DEP0020707DA - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Kieselsäureestern - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Kieselsäureestern aus Siliciumhalogeniden und einem oder mehreren Alkanolen und ferner auf eine bei diesem Verfahren verwendbare Vorrichtung.

Es ist bekannt, Tetraaethylsilikat dadurch zu bereiten, dass Siliciumtetrachlorid in Aethanol getropft wird. (Vergleiche z.B. Journal of the American Chemical Society Band 50 (1928), Seite 3058).

Ein hierbei auftretender Nachteil, insbesondere wenn die Herstellung in grösserem Masstab durchgeführt werden soll, besteht darin, dass die mit dem Entweichen von grossen Salzsäuregasmengen verbundenen Wärmeeffekte die Durchführung der Reaktion im gewünschten Sinne erschweren. Hierdurch können einerseits beträchtliche Verluste an Siliciumtetrachlorid auftreten und andererseits kann ein Teil des Siliciums in Form von Verbindungen gebunden werden, die Ketten von zwei oder mehr als zwei Siliciumatomen enthalten.

Wie sehr die Reaktion von Siliciumtetrachlorid mit Aethanol thermisch unkontrollierbar verlaufen kann, geht aus folgenden Beispielen hervor:

Wird ein Dewargefäss mit 16 g Aethanol von Zimmertemperatur gefüllt und wird im Verlauf von wenigen Sekunden eine äquivalente Menge von 15 g Siliciumtetrachlorid von gleicher Temperatur zugesetzt, so ergibt sich eine starke Temperaturzunahme bis z.B. 70°C, wobei sich grosse Dampfmengen entwickeln.

Wird aber das Siliciumtetrachlorid in das Dewargefäss gebracht und dann das Aethanol zugesetzt, so fällt die Temperatur rasch um etwa 10 Grad herab, um darauf nach Verlauf von wenigen Minuten bis etwa 35° zu steigen, ebenfalls unter starker Dampfentwicklung.

Nach dem Verfahren der Erfindung werden diese Nachteile dadurch beseitigt, dass bei der Herstellung von Kieselsäureestern aus Siliciumhalogeniden und einem oder mehreren Alkanolen, Alkanole verwendet werden, die vorher völlig oder grösstenteils mit Halogenwasserstoff gesättigt worden sind.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die wahrgenommene Wärmeentwicklung nicht in erster Linie durch die Einwirkung der Alkanole auf die Siliciumhalogenide (diese Reaktion erweist sich sogar häufig als endotherm), sondern durch die Lösungswärme des bei der Reaktion abgetrennten Halogenwasserstoffs in den Alkanolen hervorgerufen wird. Diese Wärmeentwicklung kann nun nach der Erfindung dadurch herabgesetzt werden, dass die Lösung des Halogenwasserstoffs während der Reaktion vermieden wird, was vorzugsweise dadurch erfolgt, dass die Alkanole vorher völlig oder teilweise mit Halogenwasserstoff gesättigt werden. Es ist dadurch möglich, die Reaktion mit einem geringem Wärmeeffekt bei der am meisten gewünschten Temperatur verlaufen zu lassen.

In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird für die völlige oder teilweise Sättigung der Alkanole, bevor sie mit den Siliciumhalogeniden zusammengebracht werden, der bei der Herstellung von Kieselsäureestern freiwerdende Halogenwasserstoff verwendet.

In der Zeichnung ist schematisch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung dargestellt, bei der dieser Grundsatz angewendet ist. In dieser Zeichnung bedeuten 1 und 2 die Zuführungsleitungen der Alkanole bzw. der Siliciumhalogenide, 3 ist das Reaktionsgefäss mit zugehörigem Wassermantel 4, das z.B. mit Glasperlen gefüllt ist. Die oben in das Gefäss eingebrachten Reaktionsstoffe werden darin umgesetzt und der erzeugte Kieselsäureester wird unten durch ein Ableitungsrohr zum Gefäss 5 abgeführt. Im gekühlten Mischgefäss 6 mischen sich die Alkanole und der bei der Esterbildung freiwerdende Halogenwasserstoff miteinander. Dieses Mischgefäss ist mit Glasperlen gefüllt, durch welche die Mischung erleichtert wird. Der Kühler 7 dient zur Kondensation der aus dem Mischgefäss 6 etwa entweichenden Alkanoldämpfe. Durch das Ableitungsrohr 8 entweicht der überschüssige Halogenwasserstoff.

Beispiel.

In der obenbeschriebenen Vorrichtung werden 3,43 kg Siliciumtetrachlorid und 5,20 kg Aethanol in etwa 90 Minuten zusammengefügt. Danach werden die im Reaktionsgemisch noch vorhandenen Chlorwasserstoffreste entfernt. Hierauf wird das Tetraaethylsilikat im Vakuum abdestilliert. Die Ausbeute beträgt 3,37 kg, das sind 81% der Theorie. Wenn man in derselben Zeit eine gleiche Siliciumtetrachloridmenge in die gleiche Alkoholmenge tropfen lässt, die sich in einem Glaskolben von 10 l Inhalt befindet, so beträgt trotz der Verwendung eines reichlich bemessenen Rückflusskühlers, durch welche die bei der Reaktion entstandene Salzsäure entweichen kann, die Ausbeute höchstens 50 bis 60%.

Claims (3)

1. Verfahren zur Herstellung von Kieselsäureestern aus Siliciumhalogeniden und einem oder mehreren Alkanolen, dadurch gekennzeichnet, dass vorher mit Halogenwasserstoff völlig oder grösstenteils gesättigte Alkanole verwendet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der bei der Herstellung von Kieselsäureestern freiwerdende Halogenwasserstoff zur teilweisen oder völligen Sättigung der Alkanole verwendet wird.

3. Vorrichtung zur Herstellung von Kieselsäureestern aus Alkanolen und Siliciumhalogeniden, die aus einem Reaktionsgefäss mit Zuführungsleitungen für die Alkanole bzw. Siliciumhalogenide und einer Abführungsleitung für den Halogenwasserstoff besteht, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zuführungsleitung des Alkanols ein Mischgefäss liegt, das mit der Abführungsleitung für den Halogenwasserstoff derart verbunden ist, dass in diesem Gefäss eine Mischung des zugeführten Alkanols mit dem entweichenden Halogenwasserstoff erfolgen kann.