Verfahren, Vorrichtung und deren Verwendung zur Herstellung von Acryloxy- und
Methacryloxypropyltrialkoxysilanen
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.
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.
Es ist lange bekannt Acryl- oder Methacryloxypropyltrialkoxysilane aus Alkaliacrylat oder Alkalimethacrylat und Halogenalkyltrialkoxysilan, zum Beispiel Kaliummethacrylat und
3-Chlorpropyltrimethoxysilan in Gegenwart eines Phasentransferkatalysators, herzustellen (vgl. u. a. EP 0 437 653 B1 , EP 0 708 081 A2) (nachfolgend auch Phasentransferkatalyse- Verfahren (PTC-Verfahren) oder kurz„Salzverfahren" oder„Salzroute" genannt). Als Nachteil dieses Verfahrens ist die Nebenproduktbildung von Alkalihalogenid, zum Beispiel Kaliumchlorid, in stöchiometrischer Menge anzusehen. Es muss vom Zielprodukt aufwändig abgetrennt, aufgearbeitet und entsorgt werden, was mit hohen Kosten verbunden ist.
Weiter ist bekannt, dass bei der Herstellung von Acryl- oder 3-Methacryloxypropyl- trialkoxysilane die so genannte„Popcorn-Polymerisation" (EP 0 437 653 B1 , EP 0 483 480 A1 , EP 0 708 081 A2) eintreten kann, was zu einer unmittelbaren Verstopfung der Anlage bzw. Teilanlage führt kann. Um dieses Risiko nach Möglichkeit zu minimieren, werden im Stande der Technik je nach Verfahren die verschiedensten Polymerisationsinhibitoren (nachfolgend auch kurz Stabilisatoren genannt) und Stabilisatorkombinationen empfohlen.
EP 0 437 653 B1 lehrt den Einsatz von Ν,Ν'-Diphenyl-p-phenylendiamin (DPPD) beim „Salzverfahren", um das Risiko der„Popcorn-Polymerisation" von Acryl- oder
Methacryloxypropyltrialkoxysilane zu mindern.
Aus EP 0 708 081 A2 sowie EP 0 483 480 A1 sind der Einsatz von N,N'-disubstituierten p-Chinondiiminen sowie N,N'-Diphenyl-p-phenylendiamin bei den jeweiligen Verfahrensstufen im„Salzverfahren" zu entnehmen, um das Risiko der„Popcorn-Polymerisation" von Acryl- oder Methacryloxypropyltrialkoxysilanen nach Möglichkeit zu vermeiden. Ferner kann beim besagten Verfahren 2,6-Di-tert.-butyl-4-methylphenol (Jonol) eingesetzt werden, insbesondere nach der fraktionierten destillativen Aufarbeitung zur Nachstabilisierung des Produkts.
DE 102 58 982 B3 offenbart ein vierstufiges Verfahren zur Aufarbeitung einer
Rohproduktfraktion, die ein Acryloxy- oder Methacryloxyalkylgruppen tragendes Organosilan enthält, wobei eine sehr aufwändige Anordnung von fünf Kolonnen zur Anwendung kommt und das Rohprodukt aus dem„Salzverfahren" stammt.
EP 0 702 016 A2 lehrt Acryl- oder Methacryloxypropyltrialkoxysilane mit einem Gehalt an tertiärem Amin, um den pH-Wert anzuheben und die Lagerstabilität zu verbessern.
Das„Salzverfahren" mit seinen einzelnen Verfahrensschritten ist gegenüber dem alternativen Hydrosilylierungsverfahren aus Sicht des Chemikers deutlich unterschiedlich und in der Regel nicht vergleichbar.
In der DE 38 32 621 C1 werden zur Verbesserung der Stabilisierung von Acrylsilanen, die nach dem Verfahren der Hydrosilylierung von Allylmethacrylat mittels Trialkylsilanen in Gegenwart von H2PtCI6 als Katalysator hergestellt werden, der Einsatz von N,N'-disubstituierten p-Phenylendiaminen sowie sterisch gehinderten Phenolen offenbart, wobei die Diamine bei der destillativen Aufarbeitung der Roh-Acrylsilane die Stabilisierung des Sumpfes übernehmen und die flüchtigen Phenole die Stabilisierung der Dampfphase. Die technische Durchführung dieses Verfahrens sieht den Zusatz der Stabilisatoren vor oder nach Abschluss der Syntheseschritte vor.
EP 0 707 009 B1 offenbart die Hydrosilylierung eines Allylesters mit einem Hydrogensilan in Gegenwart eines homogenen Pt(ll)-Katalysators. Als Stabilisatorsysteme werden 2,6-Di-tert- butylphenol und Triphenylphosphan oder 2,6-Di-tert.-butylphenol und Triethylamin oder Phenylphosphan oder 2,6-Di-tert.-butylphenol alleine eingesetzt. Bei der Durchführung dieses Verfahrens wird entweder ein Gemisch aus Hydrogensilan, Stabilisatorsystem und Pt(ll)- Katalysator oder eines aus Allylester, Stabilisatorsystem und Pt(ll)-Katalysator vorgelegt, das Gemisch erwärmt und die für die Umsetzung fehlende Komponente, d. h. der Allylester oder das Hydrogensilan zugetropft. Ferner wird bei der Umsetzung Luft in das Reaktionsgemisch eingeleitet.
WO 2008/017554 A1 offenbart ein Hydrosilylierungsverfahren, wobei ein Gemisch aus Allylmethylmethacrylat, N,N'-Diphenyl-p-phenylendiamin, 2,6-Di-tert.-butyl-4-methylphenol, einer acetonische Lösung von H2PtCI6 x 6 H20 und Hydrogentrimethoxysilan einem
vorgeheizten Mikroreaktor unter Druck zugeführt, dort umgesetzt und das Produktgemisch mittels Dünnschicht- bzw. Kurzwegverdampfer aufgearbeitet.
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.
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.
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 Figur 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 H2PtCl6x6H20 oder 2,6-Di-tert.-butyl-4-methylphenol, Allylmethacrylat, N,N'-Diphenyl-p-phenylendiamin und eine acetonische Lösung von
H2PtCl6x6H20 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.
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.
Das erfindungsgemäße Verfahren einschließlich seiner bevorzugten Ausführungsformen kann man vorteilhaft in einer Produktionsanlage durchführen, wie sie Anspruch 1 und/oder der idealisierten Darstellung gemäß Figur 1 zu entnehmen ist.
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.
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 (1 1 ) und (15) verbunden, wobei die Leitung (1 1 ) 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 (1 1 ) mit dem Kopf (7, 8) der Reaktionseinheit (1 ) verbunden sind.
Die jeweiligen Einheiten bzw. Leitungen der vorliegenden Anlage können darüber hinaus an erforderlichen Stellen neben Regelsystemen auch mit Absperramaturen versehen sein.
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 H2PtCI6 x 6 H20 oder Allylmethacrylat, 2,6-Di-tert.-butyl-4- methylphenol, N,N'-Diphenyl-p-phenylendiamin und eine acetonische Lösung von
H2PtCl6x6H20 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.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren setzt man Allylacrylat bzw. Allylmethacrylat zu
Hydrogentrialkoxysilan bevorzugt in einem molaren Verhältnis von 0,9 bis 1 : 1 ein.
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.
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 H2PtCI6 x 6 H20 eingesetzt, wobei der Gehalt von Pt- Salz im Aceton vorzugsweise 0,05 bis 0,2 Mol Pt pro 1 Liter Aceton beträgt.
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 H2PtCl6x6H20 vorzugsweise einzeln oder im Gemisch in den Reaktor und heizt das vorgelegte Gemisch geeigneterweise unter Rühren auf Reaktionstemperatur auf.
Ferner ist beim erfindungsgemäßen Verfahren hervorzuheben, dass man das Trialkoxysilan, vorzugsweise Hydrogentrimethoxysilan (TMOS), direkt in das vorgelegte (Reaktions-)Gemisch dosiert, indem die Tnalkoxysilandosierung unter die Flüssigkeitsoberfläche des
Reaktionsgemischs erfolgt und dabei das Reaktionsgemisch rührt.
Weiter ist es vorteilhaft, dass man beim erfindungsgemäßen Verfahren die
Tnalkoxysilandosierung innerhalb einer Zeitspanne von 5 bis 1 15 Minuten, bevorzugt 10 bis 80 Minuten, besonders bevorzugt 15 bis 60 Minuten, ganz besonders bevorzugt von 20 bis 40 Minuten, durchführt.
Geeigneterweise lässt man beim erfindungsgemäßen Verfahren das Reaktionsgemisch nach beendeter Tnalkoxysilandosierung 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.
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.
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.
Geeigneterweise führt man die Destillationsschritte in der Reaktionseinheit
(„Brückendestillation") und in der Rektifikationseinheit (Reindestillation) jeweils unter Rühren durch.
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.
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.
Dabei ist die beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Rektifikations-kolonne, vgl. auch Einheit (16) in Figur 1 , vorzugsweise mindestens mit Rührer (17), Heizung, Kühlung sowie Temperaturmessung und -regelung (18), Kolonnenpackungen (19, 20), bevorzugt mit Metall- Sulzer LAB-EX / Mat-Nr.:1.4404, Kolonnenkopf (22, 23, 24, 25) und Seitenabnahme (26, 27, 28, 29) ausgestattet und mit einer Einheit zur Druckminderung (Vakuum), -messung und -regelung (10, 21 , 22) verbunden. So kann man das vorliegende Verfahren vorteilhaft in einer
Produktionsanlage nach Anspruch 1 durchführen, vgl. dazu auch eine in Figur 1 dargestellte und bevorzugte Ausführungsform einer solchen Anlage.
Darüber hinaus kann man das erfindungsgemäße Verfahren kontinuierlich oder diskontinuierlich durchführen.
Im Allgemeinen führt man das erfindungsgemäße Herstellverfahren wie folgt aus, vgl.
insbesondere auch Figur 1 :
Dazu spült man die Anlage mit Inertgas, insbesondere die Einheiten (1 ), (4), (5), (7), (8), (9), (10), (1 1 ), (15), (16), (21 ), (22) (23), (24), (26), (27), (29) der Anlage, sodass die gesamte Anlage danach im Wesentlichen frei von Sauerstoff und Wasser ist. Dabei ist die
Reaktionseinheit (1 ) vorteilhaft mit Rührvorrichtung (2), Heizung/ Kühlung einschließlich
Temperaturmessung und -regelung (3) und Rückflusskondensation (7, 8, 9) ausgestattet.
Anschließend gibt man die zuvor eingewogenen Komponenten Allylacrylat bzw.
Allylmethacrylat, Jonol, DPPD und eine acetonische Lösung von H2PtCl6x6H20, welche man zuvor durch Lösen Pt(IV)-Salzes in Aceton herstellt, in den Reaktor, rührt das Gemisch und erhitzt es auf Reaktionstemperatur.
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 (5, vgl. insbesondere auch 5.1 ) unter die Flüssigkeitsoberfläche (6.1 ) des Reaktionsgemischs (6), und lässt das Reaktionsgemisch noch einige Zeit,
vorzugsweise unter Rühren und Temperaturkontrolle, nachreagieren.
Anschließend trennt man, geeigneterweise unter Rühren (2) und Einbeziehung der Einheiten (3, 7, 8, 1 1 , 12, 10, 13), die Leichtsieder bzw. flüchtigen Bestandteile, d.h., Bestandteile des Reaktionsgemischs bzw. Rohprodukts, die einen höheren Siedepunkt als das Zielprodukt besitzen, zumindest anteilig von dem so erhaltenen Reaktions- bzw. Produktgemisch ab.
Nachfolgend wird das so erhaltene Rohprodukt, geeigneterweise unter Einbeziehen der Einheiten (2, 3, 7, 8, 10, 1 1 , 15), in eine Rektifikationseinheit überführt (so genannte
„Brückendestillation") und dort destillativ aufgearbeitet.
Eine nach Brückendestillation im Reaktor verbleibende Phase, die den Katalysator-Rest und höher siedende Komponenten enthält, so genannter Hochsiederrückstand, kann über einen Hochsiederauslass, vgl. auch Einheit (14), aus dem Reaktor entfernt werden.
Die Rektifikationseinheit (16) zur Durchführung der Reindestillation des Rohprodukts ist geeigneterweise mit Rührer (17), Heizung, Kühlung sowie Temperaturmessung und -regelung (18), Kolonnenpackungen (19, 20), vorzugsweise vom Typ Metall-Sulzer LAB-EX / Material-Nr.: 1.4404, Kopf- (22, 23, 24, 25) und Seitenabnahme (26, 27, 29), angeordnet im Mittellauf der Rektifikationskolonne, sowie einer Verbindung (21 , 22) zur Druckminderungseinheit
einschließlich Druckmessung und -regelung (10) ausgestattet.
Zur Reindestillation des Rohprodukts wird der Sumpf (15.1 ) der Rektifikationskolonne geeigneterweise gerührt und beheizt (17, 18), vorzugsweise unter vermindertem Druck (10) (Vakuum), und es erfolgt eine Seitenabnahme, vgl. auch die Einheiten (10, 21 , 22, 15.1 , 17, 18, 26, 27, 28, 29), aus dem Mittellauf der Rektifikationskolonne unter Temperatur- und
Druckkontrolle zur Gewinnung des reinen Zielprodukts. Flüchtige Bestandteile können dabei aus der Einheit (27) über Leitung (28) oder über die Einheiten (22, 23, 24) wieder in die
Rektifikation zurückgeführt oder über Einheit (25) sowie (22, 21 , 10, 13) ausgeschleust werden. So kann man das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft unter Inertgasatmosphäre durchführen, zur Herstellung von MEMO, wobei der Einsatz von Allylmethacrylat und TMOS als Eduktkomponente besonders bevorzugt ist.
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 H2PtCI6x6H20 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 H2PtCI6x6H20 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, 1 1 , 12, 10, 13) abtrennt und
- anschließend das so erhaltene Rohprodukt über die Einheiten (7, 8, 1 1 , 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.
So kann man beim erfindungsgemäßen Verfahren die so genannte„Brückendestillation" vorteilhaft bei einer Sumpftemperatur (6) in der Reaktionseinheit (1 ) beginnend bei rd. 70 °C aufsteigend bis 140 °C und einem vermindertem Druck von 2 bis 0,9 mbar (1 , 8, 10), besonders vorzugsweise bei rd. 1 mbar, durchführen, wobei die Kopftemperatur (8) zur Abnahme des Rohprodukts, das in die Rektifikationskolonne (16, 15.1 ) überführt wird, vorzugsweise rd. 75 °C bei rd. 1 mbar beträgt. Bei der Durchführung der Reindestillation (15.1 , 16, 27, 30) führt man im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens die Seiten(strom)abnahme (26) aus der
Rektifikationskolonne (16) bevorzugt bei 50 °C bis 85 °C und einem vermindertem Druck (16, 10, 26, 27) von rd. 0,8 fallend bis rd. 0,5 mbar durch, wobei die Sumpftemperatur (15.1 ) in der Rektifikationskolonne (16) vorzugsweise 120°C bis 140°C beträgt.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann man diskontinuierlich oder kontinuierlich durchführen.
Ebenso ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung die Verwendung einer erfindungsgemäßen Anlage, vgl. Anspruch 1 sowie Figur 1 , zur Herstellung von 3-Methacryloxypropyltrimethoxysilan (MEMO) durch Hydrosilylierung vom Allylmethacrylat mit Trimethoxysilan in Gegenwart eines homogenen Pt-Katalysators sowie eines Stabilisatorsystems und destillativer Aufarbeitung des Rohprodukts, wobei man das Reinprodukt (30) über eine gezielte Seitenabnahme (26), (27), (29), die unter Temperatur- und Druckkontrolle aus der Rektifikationskolonne (16) erfolgt, gewinnt.
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.
Das nachfolgende Beispiel soll die Erfindung näher erläutern ohne diese zu beschränken:
Beispiel:
Synthese von 3-Methacryloxypropyltrimethoxysilan (MEMO): Einsatzstoffe:
3,50 kg 13 mol N,N'-Diphenyl-p-phenylendiamin (DPPD)
0,20 kg 1 mol Jonol
0,90 1 0,09 mol [Pt] H2PtCI6 x 6 H20 gelöst in Aceton,
369,80 kg 2930 mol Allylmethacrylat
393,20 kg 3210 mol Trimethoxysilan (TMOS)
Reaktionsgleichung:
[Katalysator]
(CH30)3SiH + CH2=C(CH3)C(0)OCH2CH=CH2 -> CH2=C(CH3)C(0)OCH2CH2CH2Si(OCH3)3 TMOS Allymethacrylat MEMO
122,20 g/mol 126,16 g/mol 248,36 g/mol
Durchführung:
Zuerst wurden unter Inertgasatmosphäre (getrockneter Stickstoff) Jonol (Stabilisator) und Allylmethacrylat (Eduktkomponente) vorgelegt und dann DPPD (Stabilisator) und die acetonische H2PtCI6-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.
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.
Die Aufarbeitung erfolgte hierbei unter Druck- und Temperaturkontrolle über eine mit dem Reaktionsteil [vgl. Figur 1 : (1 ), (8)] verbundene„Brückendestillation" [vgl. Figur 1 : (1 ) / (10) über (7), (1 1 ), (12), (13) sowie (7), (1 1 ), (15) nach (16)] mit nachfolgender Reindestillation [vgl. Figur 1 : (16) sowie (22), (21 ), (10)] über eine Destillationseinheit mit Kopf- [vgl. Figur 1 : (22), (23), (24), (25)] und Seitenabnahme [vgl. Figur 1 : (26), (27), (28), (29)] für das Reinprodukt [vgl. Figur 1 : (30)]. Das durch Destillation erhaltene Reinprodukt 3-Methacryloxy- propyltrimethoxysilan (MEMO, rein) weist nach GC-Analyse eine Reinheit von 99,3 % (GC- Flächenprozent) auf.
Legende zu Figur 1 :
(1 ) Reaktor mit Rückflusskondensation sowie zur„Bruckendestillation"
(auch kurz Reaktionseinheit genannt)
(2) Rühr-/ Mischvorrichtung
(3) Heizung/ Kühlung mit Temperaturmessung und -regelung
(4) Zuführung für Inertgas (N2) sowie der Komponenten Allyl(meth)acrylat, Jonol, DPPD und acetonischer H2PtCI6-Lösung
(5) Zuführung für Trialkoxysilan sowie Inertgas (N2)
(5.1 ) Dosierung von Trialkoxysilan unter die Flüssigkeitsoberfläche des Reaktionsgemischs
(6) Reaktionsgemisch bzw. Rohprodukt
(6.1 ) Oberfläche des flüssigen Reaktionsgemischs bzw. Rohprodukts
(7) Zuführung für flüchtige Bestandteile zur Rückfluss- bzw. Brückendestillation
(8) Rückflusskondensation
(9) Rückführung für Kondensat
(10) Einheit zur Druckminderung (Vakuum), -messung und -regelung
(1 1 ) Zuführung für flüchtige Phasen zu den Einheiten (12) und (15) (Brückendestillation)
(12) Leitung für Druckminderung/-regulierung sowie Ausschleusung flüchtiger
Bestandteile/Leichtsieder
(13) Leitung für Austrag flüchtiger Bestandteile/Leichtsieder
(14) Austrag für Rückstand/Hochsieder
(14.1 ) Austrag für Rückstand/Hochsieder
(15) Zuführung für Rohprodukt in die Rektifikationskolonne
(15.1 ) Kolonnensumpf
(16) Rektifikationseinheit (Rektifikationskolonne) für Reindestillation
(17) Rühr-/ Mischvorrichtung
(18) Heizung/ Kühlung mit Temperaturmessung und -regelung
(19) Kolonnenpackung
(20) Kolonnenpackung
(21 ) Leitung für Druckminderung/-regulierung
(22) Leitung für Druckminderung/-regulierung sowie Kopfdestillation und Ausschleusung Leichtsieder
(23) Kolonnenkopf mit Temperatur-/Druckmessung sowie Abnahmesteuerung
(24) Rückführung kondensierter Bestandteile
(25) Ausschleusung flüchtiger Bestandteile/Leichtsieder
(26) Seitenstromabnahme unter T-/p-Kontrolle
(27) Kondensationseinheit mit Temperatur-/Druckmessung und -regelung
(28) Rückführung flüchtiger Bestandteile
(29) Produktaustrag
(30) Reinprodukt