KR100698795B1 - 개질된 액상 유기규소 화합물을 제조하기 위한 연속 하이드로실릴화 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 내부에 교반 장치 및 플러그 유동 유지 장치가 장착된 관상 반응기에서 백금 촉매(C)의 존재하에 각각의 분자 내에 하나 이상의 규소-결합된 수소 원자를 갖는 액상 유기규소 화합물(A)과 각각의 분자 내에 하나 이상의 지방족 불포화 결합을 갖는 액상 유기규소 화합물(B)을 연속적으로 하이드로실릴화 반응시킴을 포함하는, 연속 하이드로실릴화 반응의 수행방법에 관한 것이다.
연속 하이드로실릴화 반응, 플러그 유동, 백금 촉매, 유기규소
Description
도 1은 본 발명의 실시예에 사용된 관상 반응기(1)를 나타낸 도면이다.
도 2는 관상 반응기(1)에서 사용된 디스크(3)의 측면도이다.
도 3은 관상 반응기(1)에서 사용된 또 다른 양태의 디스크(3)의 측면도이다.
도 4는 실시예 1과 실시예 3에 기재된 방법에 따라 사용된 관상 반응기(1) 및 주변 장치를 나타낸 도면이다.
도 5는 실시예 2에 기재된 방법에 따라 사용된 관상 반응기(1) 및 주변 장치를 나타낸 도면이다.
본 발명은 내부에 교반 장치 및 플러그 유동(plug-flow) 유지 장치가 장착된 관상 반응기(tubular reactor)에서 하이드로실릴화 반응을 연속적으로 수행하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 개질된 액상 유기규소 화합물을 연속적으로 제조하는 방법에 관한 것이다.
백금 촉매의 존재하에 각각의 분자 내에 하나 이상의 지방족 불포화 결합을 갖는 액상 유기 화합물과 각각의 분자 내에 하나 이상의 규소-결합된 수소 원자(이후에는 SiH로 지칭함)을 갖는 액상 유기규소 화합물 사이에 일어나는 하이드로실릴화 반응은 일반적으로 혼화성 용매(예를 들면, 에틸 알콜, 이소프로필 알콜 또는 유사한 알콜; 또는 벤젠, 톨루엔, 크실렌 또는 유사한 방향족 용매) 속에서 배치식으로 수행된다. 상기 반응의 경우, 일반적으로 지방족 불포화 결합 대 SiH의 몰 비가 1보다 크고 수학식 1로 나타낸 전환율이 0.9999보다 커야 한다.
이러한 요건을 만족시키기 위해 종종 매우 장시간 동안 반응시킨다.
게다가, 위에서 언급한 하이드로실릴화 반응은 SiH 1mol당 약 40kcal의 발열 반응인 것으로 공지되어 있으며, 유기 그룹의 열분해를 방지하고 공정 안전성을 유지하기 위해서는 반응 온도를 조절하는 것이 필요하다. 배치식 제조 시스템에서는 반응열을 제거하기 위해 종종 유기 용매를 사용하여 희석시킨다. 이러한 용매를 사용하면 발화 또는 폭발의 측면에서 위험하기 때문에, 반응 종결 후에 유기 용매를 제거하기 위해 특별한 조치를 취해야 한다. 이 경우, 공정 효율이 전반적으로 감소한다. 또한, SiH 함유 액상 유기규소 또는 지방족 결합을 함유하는 액상 유기규소 중 하나를 백금 촉매를 함유하는 상기 유기규소 중 나머지 유기규소의 혼합물에 떨어뜨려 반응열에 의한 반응 온도 증가를 조절할 수 있다. 그러나, 이러한 방법은 반응 시간을 상당히 지연시킨다. 최근에는 탱크형 반응기에서 하이드로실릴화 반응을 수행한 후에, 조 생성물을 플러그 유동 반응기에 공급하여 반응을 종결시키는 방법이 제안되었다. 그러나, 이러한 방법은 필수적으로 배치식 공정이기 때문에 선행 기술의 문제를 해결할 수 없다.
본 발명의 목적은 유기 용매로 희석하지 않고 탱크형 반응기를 사용하지 않으면서 신속하고 효율적으로 하이드로실릴화 반응을 수행하는 방법을 제공하는 것이다. 또 다른 목적은 개질된 액상 유기규소를 연속적으로 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 하이드로실릴화 반응을 연속적으로 수행하기 위한 방법에 관한 것이다. 당해 방법은 내부에 교반 장치 및 플러그 유동 유지 장치가 장착된 관상 반응기에서 백금 촉매(C)의 존재하에 각각의 분자 내에 하나 이상의 규소-결합된 수소 원자를 갖는 액상 유기규소 화합물(A)과 각각의 분자 내에 하나 이상의 지방족 불포화 결합을 갖는 액상 유기규소 화합물(B)을 연속적으로 하이드로실릴화 반응시킴을 포함한다. 또한, 본 발명은 개질된 액상 유기규소 화합물을 연속적으로 제조하는 방법을 포함한다.
도면에 나타낸 번호는 다음과 같은 의미를 갖는다.
(1) 관상 반응기
(2) 실린더 부분
(3) 디스크
(4) 회전축
(5) 원료 공급구
(6) 배출구
(7) 재킷
(8) 모터
(9) 천공
(10) 컷아웃(cutout)
(11) 회전축용 개구부
(12), (13), (14) 공급 펌프
(15), (16) 가열형 열교환기
(17) 예비혼합기
(18) 모터
(19) 수용 용기
(20) 정적 반응기(static reactor)
본 발명은 하이드로실릴화 반응을 수행하기 위한 연속적인 방법에 관한 것이다. 당해 방법은 내부에 교반 장치 및 플러그 유동 유지 장치가 장착된 관상 반응기에서 백금 촉매(C)의 존재하에 각각의 분자 내에 하나 이상의 규소-결합된 수소 원자를 갖는 액상 유기규소 화합물(A)과 각각의 분자 내에 하나 이상의 지방족 불포화 결합을 갖는 액상 유기규소 화합물(B)을 연속적으로 하이드로실릴화 반응시킴을 포함한다. 또한, 본 발명은 내부에 교반 장치 및 플러그 유동 유지 장치가 장착된 관상 반응기에서 백금 촉매(C)의 존재하에 각각의 분자 내에 하나 이상의 규소-결합된 수소 원자를 갖는 액상 유기규소 화합물(A)과 각각의 분자 내에 하나 이상의 지방족 불포화 결합을 갖는 액상 유기규소 화합물(B)을 연속적으로 하이드로실릴화 반응시켜 개질된 액상 유기규소 화합물을 연속적으로 제조하는 방법을 포함한다.
본 발명은 교반 장치 및 플러그 유동 유지 장치가 장착된 관상 반응기에서 수행되는 연속 하이드로실릴화 반응을 특징으로 한다. 위에 언급된 유형의 전형적인 관상 반응기의 예는 도 1에 나타나 있다. 일반적으로 교반기는 날개형 또는 핀형일 수 있고 이들 유형의 교반기는 고속 회전되므로 비교적 단시간 내에 성분들을 혼합하는 것으로 공지되어 있다. 그러나, 이러한 교반기가 관상 반응기와 결합되어 사용되는 경우에는 플러그 유동 상태를 상당히 손상시켜 SiH의 반응이 불완전한 것으로 관찰된다.
그러나, 본 발명의 경우, 내부에 교반 장치 및 플러그 유동 유지 장치가 장착된 관상 반응기에서 하이드로실릴화 반응을 연속적으로 수행하므로 전단에 의해 제공되는 교반 작동과 함께 높은 플러그 유동 특성을 보장할 수 있다. 이 경우, 하이드로실릴화 반응 시간을 단축시킬 수 있고, 평균 체류 시간을 반응 완료에 필요한 시간을 약간 초과하도록 선택하는 경우, 반응 전환율이 99.99%보다 큰 표적 반응 생성물을 수득할 수 있게 된다.
관상 반응기가 실린더 형태인 경우, 디스크가 원형 단면을 갖는 것이 바람직하다. 그러나, 관통 유동을 유지하기 위해서 각각의 디스크는 하나 이상의 천공 또는 그 주위에 컷아웃을 가져야 한다. 디스크 내에 컷아웃을 갖는 반응기의 수평 배향은 반응기 내에 축적된 공기 버블의 제거를 용이하게 한다. 전형적인 디스크 배열은 도 2 및 3에 나타나 있다. 디스크가 너무 작으면, 플러그 유동 특성이 소실될 위험이 있다. 따라서, 디스크의 단면적은 관상 반응기의 단면적의 10% 이상, 바람직하게는 50% 이상이어야 한다. 디스크의 갯수가 많을수록 플러그 유동 유지 상태가 양호해진다. 따라서, 디스크는 2개 이상 사용해야 한다. 반응기는 수직, 수평 또는 경사 배향일 수 있다. 반응기의 최적 배향은 특정 반응기 배치도를 참조하여 선택한다.
하이드로실릴화 반응열을 효율적으로 제거하기 위해서 냉각 매질이 통과될 수 있는 냉각 재킷으로 관상 반응기를 둘러쌀 수 있다. 하이드로실릴화 반응에 의해 생성된 발열량은 반응된 SiH 1mol당 약 40kcal에 상응하는 것으로 공지되어 있다. 유기 그룹의 열분해를 방지하고 당해 공정의 안전성을 보장하기 위해서, 냉각 재킷으로 열을 제거하여 온도를 조절해야 한다.
위에 언급된 관상 반응기를 단독으로 사용해도 하이드로실릴화 반응을 수행하는 데에는 충분하지만, 경우에 따라 당해 반응기에 반응기의 업스트림에 설치된 예비혼합기를 결합시킬 수 있다. 예를 들면, 하나의 분자 내에 하나 이상의 규소-결합된 수소 원자를 갖는 액상 유기규소(A)와 하나의 분자 내에 하나 이상의 지방족 불포화 결합을 갖는 액상 유기 화합물(B), 또는 하나의 분자 내에 하나 이상의 규소-결합된 수소 원자를 갖는 액상 유기규소(A)와 하나의 분자 내에 하나 이상의 지방족 불포화 결합을 갖는 액상 유기 화합물(B)과 백금 촉매(C)를 예비혼합기, 예를 들면, 동적 혼합기에서 예비혼합할 수 있다. 상기 방법으로 성분들을 충분한 정도로 예비혼합하고 하이드로실릴화 반응을 수행하기 위해 혼합 상태로 관상 반응기에 공급하는 경우, 반응기 용량이 상당히 개선될 수 있다. 위에 언급된 두 가지 또는 세 가지 성분을 단시간 내에 효율적으로 혼합할 수 있는 임의의 유형의 동적 혼합기가 본 발명의 방법에 적합하다. 디스크 회전수가 낮은 경우, 하이드로실릴화 반응 동안 성분(A)와 성분(B)의 미반응 부분의 분리율은 증가하고, 결과적으로 전환율이 99.99%를 초과할 수 없게 된다. 게다가, 생성물이 백화된다. 디스크의 실제 회전 속도의 선택은 관상 반응기의 내부 직경에 따라 달라지지만, 일반적으로 회전 속도는 10 내지 2,000rpm, 바람직하게는 100 내지 500rpm의 범위가 바람직하다. 게다가, 정적 반응기를 관상 반응기의 다운스트림 위치에 설치할 수 있다. 관상 반응기로의 성분(A)와 성분(B)의 공급 유량이 증가함에 따라, 관상 반응기의 길이도 증가되어야 한다. 그러나, 관상 반응기의 다운스트림에 정적 반응기를 설치하는 경우 관상 반응기를 이와 같이 연장시킬 필요가 없게 된다. 정적 반응기의 온도를 조절하기 위해서 액상 냉각제가 통과되는 냉각 재킷으로 이를 둘러쌀 수 있다.
성분(A)이 오가노하이드로겐폴리실록산과 같은 친유성 물질이고 성분(B)이 알케닐 그룹 캡핑된 폴리옥시알킬렌과 같은 친수성 물질인 경우(즉, 성분(A)와 성분(B)가 혼화성이 아닌 경우), 반응 공정이 위에 언급된 관상 반응기에서 수행되면 반응 공정이 가장 효과적일 수 있다. 디스크의 회전은 각종 성분들의 혼합을 용이하게 하여 플러그 유동 상태를 유지하면서 반응 효율을 개선시킬 수 있다. 이와 같이 효율이 증가되면 반응기의 전체 크기를 감소시킬 수 있다.
성분(A)은 하나 이상의 규소-결합된 수소 원자를 갖고 반응 온도에서 액상으로 유지되어야 한다는 것을 제외하고는 특별히 제한되지 않는다. 성분(A)은 단량체, 올리고머 또는 중합체의 형태로 사용할 수 있다. 올리고머는 분자 내에 SiH를 갖는 오가노실록산 올리고머 또는 분자 내에 SiH를 갖는 유기규소 올리고머 뿐만 아니라 분자 내에 SiH를 갖는 유기 올리고머일 수 있다. 중합체는 분자 내에 SiH를 갖는 유기 중합체, 분자 내에 SiH를 갖는 오가노폴리실록산 또는 분자 내에 SiH를 갖는 유기규소 중합체로 나타낼 수 있다. 단지 하나의 SiH가 하나의 분자 내에 존재하거나 각각의 규소원자가 H에 결합되거나 또는 규소원자의 단지 일부만이 H에 결합될 수 있다. 또한, 2개의 수소 원자가 동일한 규소원자에 결합될 수 있다. 분자 내에 SiH를 갖는 단량체의 예에는 트리메틸실란, 디메틸페닐실란, 디메틸에톡시실란 또는 유사한 오가노하이드로겐실란이 있다. 분자 내에 SiH를 갖는 오가노실록산의 예에는, 하이드로겐실세스퀴옥산 올리고머, 분자 내에 SiH를 갖는 오가노올리고실록산, 예를 들면, 펜타메틸디실록산, 트리메틸디실록산, 헥사메틸트리실록산, 양쪽 말단이 트리메틸실록시 그룹으로 캡핑된 메틸하이드로겐실록산 삼량체, 테트라메틸사이클로테트라실록산, CH3Si(O(CH3)2SiH)3, HSi(CH3)2OSi(OCH3)3 및 Si(OSi(CH3)2H)4가 있다. 분자 내에 SiH를 갖는 오가노폴리실록산은 하이드로겐폴리실세스퀴옥산일 수 있다. 분자 내에 SiH를 갖는 오가노폴리실록산은, 분자의 양쪽 말단이 트리메틸실록시 그룹으로 캡핑된 메틸하이드로겐폴리실록산, 분자의 양쪽 말단이 트리메틸실록시 그룹으로 캡핑된 메틸하이드로겐실록산과 디메틸실록산의 공중합체, H(CH3)2SiO1/2 단위 및 SiO4/2 단위로 이루어진 메틸하이드로겐폴리실록산, 분자의 양쪽 말단이 디메틸페닐실록시 그룹으로 캡핑된 메틸하이드로겐폴리실록산 및 분자의 양쪽 말단이 디메틸하이드로겐실록시 그룹으로 캡핑된 디메틸폴리실록산일 수 있다.
성분(B)은 각각의 분자 내에 하나 이상의 지방족 불포화 결합을 갖고 반응 온도에서 액상으로 유지되어야 한다는 것을 제외하고는 특별히 제한되지 않는다. 성분(B)은 단량체, 올리고머 또는 중합체일 수 있다. 올리고머는 분자 내에 지방족 불포화 결합을 갖는 오가노올리고실록산, 분자 내에 지방족 불포화 결합을 갖는 유기 올리고머 또는 분자 내에 지방족 불포화 결합을 갖는 유기규소 올리고머일 수 있다. 중합체는 분자 내에 지방족 불포화 결합을 갖는 오가노폴리실록산 또는 분자 내에 지방족 불포화 결합을 갖는 유기 중합체 뿐만 아니라, 분자 내에 불포화 결합을 갖는 유기규소 중합체일 수 있다. 상기 중합체는 직쇄형, 측쇄형, 환형 또는 수지형 분자 구조일 수 있다. 지방족 불포화 결합은 쇄 말단 또는 펜던트(pendant)에 위치하거나 둘 다의 위치에 존재할 수 있다.
위에 언급된 지방족 불포화 결합은 예를 들면 에틸렌 결합 및 아세틸렌 결합일 수 있다. 분자 내에 지방족 불포화 결합을 갖는 단량체 및 유기 올리고머 화합물의 예에는 1-헥센, 1-옥텐, 1-데켄, 1-도데켄, 1,6-헥산디엔, 1,8-옥타디엔, 사이클로헥센, 알릴글리시딜 에테르, 아크릴산, 메타크릴산, 메틸아크릴레이트, 메틸메타크릴레이트 및 에틸메타크릴레이트가 있다. 분자 내에 지방족 불포화 결합을 갖는 유기 중합체의 예에는 폴리부타디엔, 폴리이소부틸렌, 한쪽 말단이 알릴 그룹으로 캡핑된 폴리옥시에틸렌, 한쪽 말단이 알릴 그룹으로 캡핑된 폴리옥시프로필렌, 한쪽 말단이 알릴 그룹으로 캡핑된 옥시에틸렌-옥시프로필렌 공중합체, 양쪽 말단이 알릴 그룹으로 캡핑된 폴리옥시에틸렌, 양쪽 말단이 알릴 그룹으로 캡핑된 폴리옥시프로필렌, 불포화 폴리에스테르 및 비닐 그룹을 함유하는 알키드 수지가 있다. 분자 내에 지방족 불포화 결합을 갖는 오가노올리고실록산은 1,3-디비닐테트라메틸디실록산, 1,3-디비닐헥사메틸트리실록산, 분자의 양쪽 말단이 트리메틸실록시 그룹으로 캡핑된 메틸비닐올리고실록산 및 테트라메틸테트라비닐사이클로테트라실록산일 수 있다. 분자 내에 지방족 불포화 결합을 갖는 위에 언급된 오가노폴리실록산은 분자의 양쪽 말단이 디메틸비닐실록시 그룹으로 캡핑된 디메틸폴리실록산, 분자의 양쪽 말단이 디메틸비닐실록시 그룹으로 캡핑된 디메틸실록산과 메틸페닐실록산의 공중합체, 분자의 양쪽 말단이 디메틸비닐실록시 그룹으로 캡핑된 디메틸실록산과 메틸비닐실록산의 공중합체, 분자의 양쪽 말단이 트리메틸실록시 그룹으로 캡핑된 디메틸실록산과 메틸비닐실록산의 공중합체, 분자의 양쪽 말단이 트리메틸실록시 그룹으로 캡핑된 디메틸실록산과 메틸헥세닐실록산의 공중합체, 분자의 한쪽 말단이 디메틸비닐실록시 그룹으로 캡핑되고 다른쪽 말단이 트리메틸실록시 그룹으로 캡핑된 디메틸폴리실록산, CH2=CH(CH3)2SiO1/2 단위 및 SiO4/2 단위로 이루어진 메틸비닐폴리실록산 수지 및 CH2=CH(CH3)2SiO2/2 단위 및 (CH3)SiO3/2 단위로 이루어진 메틸비닐폴리실록산 수지일 수 있다.
성분(A) 대 성분(B)의 공급 비는 약 1이어야 한다. 반응 생성물이 잔존 SiH 그룹을 함유해야 하는 경우, 상기 비는 1을 초과할 수 있고, 잔존 SiH 그룹이 존재하는 것이 바람직하지 않은 경우, 상기 비는 1 미만이어야 한다. 성분(A)이 각각의 분자 내에 하나의 SiH 그룹만을 함유하는 경우, 성분(B) 내의 지방족 불포화 그룹의 갯수는 제한되지 않는다. 두 개의 SiH 그룹이 성분(A)의 분자 내에 존재하는 경우, 성분(B)의 각각의 분자 내의 지방족 불포화 그룹의 갯수는 2를 초과하지 않는 것이 바람직하다. 성분(A)의 각각의 분자 내의 SiH 그룹의 갯수가 3 이상인 경우, 성분(B)에 분자당 단지 하나의 지방족 불포화 그룹이 존재하는 것이 바람직하다. 이는 불포화 지방족 그룹의 갯수가 2 이상인 경우 가교결합이 일어나 관상 교반기 속에서 반응 생성물이 겔화되기 때문이다.
성분(C)로서 하이드로실릴화 반응에 공급되는 백금 촉매는 실리카 분말 담체 상의 백금 미립자, 탄소 분말 담체 상의 백금 미립자, 백금 블랙, 염화백금산과 1,3-디비닐테트라메틸디실록산과의 착물, 백금-올레핀 착물, 백금 디케톤 착물 및 백금-알킬아세토아세테이트 착물일 수 있다. 백금 촉매(C)의 양은 촉매 활성 및 반응 예상 시간을 참고로 하여 선택하지만, 일반적으로 반응을 액상 중에서 수행하는 경우, 백금(중량부 단위)은 반응 혼합물의 중량을 기준으로 하여 0.1 내지 1,000ppm의 양으로 함유될 수 있다.
성분(C)의 촉매 작용 효과하에 성분(A)의 SiH 그룹 및 성분(B)의 지방족 불포화 그룹이 관상 반응기에서 하이드로실릴화되고 개질된 액상 유기규소 화합물이 관상 반응기로부터 수득된다. 성분(A) 및 성분(B)으로 사용된 원료의 유형에 따라 수득된 개질된 액상 유기규소 화합물은 단량체, 올리고머 또는 중합체 형태일 수 있다.
본 발명은 실시예를 참고로 하여 추가로 기재되어 있다. 실시예에서, 모든 부는 중량부이고 모든 %는 중량%이다. 점도는 25℃에서 측정한다. "Me"는 "메틸"을 의미한다.
실시예 1
도 4의 관상 반응기(1)에 화학식 Me3SiO(Me2SiO)7(MeHSiO)3SiMe3의, 분자의 양쪽 말단이 트리메틸실록시 그룹으로 캡핑된 디메틸실록산과 메틸하이드로겐실록산의 공중합체, 화학식 HO(CH2CH2O)12CH2CH=CH2의 폴리옥시에틸렌을 공급한다. 첫 번째 성분은 열교환기(15)에 연결된 공급 펌프(12)를 사용하여 반응기에 공급함으로써 가열하고 두번째 성분은 열교환기(16)에 연결된 공급 펌프(13)를 사용하여 반응기에 공급함으로써 가열한다. 동적 혼합기(17) 속에서 혼합한 후에, 두 가지 성분을 반응기(1) 앞부분에 위치하는 원료 공급구(5)를 통해 연속적으로 관상 반응기(1)에 공급한다. 상기 공중합체 및 폴리에테르를 3:7의 중량비로 넣는다. 총 공급 속도는 표 1에 나타내었다. 이와 동시에, 공급 펌프(14)를 사용하여 원료 공급구(5)를 통해 염화백금산과 1,3-디비닐테트라메틸디실록산과의 착물(반응액 중의 금속성 백금의 농도는 20ppm에 상응함) 형태의 촉매를 관상 반응기(1)에 연속적으로 공급한다. 성분들이 반응기에 공급됨에 따라, 하이드로실릴화 반응이 개시된다. 공급구(5) 근처의 반응기(1) 내의 온도는 표 1에 나타내었다. 관상 반응기(1)는 내부 직경이 50mm이고 길이가 1000mm이며, 두께가 1mm이고 직경이 48mm인 33개의 디스크를 지지하고 길이가 1000mm인 회전축(4)이 내부에 위치한다. 축(4)은 표 1에 나타낸 바와 같이 100rpm 또는 300rpm으로 회전한다. 관상 반응기(1)의 실린더부는 120℃로 조정된 온도의 가열 매질이 담긴 가열 재킷으로 둘러싸여 있다. 표 1에 나타낸 체류 시간 경과 후, 액상 반응 생성물은 반응기로부터 배출구(6)을 통해 수용 용기(19) 속으로 연속적으로 배출된다. 수득된 액상 반응 생성물을 적외선 분광기 및 NMR 분석기를 사용하여 분석한다. 분석 결과, 제1 내지 제5 샘플이 폴리옥시에틸렌을 사용하여 개질된 필수적으로 SiH 그룹을 함유하지 않는 메틸폴리실록산으로 구성되고 평균 화학식 1의 화합물임이 확인되었다.
반응 생성물의 반응 조건 및 외관은 표 1에 나타내었다.
샘플 번호 | 공급 속도 | 회전수 | 원료 온도 | 가열 매질 온도 | 체류 시간 | 외관 |
(kg/시간) | (rpm) | (℃) | (℃) | (분) | ||
1 | 10 | 100 | 140 | 120 | 12 | 약간 황색, 투명 |
2 | 10 | 300 | 140 | 120 | 6 | 약간 황색, 투명 |
3 | 20 | 300 | 100 | 120 | 6 | 약간 황색, 투명 |
4 | 30 | 300 | 100 | 120 | 4 | 약간 황색, 투명 |
5 | 40 | 300 | 100 | 120 | 3 | 백화 |
표 1로부터 알 수 있듯이, 공급 속도 30kg/시간에서 하이드로실릴화 반응을 최소 4분 내에 성공적으로 완료시킬 수 있다.
실시예 2
실시예 1에서와 동일한 원료 성분을 실시예 1에서와 동일한 비율로, 정적 반응기(20)(내부 직경 25mm, 길이 3m, 용량 1.5ℓ, 60개의 부재 함유)가 다운스트림 위치에 설치된 동일한 반응기(1) 속에서 반응시킨다(도 5 참조). 반응 생성물의 반응 조건 및 외관은 표 2에 나타내었다.
샘플 번호 | 공급 속도 | 회전수 | 원료 온도 | 가열 매질 온도 | 체류 시간 | 외관 |
(kg/시간) | (rpm) | (℃) | (℃) | (분) | ||
6 | 50 | 300 | 100 | 120 | 4 | 약간 황색, 투명 |
표 2로부터 알 수 있듯이, 정적 반응기(20)가 관상 반응기(1)의 다운스트림 위치에 설치된 경우, 하이드로실릴화 반응을 공급 속도 50kg/시간에서 체류 시간 4분 동안 완료시킬 수 있다.
실시예 3
도 4의 관상 반응기(1) 화학식 Me3SiO(Me2SiO)7(MeHSiO)3SiMe3의, 분자의 양쪽 말단이 트리메틸실록시 그룹으로 캡핑된 디메틸실록산과 메틸하이드로겐실록산의 공중합체, 화학식 CH3(CH2)5CH=CH2의 1-옥텐을 공급한다. 첫 번째 성분은 열교환기(15)에 연결된 공급 펌프(12)를 사용하여 반응기에 공급함으로써 가열하고 두번째 성분은 열교환기(16)에 연결된 공급 펌프(13)를 사용하여 반응기에 공급함으로써 가열한다. 동적 혼합기(17) 속에서 충분히 혼합한 후에, 두 가지 성분을 반응기(1) 앞부분에 위치하는 원료 공급구(5)를 통해 연속적으로 관상 반응기(1)에 공급한다. 상기 공중합체 및 1-옥텐을 7:3의 중량비로 공급한다. 총 공급 속도는 표 3에 나타내었다. 이와 동시에, 공급 펌프(14)를 사용하여 원료 공급구(5)를 통해 염화백금산과 1,3-디비닐테트라메틸디실록산의 착물(반응액 중의 금속성 백금의 농도는 20ppm에 상응함) 형태의 촉매를 관상 반응기(1)에 연속적으로 공급한다. 성분들이 반응기에 공급됨에 따라, 하이드로실릴화 반응이 개시된다. 공급구(5) 근처의 반응기(1) 내의 온도는 표 3에 나타내었다. 관상 반응기(1)는 내부 직경이 50mm이고 길이가 1000mm이며, 두께가 1mm이고 직경이 48mm인 33개의 디스크를 지지하고 길이가 1000mm인 회전축(4)을 갖는다. 축(4)은 300rpm의 회전수로 회전한다. 관상 반응기(1)의 실린더부는 120℃로 조정된 온도의 가열 매질이 담긴 가열 재킷으로 둘러싸여 있다. 표 3에 나타낸 체류 시간 경과 후, 액상 반응 생성물은 반응기로부터 배출구(6)를 통해 수용 용기(19) 속으로 연속적으로 배출된다. 수득된 액상 반응 생성물을 적외선 분광기 및 NMR 분석기를 사용하여 분석한다. 분석 결과, 제7 샘플은 알킬을 사용하여 개질된 필수적으로 SiH 그룹을 함유하지 않는 메틸폴리실록산으로 구성되고 평균 화학식 2의 화합물임이 확인되었다.
반응 생성물의 반응 조건 및 외관은 표 3에 나타내었다.
샘플 번호 | 공급 속도 | 회전수 | 원료 온도 | 가열 매질 온도 | 체류 시간 | 외관 |
(kg/시간) | (rpm) | (℃) | (℃) | (분) | ||
7 | 40 | 300 | 40 | 120 | 3 | 약간 황색, 투명 |
비교 실시예 1
교반기, 온도계 및 환류 냉각관이 장착된 4구 플라스크에 화학식 Me3SiO(Me2SiO)7(MeHSiO)3SiMe3의, 분자의 양쪽 말단이 트리메틸실록시 그룹으로 캡핑된 디메틸실록산과 메틸하이드로겐실록산의 공중합체 150g, 화학식 HO(CH2CH2O)12CH2CH=CH2의 폴리옥시에틸렌 350g, 이소프로필 알콜 150g 및 염화백금산과 1,3-디비닐테트라메틸디실록산의 착물(반응액 중의 금속성 백금의 농도는 20ppm에 상응함) 형태의 백금 촉매를 공급한다. 이어서 85℃에서 환류 조건하에 하이드로실릴화 반응을 수행한다. 반응액 샘플을 분석하기 위해 소정의 시간 간격으로 채취한다. 분석에 의하면, 반응 개시 30분 후에 SiH 그룹이 나타나지 않는다. 교반기를 정지시키고 진공하에 가열하여 이소프로필 알콜을 제거한다. 수득된 생성물은 약간 황색인 투명한 액체 495g으로 이루어진다. 반응 온도가 이소프로필 알콜의 비등점을 초과하지 않았으므로 반응을 완료시키는 데 30분이 필요하며, 이소프로필 알콜의 제거를 위한 추가의 공정이 필요하다.
비교 실시예 2
비교 실시예 1에서와 동일한 원료를 비교 실시예 1에서와 동일한 양으로 사용하여 반응시키되, 이소프로필 알콜은 가하지 않는다. 급속 가열로 반응을 제어하기 어렵기 때문에 반응을 80℃에서 1시간 동안 수행한다. 이어서 가열을 중단하고 생성물을 15분 동안 유지한 후에, 다시 120℃로 가열하여 반응을 완료시킨다. 반응액의 분석 결과, 반응액은 실질적으로 SiH를 포함하지 않는 것으로 확인된다. 반응 완료에 필요한 시간은 75분이다.
본 발명에 의해, 유기 용매로 희석하지 않고 탱크형 반응기를 사용하지 않으면서 신속하고 효율적으로 연속 하이드로실릴화 반응을 수행할 수 있으며, 또한 개질된 액상 유기규소를 연속적으로 제조할 수 있다.
Claims (15)
- 내부에 교반 장치 및 플러그 유동(plug-flow) 유지 장치가 장착된 관상 반응기(tubular reactor)에서 백금 촉매(C)의 존재하에 각각의 분자 내에 하나 이상의 규소-결합된 수소 원자를 갖는 액상 유기규소 화합물(A)과 각각의 분자 내에 하나 이상의 지방족 불포화 결합을 갖는 액상 유기규소 화합물(B)을 연속적으로 하이드로실릴화 반응시킴을 포함하는, 하이드로실릴화 반응의 연속 수행방법.
- 제1항에 있어서, 관상 반응기가 실린더 형태이며, 관상 반응기 내부에 장착된 교반 장치 및 플러그 유동 유지 장치가 하나 이상의 디스크를 갖는 회전축을 포함하는, 하이드로실릴화 반응의 연속 수행방법.
- 제2항에 있어서, 디스크가 액체를 통과시키기 위한 관통 개구부를 하나 이상 갖는, 하이드로실릴화 반응의 연속 수행방법.
- 제2항에 있어서, 회전축이 10 내지 2,000rpm의 속도로 회전하는 동안 하이드로실릴화 반응이 수행되는, 하이드로실릴화 반응의 연속 수행방법.
- 제1항에 있어서, 관상 반응기가 냉각 재킷을 통해 통과하는 액상 냉각제에 의해 냉각되는, 하이드로실릴화 반응의 연속 수행방법.
- 제2항에 있어서, 관상 반응기가 냉각 재킷을 통해 통과하는 액상 냉각제에 의해 냉각되는, 하이드로실릴화 반응의 연속 수행방법.
- 제1항에 있어서, 관상 반응기의 다운스트림 위치에 정적 반응기(static reactor)를 연결함을 추가로 포함하는, 하이드로실릴화 반응의 연속 수행방법.
- 제2항에 있어서, 관상 반응기의 다운스트림 위치에 정적 반응기를 연결함을 추가로 포함하는, 하이드로실릴화 반응의 연속 수행방법.
- 제1항에 있어서, 성분(A)와 성분(B)가 예비혼합된 후에 관상 반응기에 공급되는, 하이드로실릴화 반응의 연속 수행방법.
- 제2항에 있어서, 성분(A)와 성분(B)가 예비혼합된 후에 관상 반응기에 공급되는, 하이드로실릴화 반응의 연속 수행방법.
- 제9항에 있어서, 성분(A)와 성분(B)가 동적 혼합기에서 예비혼합되는, 하이드로실릴화 반응의 연속 수행방법.
- 제10항에 있어서, 성분(A)와 성분(B)가 동적 혼합기에서 예비혼합되는, 하이드로실릴화 반응의 연속 수행방법.
- 제1항에 있어서, 성분(A)가 오가노하이드로겐폴리실록산이고 성분(B)가 알켄이거나 말단 알케닐 그룹을 갖는 폴리옥시알킬렌인, 하이드로실릴화 반응의 연속 수행방법.
- 제2항에 있어서, 성분(A)이 오가노하이드로겐폴리실록산이고 성분(B)가 알켄이거나 말단 알케닐 그룹을 갖는 폴리옥시알킬렌인, 하이드로실릴화 반응의 연속 수행방법.
- 제2항에 있어서, 회전축이 100 내지 500rpm의 속도로 회전하는 동안 하이드로실릴화 반응이 수행되는, 하이드로실릴화 반응의 연속 수행방법.
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