komponenten der vorliegenden Phase, welche einen niedrigeren Siedepunkt besitzen als das Zielprodukt, in die Rektifikationskolonne (16 ) oberhalb der Packung (20 ) und einer Austragsvorrichtung (29 ) für das Produkt (30 ) ausgestattet ist, - – die Reaktionseinheit (
1 ) und die Rektifikationseinheit (16 ) sind für die Überführung von Rohprodukt über die Einheiten (11 ) und (15 ) verbunden, wobei die Leitung (11 ) von der Einheit (8 ) ausgeht, in Leitung (15 ) übergeht, die in den unteren Teil der Rektifikationskolonne (16 ) unterhalb der Packung (19 ) und oberhalb der Einheiten (17 ) sowie (18 ) mündet, und - – mindestens eine Einheit zur Druckminderung, -messung und -regelung (
10 ) einschließlich einer damit verbundenen Einheit (13 ) für den Austrag flüchtiger Bestandteile bzw. Leichtsieder, wobei die Einheit (10 ) über die Einheiten (21 ) und (22 ) mit dem Kolonnenkopf der Rektifikationseinheit (16 ) sowie über Einheiten (12 ) und (11 ) mit dem Kopf (7 ,8 ) der Reaktionseinheit (1 ) verbunden sind.
- A reaction unit (
1 ), whereby these on a reactor (stirred tank) (1 ) and with stirring device (2 ) and heating, cooling, temperature measurement and control (3 ) and reflux condensation (7 .8th .9 ) and the feeders (4 ) and (5 ) for feedstocks, such as inert gas, educt components and stabilizers and catalyst system, is equipped, the feed (5 ) below the feeder (4 ) so that the entrance of the feeder (5.1 ) in the reactor (1 ) below the liquid surface of the later minimum filling quantity for the reaction mixture (6.1 ), - A rectification unit (
16 ), whereby these on a rectification column (16 ) and with stirring device (17 ) and heating, cooling, temperature measurement and control (18 ) and reflux condensation (22 .23 .24 ) including low boiler outlet (25 ) and two areas with column packs (19 .20 ) and a side stream decrease (26 ) in the middle part of the rectification column (16 ), placed above the pack (19 ) and below the pack (20 ), and further with condensation unit with temperature / pressure measurement and control (27 ) including volatile expulsion (28 ), ie constituents or components of the present phase, which have a lower boiling point than the target product, in the rectification column (16 ) above the pack (20 ) and a discharge device (29 ) for the product (30 ) Is provided, - The reaction unit (
1 ) and the rectification unit (16 ) are used for the transfer of crude product through the units (11 ) and (15 ), the line (11 ) of the unit (8th ), in line (15 ), which enters the lower part of the rectification column (16 ) below the pack (19 ) and above the units (17 ) such as (18 ), and - - at least one unit for pressure reduction, measurement and control (
10 ) including an associated unit (13 ) for the discharge of volatile constituents or low boilers, the unit (10 ) about the units (21 ) and (22 ) with the column head of the rectification unit (16 ) as well as units (12 ) and (11 ) with the head (7 .8th ) of the reaction unit (1 ) are connected.
Die jeweiligen Einheiten bzw. Leitungen der vorliegenden Anlage können darüber hinaus an erforderlichen Stellen neben Regelsystemen auch mit Absperramaturen versehen sein.The respective units or lines of the present system may also be provided with shut-off valves at required points in addition to control systems.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiter ein Verfahren zur Herstellung von reinen Organosilanen mit ungesättigten organischen Resten aus der Reihe Acryloxyalkyl- oder Methacryloxyalkyltrialkoxysilan, wobei Allylacrylat oder Allylmethacrylat mit Trialkoxysilan in Gegenwart eines homogenen Pt(IV)-Katalysators sowie Jonol und N,N’-Diphenyl-p-phenylendiamin als Stabilisatoren in einem Reaktor umgesetzt und das dabei erhaltene Rohprodukt durch Destillation aufgearbeitet wird, dass dadurch gekennzeichnet ist, indem man
- – Reaktions- und Rektifikationseinheit der Produktionsanlage sowie optional den Anlagenteil zur Druckminderung mit einem Inertgas spült,
- – anschließend Allylacrylat, 2,6-Di-tert.-butyl-4-methylphenol, N,N’-Diphenyl-p-phenylendiamin und eine acetonische Lösung von H2PtCl6 × 6H2O oder Allylmethacrylat, 2,6-Di-tert.-butyl-4-methylphenol, N,N’-Diphenyl-p-phenylendiamin und eine acetonische Lösung von H2PtCl6 × 6H2O in den Reaktor gibt und
- – das vorgelegte Gemisch auf Reaktionstemperatur erhitzt,
- – anschließend Trialkoxysilan unter Zeit- und Temperaturkontrolle direkt in das vorgelegte Gemisch dosiert,
- – das Reaktionsgemisch nachreagieren läßt,
- – Leichtsieder zumindest anteilig aus dem so erhaltenen Reaktionsgemisch abtrennt und
- – das so erhaltene Rohprodukt in die Rektifikationseinheit überführt und destillativ aufarbeitet.
- - Reaction and rectification unit of the production plant and optionally the plant section for pressure reduction with an inert gas flushes,
- - Allyl acrylate, 2,6-di-tert-butyl-4-methylphenol, N, N'-diphenyl-p-phenylenediamine and an acetone solution of H 2 PtCl 6 × 6H 2 O or allyl methacrylate, 2,6-di tert.-butyl-4-methylphenol, N, N'-diphenyl-p-phenylenediamine and an acetone solution of H 2 PtCl 6 .6H 2 O are in the reactor and
- The mixture is heated to the reaction temperature,
- - Trialkoxysilane then metered directly into the initially introduced mixture with time and temperature control,
- - reacting the reaction mixture,
- - Low-boiling components at least partially separated from the reaction mixture thus obtained and
- - The crude product thus obtained is transferred to the rectification unit and worked up by distillation.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren setzt man Allylacrylat bzw. Allylmethacrylat zu Hydrogentrialkoxysilan bevorzugt in einem molaren Verhältnis von 0,9 bis 1:1 ein. In the process according to the invention, allyl acrylate or allyl methacrylate is preferably added to hydrogentrialkoxysilane in a molar ratio of 0.9 to 1: 1.
Ferner bevorzugt man beim erfindungsgemäßen Verfahren, dass man die beiden Stabilisatoren Jonol und DPPD in einem molaren Verhältnis von 0,5 bis 1:10 einsetzt.It is further preferred in the process according to the invention that the two stabilizers Jonol and DPPD are used in a molar ratio of 0.5 to 1:10.
Weiter wird beim erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt, dass der Pt(IV)-Katalysator mit Bezug auf das eingesetzte Allylacrylat bzw. Allylmethacrylat in einem molaren Verhältnis Pt zu Allyl(meth)acrylat von 0,1 bis 1:10.000 eingesetzt wird. Dazu wird der Pt(IV)-Katalysator vorteilhaft als acetonische Lösung von H2PtCl6 × 6H2O eingesetzt, wobei der Gehalt von Pt-Salz im Aceton vorzugsweise 0,05 bis 0,2 Mol Pt pro 1 Liter Aceton beträgt.It is further preferred in the process according to the invention that the Pt (IV) catalyst is used with respect to the allyl acrylate or allyl methacrylate used in a molar ratio of Pt to allyl (meth) acrylate of 0.1 to 1: 10,000. For this purpose, the Pt (IV) catalyst is used advantageously as an acetone solution of H 2 PtCl 6 × 6H 2 O, wherein the content of Pt salt in the acetone is preferably 0.05 to 0.2 mol Pt per 1 liter of acetone.
So gibt man beim erfindungsgemäßen Verfahren die Komponenten Allylacrylat bzw. Allylmethacrylat, 2,6-Di-tert.-butyl-4-methylphenol, N,N’-Diphenyl-p-phenylendiamin und acetonische Lösung von H2PtCl6 × 6H2O vorzugsweise einzeln oder im Gemisch in den Reaktor und heizt das vorgelegte Gemisch geeigneterweise unter Rühren auf Reaktionstemperatur auf.Thus, in the process according to the invention, the components allyl acrylate or allyl methacrylate, 2,6-di-tert-butyl-4-methylphenol, N, N'-diphenyl-p-phenylenediamine and acetone solution of H 2 PtCl 6 .6H 2 O are added preferably individually or in admixture with the reactor and the mixture initially heated to the reaction temperature while stirring.
Ferner ist beim erfindungsgemäßen Verfahren hervorzuheben, dass man das Trialkoxysilan, vorzugsweise Hydrogentrimethoxysilan (TMOS), direkt in das vorgelegte (Reaktions-)Gemisch dosiert, indem die Trialkoxysilandosierung unter die Flüssigkeitsoberfläche des Reaktionsgemischs erfolgt und dabei das Reaktionsgemisch rührt.Furthermore, in the process according to the invention, it should be emphasized that the trialkoxysilane, preferably hydrogentrimethoxysilane (TMOS), is metered directly into the initially introduced (reaction) mixture in that the trialkoxysilane metering takes place below the liquid surface of the reaction mixture and the reaction mixture is stirred.
Weiter ist es vorteilhaft, dass man beim erfindungsgemäßen Verfahren die Trialkoxysilandosierung innerhalb einer Zeitspanne von 5 bis 115 Minuten, bevorzugt 10 bis 80 Minuten, besonders bevorzugt 15 bis 60 Minuten, ganz besonders bevorzugt von 20 bis 40 Minuten, durchführt.Furthermore, it is advantageous that in the process according to the invention the trialkoxysilane dosing is carried out within a period of 5 to 115 minutes, preferably 10 to 80 minutes, more preferably 15 to 60 minutes, most preferably from 20 to 40 minutes.
Geeigneterweise lässt man beim erfindungsgemäßen Verfahren das Reaktionsgemisch nach beendeter Trialkoxysilandosierung noch weitere 15 bis 120 Minuten, bevorzugt über 20 bis 80 Minuten, besonders bevorzugt über 30 bis 45 Minuten, bei Reaktionstemperatur nachreagieren, um eine möglichst vollständige Umsetzung zu erzielen.Suitably, in the process according to the invention, the reaction mixture is allowed to react for a further 15 to 120 minutes, preferably for 20 to 80 minutes, more preferably for 30 to 45 minutes, at the reaction temperature after completion of the trialkoxysilane dosing in order to achieve as complete a reaction as possible.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren stellt man die Reaktionstemperatur im (Reaktions-)Gemisch durch Temperaturregelung geeigneterweise auf eine Temperatur von < 90 °C, bevorzugt < 80 °C, besonders bevorzugt auf 70 bis 80 °C, ein.In the process according to the invention, the reaction temperature in the (reaction) mixture is suitably adjusted by temperature control to a temperature of <90 ° C., preferably <80 ° C., particularly preferably to 70 to 80 ° C.
Die Reindestillation des Rohprodukts führt man beim erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise so durch, indem man zunächst das nach der Umsetzung erhaltene Rohprodukt mittels einer Destillation (sogenannte „Brückendestillation“) in eine über Kopf genommene Phase, welche Acryloxalkyltrialkoxysilan-haltig oder Methacryloxyalkyltrialkoxysilan-haltig ist, und eine Katalysator-haltige Phase, die den Katalysator und höher siedende Komponenten enthält (auch Hochsiederrückstand genannt), auftrennt und die vorzugsweise unter Rühren und vermindertem Druck über Kopf der Reaktionseinheit genommene Phase in den unteren Teil der Rektifikationseinheit überführt und über eine Seiten(strom)abnahme, die vorteilhaft, da besonders produktschonend, aus dem Mittellauf der Rektifikationskolonne erfolgt, in das reine Zielprodukt, bevorzugt reines 3-Methacryloxyalkyltrimethoxysilan, aufreinigt. The pure distillation of the crude product is preferably carried out in the process according to the invention by first the crude product obtained by the reaction by means of a distillation (so-called "bridge distillation") in an overhead phase, which Acryloxalkyltrialkoxysilan-containing or Methacryloxyalkyltrialkoxysilan-containing, and a Catalyst-containing phase containing the catalyst and higher-boiling components (also called high-boiling residue), separated and the preferably taken under stirring and reduced pressure overhead of the reaction unit phase transferred to the lower part of the rectification unit and a side (current) decrease, the advantageous, as particularly gentle to the product, takes place from the middle run of the rectification column, in the pure target product, preferably pure 3-methacryloxyalkyltrimethoxysilane, purified.
Geeigneterweise führt man die Destillationsschritte in der Reaktionseinheit („Brückendestillation“) und in der Rektifikationseinheit (Reindestillation) jeweils unter Rühren durch.Suitably, the distillation steps are carried out in the reaction unit ("bridging distillation") and in the rectification unit (pure distillation), each with stirring.
So führt man beim erfindungsgemäßen Verfahren die „Brückendestillation“ vorzugsweise bei einer Sumpftemperatur in der Reaktionseinheit beginnend bei rd. 70 °C aufsteigend bis 140 °C und einem vermindertem Druck von 2 bis 0,9 mbar, besonders vorzugsweise bei rd. 1 mbar, durch, wobei die Kopftemperatur zur Abnahme des Rohprodukts, das in die Rektifikationskolonne überführt wird, vorzugsweise rd. 75 °C bei rd. 1 mbar beträgt.Thus, in the process according to the invention, the "bridge distillation" is preferably carried out at a bottom temperature in the reaction unit starting at approx. 70 ° C ascending to 140 ° C and a reduced pressure of 2 to 0.9 mbar, particularly preferably at approx. 1 mbar, by, wherein the head temperature for the decrease of the crude product, which is transferred to the rectification column, preferably approx. 75 ° C at approx. 1 mbar.
Bei der Durchführung der Reindestillation führt man im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens die Seiten(strom)abnahme aus der Rektifikationskolonne bevorzugt bei 50 °C bis 85 °C und einem vermindertem Druck von rd. 0,8 fallend bis rd. 0,5 mbar durch, wobei die Sumpftemperatur in der Rektifikationskolonne vorzugsweise 120 °C bis 140 °C beträgt.In carrying out the purifying distillation is carried out as part of the process according to the invention, the side (stream) decrease from the rectification column preferably at 50 ° C to 85 ° C and a reduced pressure of approx. 0.8 falling to approx. 0.5 mbar, wherein the bottom temperature in the rectification column is preferably 120 ° C to 140 ° C.
Dabei ist die beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Rektifikations-kolonne, vgl. auch Einheit (
Darüber hinaus kann man das erfindungsgemäße Verfahren kontinuierlich oder diskontinuierlich durchführen.In addition, the process according to the invention can be carried out continuously or batchwise.
Im Allgemeinen führt man das erfindungsgemäße Herstellverfahren wie folgt aus, vgl. insbesondere auch
Dazu spült man die Anlage mit Inertgas, insbesondere die Einheiten (
For this purpose, the system is flushed with inert gas, in particular the units (
Im Anschluss daran dosiert man über eine definierte Zeitspanne und unter Temperaturkontrolle Trialkoxysilan direkt in das vorgelegte Reaktionsgemisch, d.h. man dosiert das Trialkoxysilan insbesondere über Zuführung (
Insbesondere kann man das erfindungsgemäße Verfahren für eine vorteilhafte Herstellung von MEMO so durchführen, dass man
- – Reaktions- (
1 ) und Rektifikationseinheit (16 ) der Anlage einschließlich der damit verbundenen Anlagenteile sowie Leitungen einschließlich Einheit (10 ) mit einem getrocknetem Stickstoff Inertgas spült - – anschließend ein vorzugsweise gemeinsam eingewogenes Gemisch aus Allylmethacrylat, Jonol, DPPD und eine acetonische Lösung von H2PtCl6 × 6H2O über Zuführung (
4 ) in den Reaktor (1 ) gibt, welcher vorteilhaft mit einer Rührvorrichtung (2 ), Heizung/ Kühlung einschließlich Temperaturmessung und -regelung (3 ) und Rückflusskondensation (7 ,8 ,9 ) ausgestattet ist, oder zunächst ein gemeinsam eingewogenes Gemisch aus Jonol und Allylmethacrylat über Zuführung (4 ) in den Reaktor (1 ) gibt und nachfolgend unter Rühren (2 ) ein gemeinsam eingewogenes Gemisch aus DPPD und einer acetonischen Lösung von H2PtCl6 × 6H2O über Zuführung (4 ) zugibt, und - – das vorgelegte Gemisch (
6 ) unter Rühren auf Reaktionstemperatur (3 ) erhitzt, - – anschließend Trimethoxysilan innerhalb eine definierte Zeitspanne und unter Temperaturkontrolle über Zuführung (
5 ) unter die Flüssigkeitsoberfläche (6.1 ) des Reaktionsgemischs (6 ) dosiert, - – das Reaktionsgemisch (
6 ) unter Rühren nachreagieren läßt, - – Leichtsieder zumindest anteilig von dem so erhaltenen Reaktions- bzw. Produktgemisch aus dem Reaktor (
1 ) unter Einsatz der Einheiten (2 ,3 ,7 ,8 ,11 ,12 ,10 ,13 ) abtrennt und - – anschließend das so erhaltene Rohprodukt über die Einheiten (
7 ,8 ,11 ,15 ) in eine Rektifikationseinheit (16 ) überführt, destillativ aufarbeitet und man das Produkt (30 ), reines 3-Methacryloxypropyltrimethoxysilan (MEMO), über die Seitenabnahme (26 ), (27 ), (29 ) aus dem Mittellauf der Rektifikationskolonne (16 ) unter Temperatur- und Druckkontrolle gewinnt.
- - reaction (
1 ) and rectification unit (16 ) of the installation, including the associated plant components, as well as lines including unit (10 ) is flushed with a dried nitrogen inert gas - Followed by a mixture of allyl methacrylate, ionol, DPPD and an acetone solution of H 2 PtCl 6 .6H 2 O, preferably weighed together, via feed (
4 ) in the reactor (1 ), which advantageously with a stirring device (2 ), Heating / cooling including temperature measurement and control (3 ) and reflux condensation (7 .8th .9 ), or first a jointly weighed mixture of Jonol and allyl methacrylate via feed (4 ) in the reactor (1 ) and subsequently with stirring (2 ) a collectively weighed mixture of DPPD and an acetone solution of H 2 PtCl 6 .6H 2 O via feed (4 ), and - - the mixture submitted (
6 ) with stirring to reaction temperature (3 ) heated, - - then trimethoxysilane within a defined period of time and under temperature control via supply (
5 ) under the liquid surface (6.1 ) of the reaction mixture (6 ), - The reaction mixture (
6 ) is allowed to react with stirring, - Low boilers at least proportionally from the reaction or product mixture thus obtained from the reactor (
1 ) using the units (2 .3 .7 .8th .11 .12 .10 .13 ) and disconnects - - then the crude product thus obtained via the units (
7 .8th .11 .15 ) into a rectification unit (16 ), worked up by distillation and the product (30 ), pure 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane (MEMO), via the lateral decrease (26 )27 )29 ) from the middle run of the rectification column (16 ) wins under temperature and pressure control.
So kann man beim erfindungsgemäßen Verfahren die so genannte „Brückendestillation“ vorteilhaft bei einer Sumpftemperatur (
Das erfindungsgemäße Verfahren kann man diskontinuierlich oder kontinuierlich durchführen.The process according to the invention can be carried out batchwise or continuously.
Ebenso ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung die Verwendung einer erfindungsgemäßen Anlage, vgl. Anspruch 1 sowie
So kann man nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in einer erfindungsgemäßen Anlage in vergleichsweise einfacher, wirtschaftlicher, d. h. kostengünstig, und besonders produktschonender Weise insbesondere 3-Methacryloxypropyl-trimethoxysilan (MEMO) in großtechnischen Mengen mit besonders hoher und gleichbleibender Qualität in guter Ausbeute und Selektivität herstellen, wobei die erfindungsgemäße Anlage sich durch einen weitestgehend sicheren und störungsfreien Betrieb auszeichnet. So bleibt erfindungsgemäß hergestelltes MEMO insbesondere im Rahmen eines Qualitätstests bei Verdünnung mit Wasser klar und es tritt dabei auch keine Gelbfärbung auf.Thus, by the process according to the invention in a plant according to the invention in comparatively simple, economical, d. H. cost-effective, and particularly gentle to the product, in particular producing 3-methacryloxypropyl-trimethoxysilane (MEMO) in large quantities with particularly high and consistent quality in good yield and selectivity, wherein the system according to the invention is characterized by a largely safe and trouble-free operation. Thus, MEMO produced according to the invention remains clear, in particular as part of a quality test when diluted with water, and no yellowing occurs during this process.
Das nachfolgende Beispiel soll die Erfindung näher erläutern ohne diese zu beschränken:The following example is intended to illustrate the invention without limiting it:
Beispiel:Example:
Synthese von 3-Methacryloxypropyltrimethoxysilan (MEMO):Synthesis of 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane (MEMO):
Einsatzstoffe:
Reaktionsgleichung:Reaction:
[Katalysator] [Catalyst]
-
(CH3O)3SiH + CH2 = C(CH3)C(O)OCH2CH = CH2 → CH2 = C(CH3)C(O)OCH2CH2CH2Si(OCH3)3 (CH 3 O) 3 SiH + CH 2 = C (CH 3 ) C (O) OCH 2 CH = CH 2 CHCH 2 = C (CH 3 ) C (O) OCH 2 CH 2 CH 2 Si (OCH 3 ) 3
Durchführung:Execution:
Zuerst wurden unter Inertgasatmosphäre (getrockneter Stickstoff) Jonol (Stabilisator) und Allylmethacrylat (Eduktkomponente) vorgelegt und dann DPPD (Stabilisator) und die acetonische H2PtCl6-Lösung (Homogenkatalysatorsystem) zugegeben. Der Ansatz wurde unter Rühren auf 75 °C erhitzt. Daraufhin erfolgte die Zugabe von insgesamt 393,2 kg Trimethoxysilan (TMOS) (weitere (Eduktkomponente) unter die Flüssigkeitsoberfläche des vorgelegten Gemischs bzw. des Reaktionsgemischs. Die Reaktionstemperatur wurde während der Trimethoxysilan-Dosierung auf ca. 70–80 °C gehalten. Die Zugabe von Trimethoxysilan erfolgte über einen Zeitraum von 40 Minuten. Danach wurde das Reaktionsgemisch noch weitere 45 Minuten auf 75 °C gehalten.First, under an inert gas atmosphere (dried nitrogen), Jonol (stabilizer) and allyl methacrylate (starting material component) were charged, and then DPPD (stabilizer) and the acetone H 2 PtCl 6 solution (homogeneous catalyst system) were added. The batch was heated to 75 ° C with stirring. Thereafter, a total of 393.2 kg of trimethoxysilane (TMOS) (further (educt component) was added to the liquid surface of the mixture or reaction mixture introduced.) The temperature of the reaction was maintained at about 70-80 ° C. during the trimethoxysilane metering trimethoxysilane was added over a period of 40 minutes, after which the reaction mixture was held at 75 ° C for an additional 45 minutes.
Nach Ende der Umsetzung erfolgte eine gaschromatografische Untersuchung des erhaltenen Rohprodukts nach einer für den Fachmann geläufigen Standardmethode für GC-Analysen, wobei als Trägergas Helium und eine „30 m HP1-Säule“ verwendet wurden. Das erhaltene Gaschromatogramm des Rohproduktes wies einen Gehalt an 84,7 % (GC-Flächenprozent) 3-Methacryloxypropyltrimethoxysilan (MEMO) aus. Dieses Rohprodukt wurde destillativ aufgearbeitet. After completion of the reaction, a gas chromatographic analysis of the crude product obtained was carried out according to a standard method familiar to the expert for GC analyzes, wherein helium and a "30 m HP1 column" were used as the carrier gas. The resulting gas chromatogram of the crude product had a content of 84.7% (GC area percent) of 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane (MEMO). This crude product was worked up by distillation.
Die Aufarbeitung erfolgte hierbei unter Druck- und Temperaturkontrolle über eine mit dem Reaktionsteil [vgl.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Reaktor mit Rückflusskondensation sowie zur „Brückendestillation“ (auch kurz Reaktionseinheit genannt) Reactor with reflux condensation and for "bridge distillation" (also called reaction unit for short)
- 2 2
- Rühr-/MischvorrichtungAgitation / mixing device
- 3 3
- Heizung/ Kühlung mit Temperaturmessung und -regelungHeating / cooling with temperature measurement and control
- 4 4
- Zuführung für Inertgas (N2) sowie der Komponenten Allyl(meth)acrylat, Jonol, DPPD und acetonischer H2PtCl6-LösungFeed for inert gas (N 2 ) and the components allyl (meth) acrylate, Jonol, DPPD and acetonic H 2 PtCl 6 solution
- 5 5
- Zuführung für Trialkoxysilan sowie Inertgas (N2)Feed for trialkoxysilane and inert gas (N 2 )
- 5.1 5.1
- Dosierung von Trialkoxysilan unter die Flüssigkeitsoberfläche des ReaktionsgemischsDosing of trialkoxysilane under the liquid surface of the reaction mixture
- 6 6
- Reaktionsgemisch bzw. RohproduktReaction mixture or crude product
- 6.1 6.1
- Oberfläche des flüssigen Reaktionsgemischs bzw. RohproduktsSurface of the liquid reaction mixture or crude product
- 77
- Zuführung für flüchtige Bestandteile zur Rückfluss- bzw. Brückendestillation Volatile component for reflux distillation or bridge distillation
- 88th
- Rückflusskondensation Reflux condensation
- 99
- Rückführung für Kondensat Return for condensate
- 10 10
- Einheit zur Druckminderung (Vakuum), -messung und -regelungUnit for pressure reduction (vacuum), measurement and control
- 1111
- Zuführung für flüchtige Phasen zu den Einheiten (12) und (15) (Brückendestillation) Volatile phase supply to units (12) and (15) (bridge distillation)
- 1212
- Leitung für Druckminderung/-regulierung sowie Ausschleusung flüchtiger Bestandteile/Leichtsieder Line for pressure reduction / regulation and removal of volatile components / low boilers
- 1313
- Leitung für Austrag flüchtiger Bestandteile/Leichtsieder Discharge line for volatile constituents / low boilers
- 1414
- Austrag für Rückstand/Hochsieder Discharge for residue / high boilers
- 14.114.1
- Austrag für Rückstand/Hochsieder Discharge for residue / high boilers
- 1515
- Zuführung für Rohprodukt in die Rektifikationskolonne Feed for crude product in the rectification column
- 15.115.1
- Kolonnensumpf column bottom
- 1616
- Rektifikationseinheit (Rektifikationskolonne) für Reindestillation Rectification unit (rectification column) for purifying distillation
- 17 17
- Rühr-/MischvorrichtungAgitation / mixing device
- 18 18
- Heizung/ Kühlung mit Temperaturmessung und -regelungHeating / cooling with temperature measurement and control
- 19 19
- Kolonnenpackungcolumn packing
- 20 20
- Kolonnenpackungcolumn packing
- 2121
- Leitung für Druckminderung/-regulierung Line for pressure reduction / regulation
- 2222
- Leitung für Druckminderung/-regulierung sowie Kopfdestillation und Ausschleusung Leichtsieder Line for pressure reduction / regulation and overhead distillation and discharge low boilers
- 23 23
- Kolonnenkopf mit Temperatur-/Druckmessung sowie AbnahmesteuerungColumn head with temperature / pressure measurement and acceptance control
- 24 24
- Rückführung kondensierter BestandteileRecycling of condensed components
- 25 25
- Ausschleusung flüchtiger Bestandteile/LeichtsiederRemoval of volatile components / low boilers
- 26 26
- Seitenstromabnahme unter T-/p-KontrolleSide flow sampling under T / p control
- 27 27
- Kondensationseinheit mit Temperatur-/Druckmessung und -regelungCondensation unit with temperature / pressure measurement and control
- 28 28
- Rückführung flüchtiger Bestandteile Return of volatiles
- 29 29
- Produktaustragproduct discharge
- 30 30
- Reinproduktpure product
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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