DE19909547A1 - Abwasserfreie Herstellung von Polydiorganosiloxanen - Google Patents
Abwasserfreie Herstellung von PolydiorganosiloxanenInfo
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Abstract
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Polydiorganosiloxanen, bei dem DOLLAR A in einem ersten Schritt Diorganodichlorsilan mit in Salzsäure vorhandenem Wasser zu einem Rohhydrolysat, bestehend aus cyclischen und linearen, Chlor enthaltenden Polydiorganosiloxanen und gasförmigem Chlorwasserstoff umgesetzt wird, DOLLAR A in einem zweiten Schritt das Rohhydrolysat zur Reduzierung des Chlorgehalts mit Wasserdampf unter Bildung von Salzsäure behandelt wird, wobei im zweiten Schritt gebildete Salzsäure im ersten Schritt eingesetzt wird, DOLLAR A in einem dritten Schritt das Rohhydrolysat mit reduziertem Chlorgehalt zur weiteren Reduzierung des Chlorgehalts mit Wasserdampf unter Bildung von Salzsäure und Polydiorganosiloxanen enthaltendem Sauerwasser behandelt wird, DOLLAR A dadurch gekennzeichnet, daß das Sauerwasser aufgetrennt wird in säurefreies und säurehaltiges Wasser, das säurehaltige Wasser verdampft wird und der erhaltene säurehaltige Wasserdampf im zweiten Schritt eingesetzt wird.
Description
Die Erfindung betrifft ein dreistufiges Verfahren zur
Herstellung von Polydiorganosiloxanen und gasförmigem
Chlorwasserstoff aus Diorganodichlorsilan mit in Salzsäure
vorhandenem Wasser, bei dem kein Abwasser anfällt.
Die Herstellung von Siliconölen oder Siliconkautschuk erfolgt
durch Polymerisation cyclischer oder linearer Polydiorgano
siloxan-Zwischenprodukte, die durch Hydrolyse und Polykonden
sation von Diorganodichlorsilan erzeugt werden. Die technischen
Hydrolyseverfahren erfolgen kontinuierlich. Die bedeutendste
Reaktion verläuft nach der Gleichung
(m + n)(CH3)2SiCl2 + [(m + n) + 1]H2O →
((CH3)2SiO)n + HO((CH3)2SiO)mH + [2(m + n)]HCl,
((CH3)2SiO)n + HO((CH3)2SiO)mH + [2(m + n)]HCl,
wobei ein komplexes Gemisch cyclischer und linearer Siloxane
gebildet wird. Als Quelle für das zur Hydrolyse benötigte
Reaktionswasser dient Salzsäure. Der bei der Hydrolyse
anfallende Chlorwasserstoff wird mit Methanol zu Chlormethan
umgesetzt und bei der Synthese von Dimethyldichlorsilan nach
dem Direktsyntheseverfahren wieder eingesetzt.
Die Hydrolyse von Dimethyldichlorsilan kann prinzipiell auf
zwei Arten erfolgen. Verfahrensvariante A ist die Hydrolyse mit
einem Überschuß an Wasser. Hier wird das Wasserangebot so gere
gelt, daß eine Salzsäure entsteht. Verfahrensvariante B ist die
Hydrolyse mit einem Unterschuß Wasser. Hier erhält man ein
Rohhydrolysat, in dem die linearen Siloxankomponenten Cl-
endständig sind. In Variante B fällt der Chlorwasserstoff
direkt trocken und gasförmig an. Somit ist Variante B der
Variante A überlegen, hat aber den Nachteil, daß ein Teil des
Chlors über das Cl-endständige Rohhydrolysat verloren geht.
In der US-A-5,476,916 sind die Verluste an Chlorwasserstoff in
Form von Sauerwasser-Abfall verringert. Das wird dadurch
erreicht, daß in einem ersten Schritt Dimethyldichlorsilan mit
in Salzsäure vorhandenem Wasser zu einem Rohhydrolysat,
bestehend aus cyclischen und linearen, Chlor enthaltenden
Polydimethylsiloxanen und gasförmigem Chlorwasserstoff umge
setzt wird und in einem zweiten Schritt das Rohhydrolysat zur
Reduzierung des Chlorgehalts mit Wasserdampf unter Bildung von
Salzsäure behandelt wird, wobei im zweiten Schritt gebildete
Salzsäure im ersten Schritt eingesetzt wird.
Nachteilig am genannten Verfahren ist der Anfall von Abwasser,
der trotz verbesserter Chlorrückgewinnung nicht vollständig
vermieden wird. Das wird klar u. a. an den Beispielen, insbe
sondere Beispiel 4, und an der erläuternden Zeichnung, in der
ein aus der Anlage führender Sauerwasserstrom zu finden ist. Im
Abwasser können noch bis zu 4 g/kg Chlorwasserstoff verbleiben.
Darüber hinaus sind saure Abwässer, die aus der Produktion von
Polydimethylsiloxan stammen, mit Siloxanbestandteilen, insbe
sondere kurzkettigen α-ω-Siloxandiolen, belastet. Siloxane sind
jedoch biologisch in Abwasserreinigungsanlagen nicht abbaubar
und tragen zur CSB-Belastung im Vorfluter bei. Deshalb ist es
aus ökonomischen und ökologischen Gründen wichtig, kein Siloxan
über das Abwasser abzugeben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein abwasserfreies
Verfahren zur Hydrolyse von Diorganodichlorsilanen bereitzu
stellen, bei dem keinerlei. Verluste von Siloxan oder Chlor
auftreten.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von
Polydiorganosiloxanen, bei dem
in einem ersten Schritt Diorganodichlorsilan mit in Salzsäure vorhandenem Wasser zu einem Rohhydrolysat, bestehend aus cycli schen und linearen, Chlor enthaltenden Polydiorganosiloxanen und gasförmigem Chlorwasserstoff umgesetzt wird,
in einem zweiten Schritt das Rohhydrolysat zur Reduzierung des Chlorgehalts mit Wasserdampf unter Bildung von Salzsäure behandelt wird, wobei im zweiten Schritt gebildete Salzsäure im ersten Schritt eingesetzt wird,
in einem dritten Schritt das Rohhydrolysat mit reduziertem Chlorgehalt zur weiteren Reduzierung des Chlorgehalts mit Was serdampf unter Bildung von Salzsäure und Polydiorganosiloxanen enthaltendem Sauerwasser behandelt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß das Sauerwasser aufgetrennt wird in säurefreies und säurehaltiges Wasser, das säurehaltige Wasser verdampft wird und der erhaltene säurehaltige Wasserdampf im zweiten Schritt eingesetzt wird.
in einem ersten Schritt Diorganodichlorsilan mit in Salzsäure vorhandenem Wasser zu einem Rohhydrolysat, bestehend aus cycli schen und linearen, Chlor enthaltenden Polydiorganosiloxanen und gasförmigem Chlorwasserstoff umgesetzt wird,
in einem zweiten Schritt das Rohhydrolysat zur Reduzierung des Chlorgehalts mit Wasserdampf unter Bildung von Salzsäure behandelt wird, wobei im zweiten Schritt gebildete Salzsäure im ersten Schritt eingesetzt wird,
in einem dritten Schritt das Rohhydrolysat mit reduziertem Chlorgehalt zur weiteren Reduzierung des Chlorgehalts mit Was serdampf unter Bildung von Salzsäure und Polydiorganosiloxanen enthaltendem Sauerwasser behandelt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß das Sauerwasser aufgetrennt wird in säurefreies und säurehaltiges Wasser, das säurehaltige Wasser verdampft wird und der erhaltene säurehaltige Wasserdampf im zweiten Schritt eingesetzt wird.
Das säurefreie Wasser wird vorzugsweise ebenfalls verdampft und
als Wasserdampf vorzugsweise in der zweiten und/oder dritten
Stufe wieder eingesetzt. Gegebenenfalls wird die aus dem
säurefreien Wasser erhaltene Wasserdampfmenge mit Frischdampf
ergänzt in der Menge, wie Wasser aus der ersten Stufe als
Hydrolysewasser zur Hydrolyse von Diorganodichlorsilanen
verbraucht wird.
Die Abtrennung und Verdampfung des säurefreien Wassers ist
besonders vorteilhaft, wenn der daraus gewonnene Dampf zur
Restentsäuerung im dritten Schritt eingesetzt wird und folglich
Säurespuren hier überaus störend wirken.
Die Auftrennung des Sauerwassers in einen säurefreien und
säurehaltigen Strom kann mit verschiedenen Methoden erfolgen,
z. B. durch Membranverfahren oder thermische Verfahren.
Bevorzugt sind thermische Verfahren, insbesondere eine einfache
Destillation, da verdünnte Salzsäure aufgrund des azeotropen
Verhaltens sehr leicht in Wasser und azeotrope Salzsäure (21%
bei Normaldruck) aufgetrennt werden kann. Das Phasenverhalten
von Salzsäure ist ausführlich beschrieben, z. B. in Schmidt, A.;
Chemie-Ing.-Techn. 1953, 25, 455-466.
Die im Sauerwasser enthaltenen Diorganosiloxane, insbesondere
Diorganosiloxandiole reichern sich aufgrund ihres Siedever
haltens entweder im säurehaltigen oder säurefreiem Wasser an
und werden mit dem jeweils daraus erzeugten Dampf wieder
zurückgeführt zum Rohhydrolysat.
Die in den Polydiorganosiloxanen und im Diorganodichlorsilan
vorhandenen Organoreste sind vorzugsweise Phenyl-, Methyl- oder
Ethylreste, insbesondere Methylreste.
Das im ersten Schritt gebildete Rohhydrolysat besteht aus
cyclischen, Cl-endständigen und gegebenenfalls OH-endständigen
Polydiorganosiloxanen, wobei vorzugsweise höchstens 10 Gew.-%,
insbesondere höchstens 1 Gew.-%, der linearen Polydiorgano
siloxanendgruppen OH-Gruppen sind.
Der Druck im ersten Schritt kann so gewählt werden, daß eine
mechanische Verdichtung des anfallenden Chlorwasserstoffgases
nicht notwendig ist, um direkt in anderen Verfahren eingesetzt
zu werden. Der Druck beträgt vorzugsweise 0,15 bis 0,5 MPa,
insbesondere 0,25 bis 0,35 MPa.
Im zweiten Schritt wird der Chlorgehalt der Polydiorgano
siloxane extrahiert. Vorzugsweise wird der säurehaltige Wasser
dampf im Sumpf der zweiten Stufe eingesetzt. Die Viskosität der
Polydiorganosiloxane im Rohhydrolysat wird durch den Einsatz
der gleichen Menge Wasser in Form von Wasserdampf kaum erhöht.
Es kann eine konzentrierte Salzsäure hergestellt werden, von
der eine große Menge, vorzugsweise mindestens 50, insbesondere
mindestens 90% im ersten Schritt wieder eingesetzt werden
kann, dabei vollständig zu gasförmigem Chlorwasserstoff und zu
Rohhydrolysat umgesetzt und dadurch verbraucht wird.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird im zweiten
Schritt höchstens so viel Wasser eingesetzt, daß das Wasser der
entstehenden Salzsäure im ersten Schritt vollständig umgesetzt
wird.
Der zweite und dritte Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens
werden vorzugsweise bei einer Temperatur von 110 bis 160°C
durchgeführt.
Die Behandlung des Rohhydrolysats im zweiten und dritten
Schritt kann durch Einleiten des Wasserdampfes im Gleichstrom
oder Gegenstrom erfolgen. Die Behandlung erfolgt vorzugsweise
in einer Kolonne, beispielsweise in einer Füllkörper- oder
Strippkolonne.
Zur Herstellung von Polydiorganosiloxanen mit einem besonders
geringen Chlorgehalt kann die Behandlung mit Wasserdampf nach
dem dritten Schritt auch noch in weiteren Schritten erfolgen.
Das im dritten und gegebenenfalls weiteren Schritten anfallende
Sauerwasser kann, falls die im ersten Schritt anfallende
Salzsäure nicht ausreicht, im ersten Schritt des erfindungs
gemäßen Verfahrens gegebenenfalls teilweise wieder eingesetzt
werden.
In einer anderen Ausführungsform wird alles oder ein Teil des
im zweiten Schritt anfallenden chlorwasserstoffhaltigen Dampfes
in den ersten Schritt eingespeist. Dabei kann der im zweiten
Schritt anfallende chlorwasserstoffhaltige Dampf zusammen mit
der im ersten Schritt anfallenden Salzsäure im ersten Schritt
des erfindungsgemäßen Verfahrens gegebenenfalls teilweise
wieder eingesetzt werden.
Zur Herstellung von Polydiorganosiloxanen mit einem besonders
geringen Chlorgehalt kann nach dem dritten Schritt oder
nach gegebenenfalls weiteren Schritten eine Nachbehandlung auch
durch eine Base, wie Natronlauge, Natriumcarbonat oder Ammoniak
erfolgen.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann absatzweise,
halbkontinuierlich oder vollkontinuierlich durchgeführt werden,
wobei bevorzugt die vollkontinuierliche Fahrweise aller
Schritte, beispielsweise unter Einsatz eines Loop-Reaktors,
insbesondere in einem Anlagenverbund zum Einsatz kommt.
In einer Ausführungsform werden die Polydiorganosiloxane
gemeinsam behandelt und erst nach der Extraktion des
Chlorgehalts im zweiten und dritten Schritt in leichtflüchtige
und schwerflüchtige Polydiorganosiloxane aufgetrennt.
In einer anderen Ausführungsform werden die leichtflüchtigen
Polydiorganosiloxane nach dem ersten Schritt abgetrennt,
beispielsweise vor dem zweiten Schritt und/oder vor dem dritten
Schritt und gegebenenfalls in den Reaktor des ersten Schritts
des erfindungsgemäßen Verfahrens wieder eingeschleust. Diese
Ausführungsform ist zur Herstellung von schwerflüchtigen
Polydiorganosiloxanen bevorzugt, insbesondere die Abtrennung
der leichtflüchtigen Polydiorganosiloxane nach dem zweiten und
dritten Schritt und deren Rückführung in den Reaktor des ersten
Schritts. Analog kann umgekehrt die Herstellung von nur
leichtflüchtigen Polydiorganosiloxanen betrieben werden.
In einer Hydrolyseanlage zur Hydrolyse von Dimethyldichlorsilan
mit Wasserunterschuß wurde ein Rohhydrolysat erzeugt, das etwa
50 Gew.-% cyclische und 50 Gew.-% lineare, Cl-endständige
Polydimethylsiloxane enthielt. Der Chlorgehalt der
Polydimethylsiloxane lag bei 60 g/kg Siloxan, die Viskosität
betrug 5 mPa.s. Für die Herstellung von 3500 kg Rohhydrolysat
wurden 860 kg einer ca. 25 Gew.-%igen Salzsäure als einzige
Wasserquelle eingesetzt. Der anfallende Chlorwasserstoff wurde
gasförmig mit einem Druck von etwa 0,3 MPa abgeführt.
In eine zweistufige mit Füllkörpern beschickte Kolonne wurden
3500 kg/h des Rohhydrolysats am Kopf der ersten Stufe
aufgegeben und im Gegenstrom 750 kg/h Dampf bei 130°C am
unteren Teil der ersten Stufe eingeleitet. Das am Kopf der
ersten Stufe austretende Gemisch dampfförmiger Siloxankompo
nenten, Wasser und Chlorwasserstoff wurde kondensiert und in
einem Schwerkraftabscheider in Siloxanphase und Wasserphase
getrennt. Die Wasserphase wurde vollständig zur Hydrolyse von
Dimethyldichlorsilan im Loopreaktor eingesetzt. Im Austritt der
ersten Stufe fielen 2860 kg/h Siloxan mit 2,4 g/kg Chlorgehalt
an und dieses wurde auf die zweite Stufe der Kolonne aufgege
ben.
Am unteren Teil der zweiten Stufe wurden im Gegenstrom 1500
kg/h säurefreier Dampf bei 130°C eingeleitet. Alle Siloxan
ströme wurden vereinigt, dabei wurden 3390 kg/h Siloxan mit
einem Gesamtchlorgehalt von kleiner 1 mg/kg erhalten.
Am Kopf der zweiten Stufe wurden flüchtige Siloxankomponenten,
Wasser und Chlorwasserstoff abgezogen, kondensiert und in einem
Schwerkraftabscheider in Siloxan- und Wasserphase getrennt.
Dabei fielen ca. 1500 kg Sauerwasser mit einem HCl-Gehalt von
3-4 g/kg an.
In eine zweistufige, mit Füllkörpern beschickte Kolonne wurden
3500 k/h Rohhydrolysat gemäß Beispiel 1 am Kopf der ersten
Stufe aufgegeben und im Gegenstrom 750 kg/h Dampf bei 130°C am
unteren Teil der ersten Stufe eingeleitet. Das am Kopf der ers
ten Stufe austretende Gemisch dampfförmiger Siloxankomponenten,
Wasser und Chlorwasserstoff wurde kondensiert und in einem
Schwerkraftabscheider in Siloxanphase und Wasserphase getrennt.
Die Wasserphase wurde vollständig zur Hydrolyse von Dimethyldi
chlorsilan im Loopreaktor eingesetzt. Im Austritt der ersten
Stufe fielen 2840 kg/h Siloxan mit 3,2 g/kg Chlorgehalt an und
dieses wurde auf die zweite Stufe der Kolonne aufgegeben.
Am unteren Teil der zweiten Stufe wurden im Gegenstrom 2000
kg/h säurefreier Dampf bei 130°C eingeleitet. Der Ablauf der
zweiten Stufe bestand aus Siloxan mit einem Chloridgehalt von
0,3 mg/kg. Alle Siloxanströme wurden vereinigt, dabei wurden
3400 kg Siloxan mit einem Gesamtchlorgehalt von kleiner 1 mg/kg
erhalten.
Am Kopf der zweiten Stufe wurden flüchtige Siloxankomponenten,
Wasser und Chlorwasserstoff abgezogen, kondensiert und in einem
Schwerkraftabscheider in Siloxanphase und Wasserphase getrennt.
Dabei fielen ca. 2000 kg Abwasser mit einem HCl-Gehalt von ca.
2 g/kg an, die in einer Füllkörperkolonne aufgetrennt wurden in
750 kg säurehaltiges Sumpfprodukt, das über einen Verdampfer
geführt und in die erste Stufe eingespeist wurde und in ca.
1250 kg säurefreien Dampf, der zusammen mit 750 kg Frischdampf
im Sumpf der zweiten Stufe eingesetzt wurde.
Claims (4)
1. Verfahren zur Herstellung von Polydiorganosiloxanen, bei
dem
in einem ersten Schritt Diorganodichlorsilan mit in Salzsäure vorhandenem Wasser zu einem Rohhydrolysat, bestehend aus cyclischen und linearen, Chlor enthaltenden Polydiorganosiloxanen und gasförmigem Chlorwasserstoff umgesetzt wird,
in einem zweiten Schritt das Rohhydrolysat zur Reduzierung des Chlorgehalts mit Wasserdampf unter Bildung von Salz säure behandelt wird, wobei im zweiten Schritt gebildete Salzsäure im ersten Schritt eingesetzt wird,
in einem dritten Schritt das Rohhydrolysat mit reduziertem Chlorgehalt zur weiteren Reduzierung des Chlorgehalts mit Wasserdampf unter Bildung von Salzsäure und Polydiorgano siloxanen enthaltendem Sauerwasser behandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Sauerwasser aufgetrennt wird in säurefreies und säurehaltiges Wasser, das säure haltige Wasser verdampft wird und der erhaltene säurehal tige Wasserdampf im zweiten Schritt eingesetzt wird.
in einem ersten Schritt Diorganodichlorsilan mit in Salzsäure vorhandenem Wasser zu einem Rohhydrolysat, bestehend aus cyclischen und linearen, Chlor enthaltenden Polydiorganosiloxanen und gasförmigem Chlorwasserstoff umgesetzt wird,
in einem zweiten Schritt das Rohhydrolysat zur Reduzierung des Chlorgehalts mit Wasserdampf unter Bildung von Salz säure behandelt wird, wobei im zweiten Schritt gebildete Salzsäure im ersten Schritt eingesetzt wird,
in einem dritten Schritt das Rohhydrolysat mit reduziertem Chlorgehalt zur weiteren Reduzierung des Chlorgehalts mit Wasserdampf unter Bildung von Salzsäure und Polydiorgano siloxanen enthaltendem Sauerwasser behandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Sauerwasser aufgetrennt wird in säurefreies und säurehaltiges Wasser, das säure haltige Wasser verdampft wird und der erhaltene säurehal tige Wasserdampf im zweiten Schritt eingesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das säurefreie Wasser
verdampft und als Wasserdampf in der zweiten und/oder
dritten Stufe wieder eingesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Organoreste
Methylreste sind.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, bei dem alle Verfahrens
schritte vollkontinuierlich durchgeführt werden.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1999109547 DE19909547A1 (de) | 1999-03-04 | 1999-03-04 | Abwasserfreie Herstellung von Polydiorganosiloxanen |
Applications Claiming Priority (1)
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DE1999109547 DE19909547A1 (de) | 1999-03-04 | 1999-03-04 | Abwasserfreie Herstellung von Polydiorganosiloxanen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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Family
ID=7899719
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE1999109547 Withdrawn DE19909547A1 (de) | 1999-03-04 | 1999-03-04 | Abwasserfreie Herstellung von Polydiorganosiloxanen |
Country Status (1)
Country | Link |
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