WO2008025580A1 - Verfahren zur herstellung von organosilanen - Google Patents

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WO2008025580A1
WO2008025580A1 PCT/EP2007/055708 EP2007055708W WO2008025580A1 WO 2008025580 A1 WO2008025580 A1 WO 2008025580A1 EP 2007055708 W EP2007055708 W EP 2007055708W WO 2008025580 A1 WO2008025580 A1 WO 2008025580A1
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WO
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group
weight
sulfur
alkali
preparation
Prior art date
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PCT/EP2007/055708
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English (en)
French (fr)
Inventor
Karsten Korth
Philipp Albert
Susann Witzsche
Ingo Kiefer
Jörg KIEFER
Stefan Lotter
Jaroslaw Monkiewicz
Jörg Schmidt
Original Assignee
Evonik Degussa Gmbh
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Publication date
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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07F—ACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
    • C07F7/00—Compounds containing elements of Groups 4 or 14 of the Periodic Table
    • C07F7/02—Silicon compounds
    • C07F7/08—Compounds having one or more C—Si linkages
    • C07F7/18—Compounds having one or more C—Si linkages as well as one or more C—O—Si linkages
    • C07F7/1804—Compounds having Si-O-C linkages
    • C07F7/1872—Preparation; Treatments not provided for in C07F7/20
    • C07F7/1892—Preparation; Treatments not provided for in C07F7/20 by reactions not provided for in C07F7/1876 - C07F7/1888

Definitions

  • the invention relates to a process for the preparation of organosilanes.
  • Object of the present invention is to provide a process for the preparation of sulfur-containing organosilanes available which good crude product yields with> 90% of theory and high monomer contents with> 90 wt .-% with simultaneous
  • the invention relates to a process for the preparation of organosilanes of the general formula I
  • Alk is a branched or unbranched, saturated or unsaturated, aliphatic, aromatic or mixed aliphatic / aromatic monovalent C x -C 22 - preferred C2-C20 -, more preferably C6-C18 -, most preferably C10 -cis -, hydrocarbon group, R ⁇ a branched or unbranched, saturated or unsaturated, aliphatic, aromatic or mixed aliphatic / aromatic divalent C1-C30 -, preferably C1-C20 -, more preferably C1-C10 -, very particularly preferably Ci-C 7 - hydrocarbon group, optionally substituted with F-, Cl-, Br-, I-, HS, NH 2 - group, or NHR ⁇ is, is, and m is an average sulfur chain length of 1.5 to 4.5, by reacting (haloorganyl) alkoxysilane of the formula II,
  • ⁇ 0.44 wt .-% preferably ⁇ 0.35 wt .-%, particularly preferably ⁇ 0.1 wt .-%, most preferably less than 0.05 wt .-%, is.
  • the alkali hydroxide content of all starting materials is the sum of the alkali hydroxide contents of all substances which be added during or at the end of the reaction, wherein the alkali hydroxide content of the
  • the alkali metal hydroxide content of all starting materials may be 0 wt .-%.
  • the alkali hydroxides may be LiOH, NaOH and KOH.
  • the alkali metal hydroxide content of all starting materials may be 0.0001-0.44% by weight, preferably 0.0001-0.25% by weight, more preferably 0.0001-0.1% by weight, most preferably 0.001-0.015 Wt .-%, amount.
  • the lithium hydroxide content of all starting materials may be 0.0001-0.44% by weight, preferably 0.0001-0.25% by weight, more preferably 0.0001-0.1% by weight, most preferably 0.001-0.015 Wt .-%, amount.
  • the sodium hydroxide content of all starting materials may be 0.0001-0.44% by weight, preferably 0.0001-0.25% by weight, more preferably 0.0001-0.1% by weight, most preferably 0.001-0.015 Wt .-%, amount.
  • the potassium hydroxide content of all starting materials can be any potassium hydroxide content of all starting materials.
  • 0.0001-0.45% by weight preferably 0.0001-0.25% by weight, particularly preferably 0.0001-0.1% by weight, very particularly preferably 0.001-0.015% by weight, be.
  • R ⁇ may be -CH 2 -, -CH 2 CH 2 -, -CH 2 CH 2 CH 2 -, -CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 -, - CH (CH 3 ) -, -CH 2 CH (CH 3 ) -, -CH (CH 3 ) CH 2 -, -C (CH 3 ) 2 -, - CH (C 2 H 5 ) -, -CH 2 CH 2 CH (CH 3 ) -, -CH 2 CH (CH 3 ) CH 2 -
  • the mean sulfur chain length m determined by GC and HPLC or NMR, can be 1.5 to 4.5, preferably 2 to 2.8 or 3.0 to 4, particularly preferably 2 to 2.5 or 3.4 to 3.8 , be .
  • the alkylpolyether group in formula I and II may be ethylene oxide (CH 2 -CH 2 -O) and propylene oxide units, for example (CH (CH 3 ) -CH 2 -O) or (CH 2 -CH (CH 3 ) -O).
  • the alkylpolyether group O- (CR 1 ⁇ 2 O) y -Alk or O- (CR 11 V CR 11 ⁇ O y -Alk may correspond to those described in DE 10 2005 052 233.5 Alkylpolyether phenomenon.
  • organophosphorus (haloorganyl) alkoxysilanes of the formula II which may preferably be used are the (organohalogeno) alkoxysilanes described in DE 10 2005 052 233.5.
  • the (haloorganyl) alkoxysilane can be a (haloorganyl) alkoxysilane of the formula II or a mixture of (haloorganyl) alkoxysilanes of the formula II.
  • (Halogenorganyl) alkoxysilane may be the sum of the molar amounts of sulfurization reagents, for example Me 2 S, MeSH or / and Me 2 S 5 , by 0.05 mol% to 50 mol%, preferably by 0.5 to 20 mol% , particularly preferably by 0.5 to 10 mol%, very particularly preferably by 1 to 6 mol%, exceed.
  • the sulfur used can have an average particle size of> 100 .mu.m, preferably> 200 .mu.m, more preferably> 500 .mu.m, very particularly preferably> 2000 .mu.m, if a virtually dust-free material is required.
  • the sulfur used may have an average particle size of ⁇ 100 .mu.m and> 1 .mu.m, preferably of ⁇ 80 .mu.m and> 1 .mu.m, more preferably of ⁇ 65 .mu.m and> 5 .mu.m, most preferably of ⁇ 50 .mu.m and> 5 microns when a material with a high, specific surface is needed.
  • the sulfur used may have an average particle size of ⁇ 500 .mu.m, preferably ⁇ 250 .mu.m, more preferably ⁇ 100 .mu.m, most preferably ⁇ 80 .mu.m, if a material having a high specific surface area is required.
  • the determination of the particle size distribution of the sulfur is carried out by laser diffraction analysis without ultrasonic treatment with a Coulter LS 100 with Dry Powder Module (Beckman-Coulter) according to the well-known rules and operating instructions. For 60 sec. A continuous stream of original, untreated particles of the sample to be measured in an air jet through a laser beam. The particle flow is irradiated and the different particle sizes (particle sizes) detected and statistically evaluated. The measurable particle size is a minimum of 0.4 ⁇ m and a maximum of 900 ⁇ m.
  • the sulfur used may have an average particle size of ⁇ 20000 ⁇ m and> 1 ⁇ m, preferably ⁇ 15000 ⁇ m and> 100 ⁇ m, more preferably ⁇ 12000 ⁇ m and> 500 ⁇ m, most preferably ⁇ 10000 ⁇ m and> 2000 ⁇ m have, if a low-dust material with a high bulk density is needed.
  • the particle fractions of sulfur, according to sieving, are determined as follows:
  • the particle fractions are determined by preforming, granulated, microgranulated or microbeaded sulfur by sieving. For this purpose, a certain amount of sulfur particles is separated with a stack of sieves of different, standardized mesh size. By weighing, the proportion of the individual fractions is determined.
  • the equipment used Mech. Screening machine (Ro-tap); Precision balance: accuracy ⁇ 0.01 g (Mettler)
  • Standard screens U.S. Standard No. 120, height 25 mm, 0: 200 mm; Mesh sizes, for example: 300 ⁇ m (50 mesh); 150 ⁇ m (100 mesh); 75 ⁇ m (200 mesh).
  • the sieves and a collecting container are put together in the intended order, that is, with decreasing opening width from top to bottom. Weigh 100 g of the sample to be tested using a suitable blade. A pre-selection of the material by pouring or pouring over the molded sulfur particles from the storage container is to be avoided. After the transfer of the weighed
  • the sieves are fixed in the machine and then shaken for 5 minutes with the Ruttier or Klopftechnik in operation. Thereafter, the sieves are separated one after the other and the amount of sulfur present therein is exactly weighed to 0.1 g. From each sample, a duplicate determination is made. In each case, the mean value of the sulfur particulate amounts found in the individual sieves and in the collecting vessel is given in%.
  • the sulfurization reagent and optionally sulfur and / or H 2 S can be alkali hydrogen sulfide, Me 2 S, Me 2 S g , alkali hydrogen sulfide + sulfur, Me 2 S + sulfur, Me 2 S g + sulfur, alkali hydrogen sulfide + Me 2 S 5 + Me 2 S, Me 2 S 5 + Me 2 S, Alkali hydrogen sulfide + Me 2 S + sulfur, Alkali hydrogen sulfide + Me 2 S 5 + sulfur, Me 2 S + Me 2 S 5 + sulfur, alkali hydrogen sulfide + Me 2 S 5 + Me 2 S + sulfur, H 2 S + Me 2 S 5 + Me 2 S + sulfur, H 2 S + Alkalihydrogensulfide + Me 2 S 5 + Me 2 S + Sulfur, H 2 S + Alkalihydrogensulfide + Me 2 S 5 + Me 2 S, H 2 S + Alkalihydrogensulfide + Me 2 S 5 + Me 2 S, H 2 S + Alkali
  • LiSH lithium hydrogen sulfide
  • NaSH sodium hydrogen sulfide
  • KSH Potassium hydrogen sulfide
  • CsSH cesium hydrogen sulfide
  • Al s Al kal i sul f id Me 2 S or Al kal ipolysul f id Me 2 S 5 may Li 2 S, Na 2 S, K 2 S, Na 2 S 2 , Na 2 S 3 , Na 2 S 4 , Na 2 S 5 , Na 2 S 6 , K 2 S 2 , K 2 S 3 , K 2 S 4 , K 2 S 5 , K 2 S 6 or mixtures thereof.
  • the water-containing sulfurizing reagents used can be added as solids or in solution of the reaction.
  • the solid hydrous sulfurizing reagents may contain less than 60% by weight, preferably less than 50% by weight, more preferably less than 40% by weight, most preferably less than 35% by weight of water.
  • the solid, hydrous Preferably, the solid, hydrous
  • the hydrous sulfurizing reagents may contain between 10 and 60% by weight, preferably between 10 and 50% by weight, more preferably between 15 and 35% by weight, of water.
  • the water-containing sulfurization reagents may, in addition to water, further minor constituents to less than 30 wt .-%, preferably less than 20 wt .-%, more preferably less than 10 wt .-%, most preferably less than 5 wt .-%, included ,
  • the solid hydrous alkali metal hydrogen sulphides may contain more than 50% by weight, preferably more than 60% by weight, more preferably more than 65% by weight, very preferably more than 70% by weight, of alkali metal hydrogen sulfide.
  • hydrous sulfurization reagents may be, in addition to water, alkali metal carbonates, alkali metal bicarbonates, alkali metal sulfates, alkali metal hydrogen sulfates, alkali metal thiosulfates and / or alkali metal hydrogen thiosulfates.
  • the water content of the sulfurization reagents is determined as follows: For the water content determination, glass beads are breathed on, covered with phosphorus pentoxide and then filled into a U-tube. Approximately 3 g of the sample are weighed into a 50 ml flask, heated under Sicapent dried nitrogen stream (30ml / min) for 2 hours at 320 0 C and then allowed to stand for 30 minutes under nitrogen. The moist carrier gas is passed via a hose connection from the piston into the U-tube. Possible condensations between piston and U-tube are expelled during the baking phase with the help of a hair dryer. The U-tube is weighed back and the amount of water released from the sulfurizing reagents is determined gravimetrically.
  • Solutions of sulfurization reagents may contain more than 5% by weight, preferably more than 10% by weight, more preferably more than 15% by weight, very preferably more than 20% by weight, sulfurization reagents. Solutions of sulfurization reagents can be sulfurization reagents dissolved in water.
  • the solvents used for the process may be hydrous solvents.
  • the water-containing solvents can be alcohols.
  • alcohols mixtures of alcohols can be used.
  • alcohols primary secondary or tertiary alcohols having 1 to 24, preferably 1 to 6, particularly preferably 1 to 4, carbon atoms can be used.
  • alkyl ethers of the formula HO- (CR IV 2 ) -O-Alk 'or HO- (CR IV 2 ) ⁇ ⁇ -O-Alk' or alkyl polyethers of the formula HO- (CR IV 2 O) r -Alk 'or HO (CR IV 2 -CR IV 2 -O) r -Alk 'be used, with y' 2-20, preferably 2-10, particularly preferably 3-6, R IV are independently H or an alkyl group, preferably CH 3 group, and Alk 'is a branched or unbranched, saturated or unsaturated, aliphatic, aromatic or mixed aliphatic / aromatic monovalent C x -C 22 -, preferably C 2 -C 2 O -, particularly preferably C6-Cis -, completely particularly preferred is Cio-Cis-, hydrocarbon group.
  • methanol, ethanol, n-propanol, i-propanol, i-butanol, n-butanol, n-hexanol, i-hexanol, cyclohexanol, octanol, dodecanol, tetradecanol, hexadecanol or octadecanol can be used.
  • Primary alcohols can be HO- (CH 2 -CH 2 -O) 2 -C 6 Hi 3 , HO- (CH 2 -CH 2 -O) 3 -C 6 Hi 3 , HO- (CH 2 -CH 2 -O) 4 -C 6 Hi 3 , HO- (CH 2 -CH 2 -O) 5 -C 6 Hi 3 , HO- (CH 2 -CH 2 -O) 6 -C 6 Hi 3 HO- (CH 2 -CH 2 -O) 7 -C 6 Hi 3 , HO- (CH 2 -CH 2 -O) 8 -C 6 Hi 3 , HO- (CH 2 -CH 2 -O) 9 - C 6 Hi 3 ,
  • the amount of solvent added may be at least 1 wt .-%, preferably 10 to 800 wt .-%, particularly preferably 10 to 150 wt .-%, most preferably 20 to 100 wt .-%, most preferably 20 to 80 wt. %, of the silane components used.
  • the amount of aqueous solvent added may be at least 1 wt%, preferably 10 to 800 wt%, more preferably 10 to 150 wt%, most preferably 20 to 100 wt%, most preferably 20 to 100 % By weight of the silane components used.
  • the solvent used may contain more than 7.5% by weight, preferably more than 9% by weight, particularly preferably more than 14% by weight, especially preferably more than 19% by weight, of water.
  • the solvent may be between 7.5 and 75% by weight, preferably between 7.5 and 49% by weight, particularly preferably between 7.5 and 30% by weight, particularly preferably between 9 and 29% by weight, most preferably between 14 and 24 wt .-%, water.
  • Additives may be added before, during or after the reaction.
  • Additives may be the additives named in DE 10 2005 052 233.5, excluding alkali hydroxides.
  • Additives may be non-alcoholic solvents.
  • reaction additives selected from the group H 2 S, CO 2 , or a compound capable of releasing a proton in the pH range between 5 and 8 reversibly or irreversibly to Alkalihydrogensulfide are given.
  • additives selected from the group H 2 S, CO 2 or a compound which is capable of reversibly or irreversibly releasing a proton to alkali metal sulfides in the pH range between 5 and 8, are given .
  • Compounds which are capable of reversibly or irreversibly releasing a proton to alkali hydrogen sulfides or alkali metal sulfides in the pH range between 5 and 8 may be, for example, organic or inorganic acids.
  • Organic acids and inorganic acids are described, for example, in DE 10 2005 052 233.5.
  • Organic acids can be compounds of the following basic structures: alkyl COOH, aryl COOH, aralkyl COOH, alkyl S (O) 2 OH, HOOC alkylene COOH, HOOC aryl COOH or HOOC aralkyl COOH.
  • Inorganic acids may be, for example, compounds of the composition HCl, H 2 SO 4 , H 3 PO 4 , (alkali ion) H 2 PO 4 , (alkali ion) 2 HPO 4 , H 2 CO 3 , (alkali ion) HCO 3 , or (alkali ion) Be HSO 4 .
  • polar, protic, aprotic, basic or acidic additives can be added to the reaction mixture.
  • Acidic or basic additives which are added to the reaction mixture before, during or at the end of the process may have the structure (alkali ion) H 2 PO 4 ,
  • Compounds of the structure (alkali ion) H 2 PO 4 may preferably be KH 2 PO 4 and NaH 2 PO 4 .
  • Compounds of structure (Alkali ion) 2 HPO 4 can preferably K 2 HPO 4 and
  • Compounds of the structure (alkali ion) HCO 3 may preferably be KHCO 3 and NaHCO 3 .
  • Compounds of the structure (alkali ion) 2 CO 3 may preferably be K 2 CO 3 , Li 2 CO 3 and Na 2 CO 3 .
  • Compounds of structure (Alkali ion) HSO 4 may preferably be KHSO 4 and NaHSO 4 .
  • Acidic or basic additives which are added to the reaction mixture before, during or at the end of the process may have an average particle size of> 100 .mu.m, preferably> 200 .mu.m, more preferably> 500 .mu.m, very particularly preferably> 2000 .mu.m, if one almost dust-free material is needed.
  • Acidic or basic additives added to the reaction mixture before, during or at the end of the process can have an average particle size of ⁇ 100 ⁇ m and> 1 ⁇ m, preferably of ⁇ 80 ⁇ m and> 1 ⁇ m, particularly preferably of ⁇ 65 ⁇ m and> 5 ⁇ m, very particularly preferably of ⁇ 50 ⁇ m and> 5 ⁇ m, when a material with a high, specific surface is needed.
  • Acidic or basic additives which are added to the reaction mixture before, during or at the end of the process may have an average particle size of ⁇ 500 ⁇ m, preferably ⁇ 250 ⁇ m, more preferably ⁇ 100 ⁇ m, very preferably ⁇ 80 ⁇ m, if one Material with a high, specific surface is needed.
  • the determination of the particle size distribution of the samples of the solid acidic or basic additives is carried out by laser diffraction analysis without ultrasonic treatment with a Coulter LS 100 with Dry Powder Module (Beckman-Coulter) according to the generally known rules and operating instructions. For 60 sec. A continuous stream of original, untreated particles of the sample to be measured in an air jet through a laser beam. The particle flow is irradiated and the different particle sizes (particle sizes) detected and statistically evaluated. The measurable particle size is a minimum of 0.4 ⁇ m and a maximum of 900 ⁇ m.
  • the (haloorganyl) alkoxysilane, additives, sulfurization reagent and solvent may be more familiar to one skilled in the art
  • the sulfurization reagents required for the reaction can be formed before or during the reaction from sulfur-containing compounds.
  • the sulfur-containing compounds can react completely or incompletely, reversibly or irreversibly by protonation to form alkali hydrogen sulfides or H 2 S.
  • the sulfur containing compounds may be among the
  • the protonation of the sulfur compounds from which alkali hydrogen sulfides are formed before or during the reaction can be carried out by H 2 S and / or organic and / or inorganic acids.
  • the deprotonation of the sulfur compounds from which alkali sulfides can be formed before or during the reaction can be carried out by organic and / or inorganic bases.
  • H 2 S which can be formed before or during the reaction
  • Alkalihydrogensulfide can be done by organic and / or inorganic bases.
  • the reaction can be carried out at temperatures between 0 and 150 0 C, preferably between 40 and 100 0 C, particularly preferably between 50 and 8O 0 C, take place.
  • the aqueous solvents can be removed in vacuo and at elevated temperature. It can be the expert known water-entraining substances (Azeotrop brieflyner) are added and used to separate in addition to the solvent and water in vacuo at elevated temperature.
  • the water contained in the crude product can be removed in vacuo at elevated temperature from the crude product or the final product.
  • azeotrope and water known to the expert tools and devices can be used.
  • Horizontal tube evaporator, furnace tube evaporator, falling film evaporator, plate evaporator, blowpipe evaporator, rotor evaporator, centrifugal evaporator, screw evaporator, Dunn harshverdampfer and Dunnfilmstripper can be used.
  • the reaction can take place in corrosion-resistant or corrosion-prone reaction vessels or autoclaves.
  • the reaction may preferably be carried out in corrosion-resistant reaction vessels or autoclaves, for example made of glass, Teflon, enamelled or coated steel, Hastelloy or tantalum.
  • the workup of the crude product suspension can be carried out as described in DE 10 2005 052 233.5.
  • reaction for the preparation of organosilanes of the general formula I can be carried out in an open or a closed vessel and optionally under protective gas.
  • the reaction for the preparation of organosilanes of the general formula I can preferably be carried out under elevated pressure (> 0.5 bar overpressure).
  • the increased pressure may be between 20 and 0.5 bar, preferably 15 and 0.5 bar, particularly preferably 10 to 0.5 bar, very particularly preferably 5 to 0.5 bar, be overpressure.
  • reaction for the preparation of organosilanes of the general formula I can preferably be carried out with exclusion of air.
  • hydrous alkali metal bisulfides may be inert or reactive with respect to the starting materials used and / or the products formed in the preparation of compounds of general formula I.
  • the crude product yield of the process according to the invention can be greater than 90%, preferably greater than 92%, particularly preferably greater than 95%, very particularly preferably greater than 97%, based on the theoretical yield with respect to the amount of (haloorganyl) alkoxysilane used.
  • the crude product yield may be the gravimetrically determined sum of all isolated liquid compounds after solvents and solids are removed.
  • the sulfur may be added in the form of sulfur powder, sulfur granules or in liquid form.
  • the process according to the invention has the advantage that uniform monomer contents and thus reliable product qualities are obtained solely by the inventive reduction of alkali metal hydroxides in the sulfurization reagents.
  • the inventive method has the advantage that easily metered, commercial solids, such as hydrous sodium hydrosulfide or sodium sulfide, can be used as sulfur reagents.
  • the process according to the invention furthermore has the advantage that commercial, customary, hydrous sulfurization raw materials can be used. These hydrous, untreated raw materials are advantageous over the lavishly dried (e.g., dried to ⁇ 3% by weight) alkali metal hydrogen sulfides.
  • Another advantage of the process according to the invention over known processes is the high conversions with short batch times and with technically easily realizable temperatures.
  • Another advantage of the process according to the invention is the high crude product yields of liquid products not condensed into polysiloxanes.
  • the process according to the invention shows high crude yields of liquid products.
  • Another advantage of the process according to the invention is the high monomer content of the products which can be detected by 29 Si NMR analysis.
  • a further advantage of the method according to the invention is that the solvent used contains more than 7.5% by weight of water, thereby making recycling of the solvent used technically and economically easier and more attractive possible. From a technical point of view, separation of solvent and water requires less expensive separation operations and apparatus. For example, in a distillative separation of solvent and water less expensive columns and less energy is needed. Examples:
  • HPLC assays are performed as described in ASTM Method Standard Test Method for Silanes Used in Rubber
  • Formulations bis (triethoxysilylpropyl) sulfanes: Characterization by High Performance Liquid Chromatography (HPLC), D 6844-02 ".
  • mixtures of the organosilanes of the formula I contain compounds with Si, then the average sulfur chain length is taken into account corrected molecular weights and chain distribution corrected.
  • the 1 H spectra are recorded on a Bruker Avance 500 NMR spectrometer with a measurement frequency for H of 500.13 MHz.
  • the Si spectra are recorded on a Bruker Avance 500 NMR spectrometer with a measurement frequency for Si of 99.35
  • the corrected integrals in 29 Si NMR are directly proportional to the proportions by weight of the monomers, dimers and trimers in the sample, the trimers being assumed to be ring-shaped trimers with (-0- (EtO) Si-O- ) 3 scaffolding.
  • the mass fraction w of the Na2S in the technical Na2S is calculated according to:
  • V 1 80 ml C (I 2 ) 0.05 mmol / l Fi titer of the iodide solution
  • the mass fraction w of the NaOH in the technical Na 2 S is calculated according to:
  • NaOH content [wt. -%] ⁇ (V s x F s) - (. X VN FN.) ⁇ XA X0,3999
  • the mass fraction w of the NaHS in the technical Na 2 S is calculated according to:
  • NaHS content [wt%] ⁇ (VN ⁇ XF * ) - (VsxF s ) ⁇ x0.56xA
  • the reactor contents are heated to 50 ° C for 60 minutes. It will be 312 kg 3-
  • Chloropropyl (triethoxysilane) at an interval of 30 min in two portions to the reaction mixture. Colorless particles form in the reaction solution within 180 minutes, and at the same time the viscosity of the suspension increases.
  • the suspension is separated via a centrifuge into solid and liquid components. From the liquid phase, the solvent is removed by distillation in vacuo. An NMR analytical examination of the remaining liquid product yields predominantly hydrolyzed triethoxysilane species as silicon-containing constituents.
  • the hydrolyzed triethoxysilane species are predominantly oligomeric and polymeric siloxanes.
  • the monomer content of the products obtained based on the amount of 3-chloropropyl (triethoxysilane), ⁇ 10 wt .-%.
  • the yield of the products obtained based on the amount of 3-chloropropyl (triethoxysilane), ⁇ 10 wt .-%.
  • ICS Wolfen 62% with 0 wt .-% NaOH and 1.35 wt .-% NaSH) added to the suspension.
  • the reaction solution with the starting materials is heated to 55-65 ° C. for 120 min.
  • the suspension obtained is cooled to 25-30 0 C and separated via a centrifuge into solid and liquid components. From the liquid phase, the solvent is removed by distillation in vacuo. 319 kg of liquid product are isolated.
  • the product contains 3.1% by weight of 3-chloropropyl (triethoxysilane).
  • the chain length m determined by HPLC is 3.78.
  • a 29 Si NMR analysis of the product gives a monomer content of 93.5% by weight. The yield of the product obtained is 93%.
  • the reaction solution with the starting materials is heated to 55-65 ° C. for 120 min.
  • the suspension obtained is cooled to 25-30 0 C and separated via a centrifuge into solid and liquid components. From the liquid phase, the solvent is removed by distillation. There are 323 kg of liquid product isolated.
  • the product contains 2.0% by weight of 3-chloropropyl (triethoxysilane) by GC analysis.
  • the chain length m determined by HPLC is 3.73.
  • a 29 Si NMR analysis of the product gives a monomer content of 97% by weight.
  • the yield of the product obtained is 96.6%.
  • the reaction solution with the starting materials is heated to 55-65 ° C. for 120 min. From the resulting suspension, the solvent is removed by distillation in vacuo. The remaining suspension is separated by a centrifuge into solid and liquid components. 303.5 kg of liquid product are isolated. According to GC analysis, the product contains 1.7% by weight of 3-chloropropyl (triethoxysilane). The chain length m determined by HPLC is 3.76.
  • a 29 Si NMR analysis of the product gives a monomer content of 97.6% by weight. The yield of the product obtained is 92%.
  • the reaction solution with the starting materials is heated to 55-65 ° C. for 120 min. From the resulting suspension, the solvent is removed by distillation in vacuo. The remaining suspension is separated by a centrifuge into solid and liquid components. It will be 322 kg isolated liquid product. According to GC analysis, the product contains 1.3% by weight of 3-chloropropyl (triethoxysilane). The chain length m determined by HPLC is 3.76. A 29 Si NMR analysis of the product gives a monomer content of 97.8% by weight. The yield of the product obtained is 97%.
  • the reaction solution with the starting materials is heated to 55-65 ° C. for 120 min.
  • the resulting suspension is cooled to 25-30 ° C and separated via a centrifuge into solid and liquid components. From the liquid phase, the solvent is removed by distillation in vacuo. 320 kg of liquid product are isolated.
  • the product contains 3.5% by weight, according to GC analysis. 3
  • the reaction solution with the starting materials is heated to 55-65 ° C. for 120 min.
  • the resulting suspension is separated by a centrifuge into solid and liquid components.
  • the liquid constituents form an upper, reddish, strongly hydrous phase and a lower, yellowish, silane-containing phase.
  • the two phases are separated and the silane-containing phase is freed from the solvent by distillation in vacuo.
  • 306 kg of liquid product are isolated.
  • the product contains 3.2% by weight of 3-chloropropyl (triethoxysilane).
  • the chain length m determined by HPLC is 3.79.
  • a 29 Si NMR analytical examination of the product gives a monomer content of 95.1% by weight.
  • the yield of the product obtained is 92%.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Organosilanen der allgemeinen Formel I, [R(R)(R'O)Si-R''-]2Sm durch Umsetzung von (Halogenorganyl)alkoxysilan der Formel II, [R(R)(R'O)Si-R''-Hal mit einem Schwefelungsreagenz, ausgewählt aus der Gruppe Alkalihydrogensulfid, Alkalisulfid Me2S, Alkalipolysulfid Me2Sg und beliebige Kombinationen hiervon, und gegebenenfalls zusätzlich mit Schwefel und/oder mit H2S in einem Lösungsmittel, wobei der Alkalihydroxidgehalt aller Einsatzstoffe < 0,44 Gew.-% ist.

Description

Verfahren zur Herstellung von Organosilanen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Organosilanen.
Aus EP 1130023 ist die Herstellung von Organosilylalkylpolysulfanen der allgemeinen Formel
(R1R2R3Si-R4-) 2Sq
aus dem Organosilylalkylhalogenid bekannt. Die Umsetzung wird durchgeführt, in dem in einem polaren organischen Lösungsmittel elementarer Schwefel und das Organylalkylhalogenid vorgelegt und zu dieser
Suspension wasserfreies bzw. nahezu wasserfreies ionisches Sulfid gegeben wird. Wegen der Hydrolyseanfälligkeit der Si-Alkoxy-Bindungen des Organosilylalkylhalogenids müssen die ionischen Sulfide wasserfrei bzw. nahezu wasserfrei sein.
Ferner ist aus WO2003002577 Al bekannt, Organosilylalkylpolysulfane in Gegenwart von Alkalihydroxiden zu synthetisieren und thermisch zu behandeln (WO2004043969) . Bei diesen bekannten Verfahren können größere Mengen NaOH in der
Reaktionsmischung eingesetzt und mit den darin befindlichen Alkoxysilanen in Kontakt gebracht werden.
Aus DE 10 2005 052 233.5 ist bekannt, schwefelhaltige Alkoxysilane unter Verwendung von wasserhaltigen Schwefelungsreagentien in Alkohol zu synthetisieren. Bei der Verwendung von unterschiedlichen, kommerziell verfügbaren Rohstoffen werden bei Versuchen im Produktionsmaßstab große Unterschiede im Monomergehalt der erhaltenen polysulfidischen Alkoxysilane festgestellt. Eine verlässliche, gleichmäßige
Produktqualität im industriellen Maßstab lässt sich so nicht erzielen. Nachteile der bekannten Verfahren sind der Einsatz von wasserfreien bzw. nahezu wasserfreien Ausgangsstoffen und bei wasserhaltigen Ausgangsstoffen die starken Schwankungen in der Produktqualität, insbesondere dem Monomergehalt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von schwefelhaltigen Organosilanen zur Verfügung zu stellen, welches gute Rohproduktausbeuten mit >90% der Theorie und hohe Monomergehalte mit >90 Gew.-% bei gleichzeitiger
Verwendung von wasserhaltigen Schwefelungsreagenzien ermöglicht .
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Organosilanen der allgemeinen Formel I,
[R(R) (R'O)Si-R"-]2Sm I
wobei
R gleich oder verschieden und eine Ci-Cs -Alkyl-, vorzugsweise CH3 oder CH2CH3, Ci-Cs -Alkenyl-, Cx-Cs - Aryl-, Ci-Cs -Aralkylgruppe oder eine OR' Gruppe ist, R' gleich oder verschieden und eine C1-C22 -, vorzugsweise Cx-C4 - oder C12-C18 - , besonders bevorzugt CH2CH3, verzweigte oder unverzweigte einbindige Alkyl- oder Alkenyl-Gruppe, eine Arylgruppe, eine Aralkylgruppe, ein Wasserstoff (-H) , eine Alkylethergruppe 0-(CR11V-O-AIk oder 0-(CR11Vy-O- AIk oder eine Alkylpolyethergruppe 0-(CR11V)Y-AIk oder 0- (CR11VcR11Vo) y-Alk, mit y = 2-20, bevorzugt 2-10, besonders bevorzugt 3-8, außerordentlich bevorzugt 3-6, R111 unabhängig voneinander H oder eine Alkylgruppe, vorzugsweise CH3-Gruppe, ist und
Alk eine verzweigte oder unverzweigte, gesättigte oder ungesättigte, aliphatische, aromatische oder gemischt aliphatische /aromatische einbindige Cx-C22 -, bevorzugt C2-C20 -, besonders bevorzugt C6-C18 -, ganz besonders bevorzugt C10 -Cis -, Kohlenwasserstoffgruppe ist, ist, RΛΛ eine verzweigte oder unverzweigte, gesättigte oder ungesättigte, aliphatische, aromatische oder gemischt aliphatische /aromatische zweibindige C1-C30 -, bevorzugt C1-C20 -, besonders bevorzugt C1-C10 -, ganz besonders bevorzugt Ci-C7 -, Kohlenwasserstoffgruppe, die gegebenenfalls mit F-, Cl-, Br-, I-, HS-, NH2-, oder NHRΛ substituiert ist, ist, und m eine mittlere Schwefelkettenlänge von 1,5 bis 4,5 ist, durch Umsetzung von (Halogenorganyl) alkoxysilan der Formel II,
Figure imgf000004_0001
wobei R, RΛ und RΛΛ die oben angegebenen Bedeutungen haben und HaI Chlor, Brom, Fluor oder Iod ist, mit einem Schwefelungsreagenz, ausgewählt aus der Gruppe Alkalihydrogensulfid, Metallsulfid Me2S, Metallpolysulfid Me2S5 und beliebige Kombinationen hiervon, mit Me= Alkalimetall, NH4 oder (Erdalkalimetall) 1/2, und g=l, 5-8,0, und gegebenenfalls zusätzlich mit Schwefel und/oder mit H2S in einem Lösungsmittel, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass der Alkalihydroxidgehalt aller Einsatzstoffe
< 0,44 Gew.-%, vorzugsweise < 0,35 Gew.-%, besonders bevorzugt < 0,1 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt kleiner 0,05 Gew.-%, ist.
Der Alkalihydroxidgehalt aller Einsatzstoffe ist die Summe der Alkalihydroxidgehalte aller Stoffe die vor, während oder zum Ende der Umsetzung zugegeben werden, wobei der Alkalihydroxidgehalt der
(Halogenorganyl) alkoxysilane der allgemeinen Formel II und des Lösungsmittels unberücksichtigt bleiben.
Der Alkalihydroxidgehalt aller Einsatzstoffe kann 0 Gew.-% betragen.
Die Alkalihydroxide können LiOH, NaOH und KOH sein.
Der Alkalihydroxidgehalt aller Einsatzstoffe kann 0,0001 - 0,44 Gew.-%, vorzugsweise 0,0001 - 0,25 Gew.- %, besonders bevorzugt 0,0001 - 0,1 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt 0,001 - 0,015 Gew.-%, betragen.
Der Lithiumhydroxidgehalt aller Einsatzstoffe kann 0,0001 - 0,44 Gew.-%, vorzugsweise 0,0001 - 0,25 Gew.- %, besonders bevorzugt 0,0001 - 0,1 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt 0,001 - 0,015 Gew.-%, betragen.
Der Natriumhydroxidgehalt aller Einsatzstoffe kann 0,0001 - 0,44 Gew.-%, vorzugsweise 0,0001 - 0,25 Gew.- %, besonders bevorzugt 0,0001 - 0,1 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt 0,001 - 0,015 Gew.-%, betragen.
Der Kaliumhydroxidgehalt aller Einsatzstoffe kann
0,0001 - 0,45 Gew.-%, vorzugsweise 0,0001 - 0,25 Gew.- %, besonders bevorzugt 0,0001 - 0,1 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt 0,001 - 0,015 Gew.-%, betragen.
RΛΛ kann -CH2-, -CH2CH2-, -CH2CH2CH2-, -CH2CH2CH2CH2-, - CH(CH3)-, -CH2CH(CH3)-, -CH (CH3) CH2-, -C (CH3) 2-, - CH(C2H5)-, -CH2CH2CH(CH3)-, -CH2CH (CH3) CH2-
oder -CH2 /H2CH2 — bedeuten .
Es können bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Organosilanen Verbindungen der allgemeinen Formel I oder auch Mischungen aus Verbindungen der allgemeinen Formel I entstehen.
Die Gemische aus Organosilanen der allgemeinen Formel I können eine mit HPLC + GC bestimmbare mittlere Schwefelkettenlänge von m=l,5-4,5 besitzen, wobei die einzelnen Organosilane Schwefelketten mit Sl bis S12 aufweisen können.
Die mittlere Schwefelkettenlänge m, bestimmt durch GC und HPLC oder NMR, kann 1,5 bis 4,5, bevorzugt 2 bis 2,8 oder 3,0 bis 4, besonders bevorzugt 2 bis 2,5 oder 3, 4 bis 3,8, sein .
Verbindungen der allgemeinen Formel I die Gemische mit einer mittleren Schwefelkettenlänge von m=l,5-4,5 bilden, sind beispielsweise in DE 10 2005 052 233.5 beschrieben und können vorzugsweise
[ (MeO) 3Si (CH2) 3] 2S, [ (MeO) 3Si (CH2) 3] 2S2,
[ (MeO) 3Si (CH2) 3] 2S3, [ (MeO) 3Si (CH2) 3] 2S4,
[ (MeO) 3Si (CH2) 3] 2S5, [ (MeO) 3Si (CH2) 3] 2S6,
[ (MeO) 3Si (CH2) 3] 2S7, [ (MeO) 3Si (CH2) 3] 2S8, [ (MeO)3Si (CH2) 3!2S9, [ (MeO) 3Si (CH2) 3] 2S10,
[ (EtO)3Si (CH2)3]2S, [ (EtO)3Si (CH2)3]2S2,
[ (EtO)3Si (CH2) 3 J2S3, [ (EtO)3Si (CH2) 3 J2S4,
[ (EtO)3Si (CH2) 3 J2S5, [ (EtO)3Si (CH2) 3 J2S6,
[ (EtO)3Si (CH2)3]2S7, [ (EtO)3Si (CH2)3]2S8, [ (EtO)3Si (CH2)3]2S9, [ (EtO) 3Si (CH2) 3] 2Sio,
[ (C3H7O) 3Si (CH2) 3] 2S, [ (C3H7O) 3Si (CH2) 3] 2S2, [ (C3H7O) 3Si (CH2) 3] 2S3, [ (C3H7O) 3Si (CH2) 3] 2S4, [ (C3H7O) 3Si (CH2) 3] 2S5, [ (C3H7O) 3Si (CH2) 3] 2S6, [ (C3H7O) 3Si (CH2) 3] 2S7, [ (C3H7O) 3Si (CH2) 3] 2S8, [ (C3H7O)3Si (CH2) 3]2S9 oder [ (C3H7O) 3Si (CH2) 3] 2Si0 sein.
Die Alkylpolyethergruppe in Formel I und II kann Ethylenoxid- (CH2-CH2-O) und Propylenoxid-Einheiten, beispielsweise (CH (CH3) -CH2-O) oder (CH2-CH (CH3) -O) , enthalten .
Die Alkylpolyethergruppe O- (CR1^2O) y-Alk oder 0- (CR11V CR11^Oy-AIk kann denen in DE 10 2005 052 233.5 beschriebenen Alkylpolyethergruppen entsprechen.
Vorzugsweise können als (Halogenorganyl) alkoxysilane der Formel II die in DE 10 2005 052 233.5 beschriebenen (Halogenorganyl) alkoxysilane verwendet werden.
Vorzugsweise können als (Halogenorganyl) alkoxysilane der Formel II
3-Chlorbutyl (triethoxysilan) ,
3-Chlorbutyl (trimethoxysilan) ,
3-Chlorbutyl (diethoxymethoxysilan) ,
3-Chlorisobutyl (triethoxysilan) , 3-Chlorisobutyl (trimethoxysilan) ,
3-Chlorisobutyl (diethoxymethoxysilan) ,
3-Chlorpropyl (triethoxysilan) ,
3-Chlorpropyl (trimethoxysilan) ,
3-Chlorpropyl (diethoxymethoxysilan) , 2-Chlorethyl (triethoxysilan) ,
2-Chlorethyl (trimethoxysilan) ,
2-Chlorethyl (diethoxymethoxysilan) ,
1-Chlormethyl (triethoxysilan) ,
1-Chlormethyl (trimethoxysilan) , 1-Chlormethyldiethoxymethoxysilan) ,
3-Chlorbutyl (diethoxymethylsilan) ,
3-Chlorbutyl (dimethoxymethylsilan) ,
3-Chlorisobutyl (dimethoxymethylsilan) ,
3-Chlorisobutyl (diethoxymethylsilan) , 3-Chlorpropyl (diethoxymethylsilan) ,
3-Chlorpropyl (dimethoxymethylsilan) ,
2-Chlorethyl (diethoxymethylsilan) ,
2-Chlorethyl (dimethoxymethylsilan) ,
1-Chlormethyl (diethoxymethylsilan) , 1-Chlormethyl (dimethoxymethylsilan) , 3-Chlorbutyl (ethoxydimethylsilan) , 3-Chlorbutyl (methoxydimethylsilan) , 3-Chlorisobutyl (methoxydimethylsilan) , 3-Chlorisobutyl (ethoxydimethylsilan) , 3-Chlorpropyl (ethoxydimethylsilan) , 3-Chlorpropyl (methoxydimethylsilan) , 2-Chlorethyl (ethoxydimethylsilan) , 2-Chlorethyl (methoxydimethylsilan) , 1-Chlormethyl (ethoxydimethylsilan) und 1-Chlormethyl (methoxydimethylsilan) eingesetzt werden.
Das (Halogenorganyl) alkoxysilan kann ein (Halogenorganyl) alkoxysilan der Formel II oder eine Mischung aus (Halogenorganyl) alkoxysilanen der Formel II sein.
Die verwendete, molare Menge des eingesetzten
(Halogenorganyl) alkoxysilans kann die Summe der molaren Mengen an Schwefelungsreagenzien, z.B. Me2S, MeSH oder/und Me2S5, um 0,05 Mol-% bis 50 Mol-%, bevorzugt um 0,5 bis 20 Mol-%, besonders bevorzugt um 0,5 bis 10 Mol-%, ganz besonders bevorzugt um 1 bis 6 Mol-%, übersteigen .
Der eingesetzte Schwefel kann eine durchschnittliche Partikelgröße von >100 μm, bevorzugt >200 μm, besonders bevorzugt >500 μm, ganz besonders bevorzugt >2000 μm, haben, wenn ein nahezu staubfreies Material benötigt wird.
Der eingesetzte Schwefel kann eine durchschnittliche Partikelgröße von <100 μm und >1 μm, bevorzugt von <80 μm und >1 μm, besonders bevorzugt von <65 μm und >5 μm, ganz besonders bevorzugt von <50 μm und >5 μm, haben, wenn ein Material mit einer hohen, spezifischen Oberfläche benötigt wird. Der eingesetzte Schwefel kann eine durchschnittliche Partikelgröße von <500 μm, bevorzugt <250 μm, besonders bevorzugt <100 μm, ganz besonders bevorzugt <80 μm, haben, wenn ein Material mit einer hohen, spezifischen Oberfläche benötigt wird.
Die Bestimmung der Partikelgrößenverteilung des Schwefels erfolgt durch Laserbeugungsanalyse ohne Ultraschallbehandlung mit einem Coulter LS 100 mit Dry Powder Modul (Firma Beckman-Coulter) gemäß den allgemein bekannten Regeln und Bedienvorschriften. Für 60 sec. wird ein kontinuierlicher Strom an originalen, unbehandelten Partikeln der zu messenden Probe in einem Luftstrahl durch einen Laserstrahl geführt. Der Partikelstrom wird durchstrahlt und die unterschiedlichen Korngrößen (Partikelgrößen) detektiert und statistisch ausgewertet. Die messbare Partikelgröße beträgt minimal 0,4 μm und maximal 900 μm.
Der eingesetzte Schwefel kann eine durchschnittliche Partikelgröße laut Siebung von <20000 μm und >1 μm, bevorzugt von <15000 μm und >100 μm, besonders bevorzugt von <12000 μm und >500 μm, ganz besonders bevorzugt von <10000 μm und >2000 μm, haben, wenn ein staubarmes Material mit einer hohen Schüttdichte benötigt wird.
Die Partikelfraktionen des Schwefels laut Siebung werden folgendermaßen ermittelt:
Bestimmt werden die Partikelfraktionen vorgeformten, granulierten, mikrogranulierten oder mikrogeperlten Schwefels durch Siebung. Dazu wird eine bestimmte Menge Schwefelpartikel mit einem Stapel von Sieben unterschiedlicher, genormter Maschenweite aufgetrennt. Durch Auswiegen wird der Anteil der einzelnen Fraktionen ermittelt. Die dafür verwendeten Gerate: Mech. Siebmaschine (Ro-tap) ; Präzisionswaage: Genauigkeit ± 0.01 g (Fa. Mettler)
Standardsiebe U.S. Standard No. 120, Hohe 25 mm, 0: 200 mm; Maschenweiten zum Beispiel: 300 μm (50 mesh); 150 μm (100 mesh) ; 75 μm (200 mesh) .
Die Siebe und ein Auffangbehalter werden in der vorgesehenen Reihenfolge, das heisst mit von oben nach unten abnehmender Offnungsweite, zusammengesteckt. Man wiegt 100 g der zu untersuchenden Probe ab, wobei eine passende Schaufel verwendet wird. Eine Vorauswahl des Materials durch Ausgießen oder Umgießen der geformten Schwefelpartikel aus dem Vorratsbehalter ist zu vermeiden. Nach der Überführung der abgewogenen
Schwefelpartikel auf das oberste Sieb wird ein Deckel aufgesetzt und der Stapel so in die Siebmaschine eingesetzt, daß ein Spiel von ca. 1,5 mm verbleibt und die Siebe somit frei rotieren können.
Die Siebe werden in der Maschine befestigt und dann 5 min lang - mit dem Ruttier beziehungsweise Klopfwerk in Betrieb - geschüttelt. Danach nimmt man die Siebe nacheinander auseinander und wiegt die jeweils darin befindliche Schwefelpartikelmenge auf 0,1 g genau aus. Von jeder Probe wird eine Doppelbestimmung durchgeführt. Es wird jeweils der Mittelwert der in den einzelnen Sieben und im Auffangbehalter gefundenen Schwefelpartikelmengen in % angegeben.
Das Schwefelungsreagenz und gegebenenfalls Schwefel und/oder H2S können Alkalihydrogensulfid, Me2S, Me2Sg, Alkalihydrogensulfid + Schwefel, Me2S + Schwefel, Me2Sg + Schwefel, Alkalihydrogensulfid + Me2S5 + Me2S, Me2S5 + Me2S, Alkalihydrogensulfid + Me2S + Schwefel, Alkalihydrogensulfid + Me2S5 + Schwefel, Me2S + Me2S5 + Schwefel, Alkalihydrogensulfid + Me2S5 + Me2S + Schwefel, H2S + Me2S5 + Me2S + Schwefel, H2S + Alkalihydrogensulfid + Me2S5 + Me2S + Schwefel, H2S + Alkalihydrogensulfid + Me2S5 + Me2S, H2S +
Alkalihydrogensulfid + Me2S, H2S + Alkalihydrogensulfid Me2S5, H2S + Me2S + Schwefel, H2S + Me2S5 + Schwefel, H2S + Me2S5 + Me2S, H2S + Me2S5 und H2S + Me2S sein.
Als Alkalihydrogensulfid kann Lithiumhydrogensulfid (LiSH), Natriumhydrogensulfid (NaSH),
Kaliumhydrogensulfid (KSH) und Cäsiumhydrogensulfid (CsSH) eingesetzt werden.
Al s Al kal i sul f id Me2S oder Al kal ipolysul f id Me2S5 können Li2S , Na2S , K2S , Na2S2 , Na2S3 , Na2S4 , Na2S5 , Na2S6 , K2S2 , K2S3 , K2S4 , K2S5 , K2S6 oder Mi schungen hiervon eingeset zt werden .
Die eingesetzten, wasserhaltigen Schwefelungsreagenzien können als Feststoffe oder in Lösung der Reaktion zugesetzt werden.
Die festen wasserhaltigen Schwefelungsreagenzien können weniger als 60 Gew.-%, bevorzugt weniger als 50 Gew.-%, besonders bevorzugt weniger als 40 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt weniger als 35 Gew.-%, Wasser enthalten .
Bevorzugt können die festen, wasserhaltigen
Schwefelungsreagenzien der Form Me2S5 weniger als 60 Gew.-%, bevorzugt weniger als 50 Gew.-%, besonders bevorzugt weniger als 40 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt weniger als 35 Gew.-%, Wasser enthalten.
Die wasserhaltigen Schwefelungsreagenzien können zwischen 10 und 60 Gew.-%, bevorzugt zwischen 10 und 50 Gew.-%, besonders bevorzugt zwischen 15 und 35 Gew.-%, Wasser enthalten. Die wasserhaltigen Schwefelungsreagenzien können, neben Wasser, weitere Nebenbestandteile zu weniger als 30 Gew.-%, bevorzugt weniger als 20 Gew.-%, besonders bevorzugt weniger als 10 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt weniger als 5 Gew.-%, enthalten.
Die festen wasserhaltigen Alkalihydrogensulfide können mehr als 50 Gew.-%, bevorzugt mehr als 60 Gew.-%, besonders bevorzugt mehr als 65 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt mehr als 70 Gew.-%, Alkalihydrogensulfid enthalten.
Weitere Nebenbestandteile von wasserhaltigen Schwefelungsreagenzien können neben Wasser unabhängig voneinander Alkalicarbonate, Alkalihydrogencarbonate, Alkalisulfate, Alkalihydrogensulfate, Alkalithiosulfate und/oder Alkalihydrogenthiosulfate sein.
Der Wassergehalt der Schwefelungsreagenzien wird folgendermaßen bestimmt: Für die Wassergehaltsbestimmung werden Glasperlen angehaucht, mit Phosphor- pentoxid belegt und anschließend in ein U-Rohr gefüllt. Ca. 3g der Probe werden in einen 50 ml Kolben eingewogen, unter mit Sicapent getrocknetem Stickstoffstrom (30ml/min) 2 Stunden lang bei 3200C ausgeheizt und anschließend noch 30 min unter Stickstoffström stehen gelassen. Das feuchte Trägergas wird über eine Schlauchverbindung vom Kolben in das U- Rohr geleitet. Mögliche Kondensationen zwischen Kolben und U-Rohr werden während der Ausheizphase mit Hilfe eines Föns ausgetrieben. Das U-Rohr wird zurückgewogen und die aus den Schwefelungsreagenzien freigesetzte Wassermenge gravimetrisch bestimmt.
Lösungen von Schwefelungssreagentien können mehr als 5 Gew.-%, bevorzugt mehr als 10 Gew.-%, besonders bevorzugt mehr als 15 Gew.-%, ganz beosnders bevorzugt mehr als 20 Gew.-%, Schwefelungssreagentien enthalten. Lösungen von Schwefelungsreagentien können in Wasser gelöste Schwefelungssreagentien sein.
Die für das Verfahren verwendeten Lösungsmittel können wasserhaltige Lösungsmittel sein.
Die wasserhaltigen Lösungsmittel können Alkohole sein.
Als Alkohole können Mischungen von Alkoholen eingesetzt werden .
Als Alkohole können primäre, sekundäre oder tertiäre Alkohole mit 1 bis 24, vorzugsweise 1 bis 6, besonders bevorzugt 1 bis 4, Kohlenstoffatomen eingesetzt werden.
Als Alkohol können Alkylether der Formel HO- (CRIV 2) -O- AIk' oder HO- (CRIV 2) γ< -O-Alk' oder Alkylpolyether der Formel HO- (CRIV 2O) r -Alk' oder HO- (CRIV 2-CRIV 2-O) r -Alk' eingesetzt werden, mit y' = 2-20, bevorzugt 2-10, besonders bevorzugt 3-6, RIV unabhängig voneinander H oder eine Alkylgruppe, vorzugsweise CH3-Gruppe, ist und Alk' eine verzweigte oder unverzweigte, gesättigte oder ungesättigte, aliphatische, aromatische oder gemischt aliphatische /aromatische einbindige Cx-C22 -, bevorzugt C2-C2O -, besonders bevorzugt C6-Cis -, ganz besonders bevorzugt Cio -Cis -, Kohlenwasserstoffgruppe ist.
Als primäre, sekundäre oder tertiäre Alkohole können Methanol, Ethanol, n-Propanol, i-Propanol, i-Butanol, n-Butanol, n-Hexanol, i-Hexanol, Cyclohexanol, Oktanol, Dodecanol, Tetradecanol, Hexadecanol oder Octadecanol eingesetzt werden. Als Alkylpolyether können HO-(CH2- CH2-O) a-CbH2b+i, mit a gleich 2 bis 20, bevorzugt 2-10, besonders bevorzugt 2-8, ganz besonders bevorzugt 3-6, und b = 1-22, bevorzugt 2-20, besonders bevorzugt 6-18, ganz besonders bevorzugt 10-18, eingesetzt werden.
Primäre Alkohole können sein HO-(CH2-CH2-O)2-C6Hi3, HO-(CH2-CH2-O)3-C6Hi3, HO-(CH2-CH2- O)4-C6Hi3, HO-(CH2-CH2-O)5-C6Hi3, HO-(CH2-CH2-O)6-C6Hi3 HO- (CH2-CH2-O)7-C6Hi3, HO-(CH2-CH2-O)8-C6Hi3, HO-(CH2-CH2-O)9- C6Hi3,
HO- (CH2-CH2-O)2-CI0H2I, HO- (CH2-CH2-O)3-CI0H2I, HO-(CH2-CH2- O)4-CI0H2I, HO-(CH2-CH2-O)5-Ci0H2I, HO-(CH2-CH2-O)6-Ci0H2I, HO-(CH2-CH2-O)7-Ci0H2I, HO-(CH2-CH2-O)8-Ci0H2I, HO-(CH2-CH2- 0) 9-Ci0H2I,
HO-(CH2-CH2-O)2-Ci3H27, HO-(CH2-CH2-O)3-Ci3H27, HO-(CH2-CH2- O)4-Ci3H27, HO-(CH2-CH2-O)5-Ci3H27, HO-(CH2-CH2-O)6-Ci3H27,
HO-(CH2-CH2-O)7-Ci3H27, HO-(CH2-CH2-O)8-Ci3H27, HO-(CH2-CH2- 0) 9-Ci3H27,
HO-(CH2-CH2-O)2-Ci5H3I, HO-(CH2-CH2-O)3-Ci5H3I, HO-(CH2-CH2- O)4-Ci5H3I, HO-(CH2-CH2-O)5-Ci5H3I, HO-(CH2-CH2-O)6-Ci5H3I, HO-(CH2-CH2-O)7-Ci5H3I, HO- (CH2-CH2-O) 8-Ci5H3i oder HO- (CH2- CH2-O) 9-Ci5H3I .
Die Menge an zugesetztem Lösungsmittel kann mindestens 1 Gew.-%, bevorzugt 10 bis 800 Gew.-%, besonders bevorzugt 10 bis 150 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt 20 bis 100 Gew.-%, außerordentlich bevorzugt 20 bis 80 Gew.-%, der eingesetzten Silankomponenten betragen.
Die Menge an zugesetztem, wasserhaltigem Lösungsmittel kann mindestens 1 Gew.-%, bevorzugt 10 bis 800 Gew.-%, besonders bevorzugt 10 bis 150 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt 20 bis 100 Gew.-%, außerordentlich bevorzugt 20 bis 100 Gew.-%, der eingesetzten Silankomponenten betragen.
Das eingesetzte Lösungsmittel kann mehr als 7,5 Gew.-%, bevorzugt mehr als 9 Gew.-%, besonders bevorzugt mehr als 14 Gew.-%, insbesondere bevorzugt mehr als 19 Gew.- %, Wasser enthalten. Das Lösungsmittel kann zwischen 7,5 und 75 Gew.-%, bevorzugt zwischen 7,5 und 49 Gew.-%, besonders bevorzugt zwischen 7,5 und 30 Gew.-%, insbesondere bevorzugt zwischen 9 und 29 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt zwischen 14 und 24 Gew.-%, Wasser enthalten.
Vor, während oder nach der Reaktion können Additive zugesetzt werden.
Additive können die in der DE 10 2005 052 233.5 benannten Additive, unter Ausschluss von Alkalihydroxiden sein.
Additive können nichtalkoholische Lösungsmittel sein.
Zu der Reaktionsmischung können vor, während oder nach der Reaktion Additive, ausgewählt aus der Gruppe H2S, CO2, oder eine Verbindung, die in der Lage ist, im pH- Bereich zwischen 5 und 8 ein Proton reversibel oder irreversibel an Alkalihydrogensulfide abzugeben, gegeben werden.
Zu der Reaktionsmischung können vor, während oder nach der Reaktion Additive, ausgewählt aus der Gruppe H2S, CO2 oder eine Verbindung, die in der Lage ist, im pH- Bereich zwischen 5 und 8 ein Proton reversibel oder irreversibel an Alkalisulfide abzugeben, gegeben werden .
Verbindungen, die in der Lage sind, im pH-Bereich zwischen 5 und 8 ein Proton reversibel oder irreversibel an Alkalihydrogensulfide oder Alkalisulfide abzugeben, können beispielsweise organische oder anorganische Säuren sein.
Organische Säuren und anorganische Säuren sind beispielsweise in DE 10 2005 052 233.5 beschrieben. Organische Säuren können Verbindungen der folgenden Grundstrukturen sein: Alkyl-COOH, Aryl-COOH, Aralkyl- COOH, Alkyl-S (O)2OH, HOOC-Alkylen-COOH, HOOC-Aryl-COOH oder HOOC-Aralkyl-COOH.
Anorganische Säuren können zum Beispiel Verbindungen der Zusammensetzung HCl, H2SO4, H3PO4, (Alkaliion) H2PO4, (Alkaliion) 2HPO4, H2CO3, (Alkaliion) HCO3, oder (Alkaliion) HSO4 sein.
Zu Beginn der Umsetzung und/oder während der Umsetzung und/oder zum Ende der Umsetzung können polare, protische, aprotische, basische oder saure Additive zur Reaktionsmischung zugegeben werden.
Saure oder basische Additive, die der Reaktionsmischung vor, während oder zum Ende des Verfahrens zugesetzt werden, können die Struktur (Alkaliion) H2PO4,
(Alkaliion) 2HPO4, (Alkaliion) 3PO4 (Alkaliion) HCO3, (Alkaliion) 2CO3, (Alkaliion) 2SO4 oder (Alkaliion) HSO4 haben. Verbindungen der Struktur (Alkaliion) H2PO4 können bevorzugt KH2PO4 und NaH2PO4 sein. Verbindungen der Struktur (Alkaliion) 2HPO4 können bevorzugt K2HPO4 und
Na2HPO4 sein. Verbindungen der Struktur (Alkaliion) HCO3 können bevorzugt KHCO3 und NaHCO3 sein. Verbindungen der Struktur (Alkaliion) 2CO3 können bevorzugt K2CO3, Li2CO3 und Na2CO3 sein. Verbindungen der Struktur (Alkaliion) HSO4 können bevorzugt KHSO4 und NaHSO4 sein.
Saure oder basische Additive, die der Reaktionsmischung vor, während oder zum Ende des Verfahrens zugesetzt werden, können eine durchschnittliche Partikelgröße von >100 μm, bevorzugt >200 μm, besonders bevorzugt >500 μm, ganz besonders bevorzugt >2000 μm, haben, wenn ein nahezu staubfreies Material benötigt wird.
Saure oder basische Additive, die der Reaktionsmischung vor, während oder zum Ende des Verfahrens zugesetzt werden, können eine durchschnittliche Partikelgröße von <100 μm und >1 μm, bevorzugt von <80 μm und >1 μm, besonders bevorzugt von <65 μm und >5 μm, ganz besonders bevorzugt von <50 μm und >5 μm, haben, wenn ein Material mit einer hohen, spezifischen Oberfläche benötigt wird.
Saure oder basische Additive, die der Reaktionsmischung vor, während oder zum Ende des Verfahrens zugesetzt werden, können eine durchschnittliche Partikelgröße von <500 μm, bevorzugt <250 μm, besonders bevorzugt <100 μm, ganz besonders bevorzugt <80 μm, haben, wenn ein Material mit einer hohen, spezifischen Oberfläche benötigt wird.
Die Bestimmung der Partikelgrößenverteilung der Proben der festen saure oder basische Additive erfolgt durch Laserbeugungsanalyse ohne Ultraschallbehandlung mit einem Coulter LS 100 mit Dry Powder Modul (Firma Beckman-Coulter) gemäß den allgemein bekannten Regeln und Bedienvorschriften. Für 60 sec. wird ein kontinuierlicher Strom an originalen, unbehandelten Partikeln der zu messenden Probe in einem Luftstrahl durch einen Laserstrahl geführt. Der Partikelstrom wird durchstrahlt und die unterschiedlichen Korngrößen (Partikelgrößen) detektiert und statistisch ausgewertet. Die messbare Partikelgröße beträgt minimal 0,4 μm und maximal 900 μm.
Das (Halogenorganyl) alkoxysilan, Additive, Schwefelungsreagenz und Lösungsmittel können miteinander in verschiedener dem Fachmann vertrauter
Reihenfolge, Weise, Temperatur und Zeitdauer vermischt werden . Mögliche Mischreihenfolgen sind in DE 10 2005 052 233.5 beschrieben .
Die für die Reaktion benötigten Schwefelungsreagenzien können vor oder während der Reaktion aus schwefelhaltigen Verbindungen gebildet werden.
Die schwefelhaltigen Verbindungen können unter den Reaktionsbedingungen durch Protonierung vollständig oder unvollständig, reversibel oder irreversibel zu Alkalihydrogensulfiden oder H2S reagieren.
Die schwefelhaltigen Verbindungen können unter den
Reaktionsbedingungen durch Deprotonierung vollständig oder unvollständig, reversibel oder irreversibel zu Alkalisulfiden oder Alkalihydrogensulfiden reagieren.
Die Protonierung der Schwefelverbindungen aus denen vor oder während der Reaktion Alkalihydrogensulfide gebildet werden, kann durch H2S und / oder organische und / oder anorganische Säuren erfolgen.
Die Deprotonierung der Schwefelverbindungen aus denen vor oder während der Reaktion Alkalisulfide gebildet werden können, kann durch organische und / oder anorganische Basen erfolgen.
Die Deprotonierung von H2S, wodurch vor oder während der Reaktion Alkalihydrogensulfide gebildet werden können, kann durch organische und / oder anorganische Basen erfolgen.
Die Umsetzung kann bei Temperaturen zwischen 0 und 1500C, bevorzugt zwischen 40 und 1000C, besonders bevorzugt zwischen 50 und 8O0C, erfolgen.
Während der Aufarbeitung der Rohprodukte können die wasserhaltigen Lösungsmittel im Vakuum und bei erhöhter Temperatur entfernt werden. Es können dem Fachmann bekannte wasserschleppende Substanzen (Azeotropbildner) zugesetzt und verwendet werden, um neben dem Losungsmittel auch Wasser im Vakuum bei erhöhter Temperatur abzutrennen. Das im Rohprodukt enthaltende Wasser kann im Vakuum bei erhöhter Temperatur aus dem Rohprodukt oder dem Endprodukt entfernt werden. Für die Abtrennung von Losungsmittel, Azeotropbildner und Wasser können dem Fachmann bekannte Hilfsmittel und Vorrichtungen verwendet werden.
Bevorzugt können Vertikalrohrverdampfer,
Horizontalrohrverdampfer, Schragrohrverdampfer, Fallfilmverdampfer, Plattenverdampfer, Blasrohrverdampfer, Rotorverdampfer, Zentrifugalverdampfer, Schneckenverdampfer, Dunnschichtverdampfer und Dunnfilmstripper verwendet werden .
Die Umsetzung kann in korrosionsbeständigen oder korrosionsanfälligen Reaktionsgefaßen oder Autoklaven erfolgen.
Die Umsetzung kann bevorzugt in korrosionsbeständigen Reaktionsgefaßen oder Autoklaven, beispielsweise aus Glas, Teflon, emailliertem bzw. beschichteten Stahl, Hastelloy oder Tantal, erfolgen.
Die Aufarbeitung der Rohproduktsuspension kann wie in DE 10 2005 052 233.5 beschrieben erfolgen.
Die Reaktion zur Herstellung von Organosilanen der allgemeinen Formel I kann in einem offenen oder einem geschlossenen Gefäß und gegebenenfalls unter Schutzgas durchgeführt werden.
Die Reaktion zur Herstellung von Organosilanen der allgemeinen Formel I kann bevorzugt unter erhöhtem Druck (> 0,5 bar Überdruck) durchgeführt werden. Der erhöhte Druck kann zwischen 20 und 0,5 bar, bevorzugt 15 und 0,5 bar, besonders bevorzugt 10 bis 0,5 bar, ganz besonders bevorzugt 5 bis 0,5 bar, Überdruck betragen.
Die Reaktion zur Herstellung von Organosilanen der allgemeinen Formel I kann bevorzugt unter Luftabschluß durchgeführt werden.
Die weiteren Nebenbestandteile von wasserhaltigen Alkalihydrogensulfiden können gegenüber den verwendeten Ausgangsstoffen und/oder den entstandenen Produkten bei der Herstellung von Verbindungen der allgemeinen Formel I inert oder reaktiv sein.
Die Rohproduktausbeute des erfindungsgemaßen Verfahrens kann großer als 90%, bevorzugt großer als 92%, besonders bevorzugt großer als 95%, ganz besonders bevorzugt großer als 97%, bezogen auf die theoretische Ausbeute bezuglich der eingesetzten Menge an (Halogenorganyl) alkoxysilan, sein .
Die Rohproduktausbeute kann die gravimetrisch bestimmte Summe aller isolierten flussigen Verbindungen, nachdem Losungsmittel und Feststoffe entfernt sind, sein.
Der Schwefel kann in Form von Schwefelpulver, Schwefelgranulat oder in flussiger Form zugegeben werden .
Das erfindungsgemaße Verfahren hat den Vorteil, dass allein durch die erfindungsgemaße Reduzierung von Alkalihydroxiden in den Schwefelungsreagentien gleichmaßige Momomergehalte und damit zuverlässige Produktqualitaten erhalten werden.
Das erfindungsgemaße Verfahren hat den Vorteil, daß leicht dosierbare, handelsübliche Feststoffe, beispielsweise wasserhaltiges Natriumhydrogensulfid oder Natriumsulfid, als Schwefelreagenzien verwendet werden .
Das erfindungsgemäße Verfahren hat desweiteren den Vorteil, dass handelsübliche, gebräuchliche, wasserhaltige Schwefelungsrohstoffe eingesetzt werden können. Diese wasserhaltigen, nicht speziell aufbereiteten Rohstoffe sind, gegenüber den aufwändig getrockneten (z.B. auf <3 Gew.-% getrockneten) Alkalihydrogensulfiden, vorteilhaft .
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber bekannten Verfahren sind die hohen Umsätze bei kurzen Batchzeiten und bei technisch einfach realisierbaren Temperaturen.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die hohen Rohproduktausbeuten an flüssigen, nicht zu Polysiloxanen kondensierten Produkten. Das erfindungsgemäße Verfahren zeigt hohe Rohausbeuten an flüssigen Produkten.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die hohen durch 29Si-NMR-Analyse nachweisbaren Monomergehalte der Produkte.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass das verwendete Lösungsmittel mehr als 7,5 Gew.-% Wasser enthält und dadurch ein Recycling des verwendeten Lösungsmittels technisch und wirtschaftlich einfacher und attraktiver möglich ist. Aus technischer Sicht sind zu einer Trennung von Lösungsmittel und Wasser weniger aufwendige Trennoperationen und -apparate notwendig. Zum Beispiel sind bei einer destillativen Trennung von Lösungsmittel und Wasser weniger aufwendige Kolonnen und weniger Energieaufwand notwendig. Beispiele :
Bei der Herstellung von Organosilanen wird wie in den Beispielen und Vergleichsbeispielen angegeben, NaOH- freies bzw. NaOH haltiges Na2S der Firma Tessenderlo oder ICS Wolfen mit 30 bis 40 Gew.-% Wasser, verwendet.
Analytik:
GC-Analytik für Substanzen der Formel [ (EtO)3Si-CH2-CH2-CH2-J2-Sm:
Die gaschromatografischen Untersuchungen werden durchgeführt, wie in ASTM Method
„Standard Test Method for Silanes Used in Rubber Formulations (Bis- (triethoxysilylpropyl) sulfanes) : Characterization by Gas Chromatography (GC) , D 6843 - 02" beschrieben.
Man erhält durch GC (mit internem Standard) die in den Substanzgemischen enthaltenen Mengen an (EtO) 3Si-CH2- CH2-CH2-Cl, (EtO)3Si-CH2-CH2-CH2-SH und [(EtO)3Si-CH2-CH2- CH2-J2S.
HPLC-Analytik für Substanzen der Formel
[ (EtO)3Si-CH2-CH2-CH2-]2-Sm:
Die HPLC - Untersuchungen werden durchgeführt, wie in ASTM Method „Standard Test Method for Silanes Used in Rubber
Formulations (Bis- (triethoxysilylpropyl) sulfanes) : Characterization by High Performance Liquid Chromatography (HPLC), D 6844 - 02" beschrieben.
Falls Mischungen der Organosilane der Formel I Verbindungen mit Si enthalten, dann wird die mittlere Schwefelkettenlänge unter Berücksichtigung der ermittelten Molekulargewichte und Kettenverteilung korrigiert .
1H-NMR:
Die 1H-Spektren werden an einem Bruker Avance 500-NMR- Spektrometer mit einer Messfrequenz für H von 500,13 MHz aufgenommen. Die Spektren werden intern gegen Tetramethylsilan (TMS = 0 ppm) referenziert .
29Si-NMR:
Die Si-Spektren werden an einem Bruker Avance 500-NMR- Spektrometer mit einer Messfrequenz für Si von 99,35
MHz (H-NMR 500,13 MHz) aufgenommen. Die Spektren werden intern gegen Tetramethylsilan (TMS = 0 ppm) referenziert .
Figure imgf000023_0001
Die korrigierten Integrale im 29Si-NMR sind direkt proportional zu den Gewichtsanteilen der Monomeren, Dimeren und Trimeren in der Probe, wobei bei den Trimeren davon ausgegangen wird, dass es sich um ringförmige Trimere mit (-0- (EtO) Si-O-) 3 Gerüst handelt.
Bestimmungsmethode von Na2S, NaOH und NaSH in Mischungen von Schwefelungsreagentien (Einsatzstoffen)
Lösung A
100g Probe wird auf 0,1 g genau in einen 500 ml Messkolben eingewogen und mit 200 ml Reinstwasser (CO2 frei) gelöst. Nach dem Auflösen der Probe wird das Magnetrührstäbchen entfernt, der Messkolben bis zur Marke mit Reinstwasser aufgefüllt und geschüttelt. Lösung B
Mit einer Vollpipette wird ein aliquoter Teil von 100 ml der zu untersuchenden Lösung A in einen weiteren 500 ml Messkolben pipettiert. Mit dem Meßzylinder werden 50 ml Glycerin zugegeben, mit Reinstwasser bis zur Marke aufgefüllt und gut geschüttelt.
Durchführung der Prüfung
Mit Hilfe eines Dosimates wird 80 ml Iod-Lösung und 25 ml HCl-Lösung in einen 250 ml Erlenmeyerkolben dosiert. Aus der Lösung B wird 10 ml Probelösung mit einer Pipette entnommen und unter leichtem Rühren zugegeben (die Pipettenspitze sollte in der Lösung eingetaucht sein) . Die Wände des Kolbens mit Reinstwasser abspülen und nach Zugabe von ca. 5 ml Stärkelösung mit
Thiosulfatlösung zum Farbumschlag von violett nach farblos titriert (kurz vor Erreichen des Endpunkts sehr langsam) .
Anschließend zu der gleichen Lösung (farblos aber trübe) einige Tropfen Phenolphtalein zugeben und bis zum Farbumschlag von farblos nach violett mit NaOH- Lösung titriert.
Wenn weniger als 25 ml NaOH-Lösung verbraucht wird, ist freies NaOH in der Probe vorhanden (Berechnung 2), ist der Verbrauch größer als 25 ml, enthält die Probe Natriumhydrogensulfid (Berechnung 3) .
Der Massenanteil w des Na2S im technischen Na2S errechnet sich nach:
Na2S - Gehalt [Gew. - %] = { (Vi x F.) - (Vx x Fτ)}x 0,39 x A wobei :
V1 80 ml C ( I2) = 0 , 05mol /l Fi Titer der Iodidlösung
Vτ Verbrauch an C(Na2S2O3) = 0,1 mol/1
Fτ Titer der Thiosulfatlösung
A Verdünnungsfaktor = 2,5
Der Massenanteil w des NaOH im technischen Na2S errechnet sich nach:
(wenn NaOH < HCl)
NaOH - Gehalt [Gew. - %] = {(Vs x Fs) - (VN. X FN.)}X0,3999 xA
V3 25 ml c(HCl) = 0,1 mol/1
F3 Titer der Salzsäurelösung
VNa Verbrauch an c (NaOH) = 0,1 mol/1 FNa Titer der Natronlauge
A Verdünnungsfaktor = 2,5
Der Massenanteil w des NaHS im technischen Na2S errechnet sich nach:
(wenn NaOH > HCl)
NaHS - Gehalt [Gew.- %] = {(VN. XF*)- (VsxFs)}x0,56xA
VNa Verbrauch an c (NaOH) = 0,1 mol/1 FNa Faktor der Natronlauge
V3 25 ml c(HCl) = 0,1 mol/1
F3 Faktor der Salzsäurelösung
A Verdünnungsfaktor = 2,5
Vergleichsbeispiel 1
In einem drucklosen, stickstoffüberlagerten Reaktor mit angeschlossenem alkalischen Wäscher werden 140,0 kg wasserhaltiges Ethanol (enthält 20,0 Gew.-% H2O), 24 kg NaHCO3 (Fa. Solvay, alkalihydroxidfrei) , 80,4 kg Na2S- Hydrat (Fa. ICS Wolfen, 60 %ig mit 0,9 Gew.-% NaOH und 0 Gew.-% NaSH) und 56,8 kg Mahlschwefel (Fa. Solvay, 200 Mesh; alkalihydroxidfrei) vorgelegt und mit einem Rührwerk gut durchmischt. Der Alkalihydroxidgehalt der Einsatzstoffe beträgt 0,44 Gew.-% (Berechnung: 0,72 kg NaOH/ (24 kg + 80,4 kg + 56,8 kg) = 0,72 kg/161,2 kg = 0,44 Gew.-%) . Der Reaktorinhalt wird für 60 min auf 50°C erwärmt. Es werden 312 kg 3-
Chlorpropyl (triethoxysilan) im Abstand von 30 min in zwei Portionen zu der Reaktionsmischung dosiert. Es bilden sich innerhalb von 180 min farblose Partikel in der Reaktionslösung, gleichzeitig steigt die Viskosität der Suspension an. Die Suspension wird über eine Zentrifuge in feste und flüssige Bestandteile getrennt. Aus der flüssigen Phase wird das Lösungsmittel durch Destillation im Vakuum entfernt. Eine NMR-analytische Untersuchung des verbliebenen, flüssigen Produktes ergibt als siliziumhaltige Bestandteile überwiegend hydrolisierte Triethoxysilanspezies . Die hydrolisierten Triethoxysilanspezies liegen überwiegend als oligomere und polymere Siloxane vor. Der Monomergehalt der erhaltenen Produkte beträgt, bezogen auf die Einsatzmenge an 3-Chlorpropyl (triethoxysilan) , <10 Gew.-%. Die Ausbeute der erhaltenen Produkte beträgt, bezogen auf die Einsatzmenge an 3-Chlorpropyl (triethoxysilan) , <10 Gew.-%.
Vergleichsbeispiel 2
In einem drucklosen, stickstoffüberlagerten Reaktor mit angeschlossenem alkalischen Wäscher werden 140,0 kg wasserhaltiges Ethanol (enthält 20,0 Gew.-% H2O), 24 kg NaHCO3 (Fa. Solvay, alkalihydroxidfrei) , 40,2 kg Na2S- Hydrat (Fa. ICS Wolfen, 60 %ig mit 0,9 Gew.-% NaOH und 0 Gew.-% NaSH) und 56,8 kg Mahlschwefel (Fa. Solvay, 200 Mesh; alkalihydroxidfrei) vorgelegt und mit einem Rührwerk gut durchmischt. Der Reaktorinhalt wird für 60 min auf 500C erwärmt. Es werden 312 kg 3- Chlorpropyl (triethoxysilan) zu der Reaktionsmischung dosiert. Nachdem die Temperatur auf 54°C gefallen ist, werden im Abstand von 30 min zwei Portionen zu je 20,1 kg Na2S-Hydrat (Fa. ICS Wolfen, 60 %ig mit 0,9 Gew.-% NaOH und 0 Gew.-% NaSH) zu der Suspension gegeben. Der Alkalihydroxidgehalt der Einsatzstoffe beträgt somit 0,44 Gew.-% (Berechnung: 0,72 kg NaOH/ (24 kg + 80,4 kg + 56,8 kg) = 0,72 kg/161,2 kg = 0,44 Gew.-%). Die Reaktionslösung mit den Einsatzstoffen wird für 120 min auf 55-60°C erwärmt. Die erhaltene Suspension wird auf 25-30°C abgekühlt und über eine Zentrifuge in feste und flüssige Bestandteile getrennt. Aus der flüssigen Phase wird das Lösungsmittel durch Destillation im Vakuum entfernt. Es werden 315 kg flüssiges Produkt isoliert. Das Produkt enthält laut GC-Analyse 6 Gew.-% 3-
Chlorpropyl (triethoxysilan) . Die mit HPLC ermittelte Kettenlänge m beträgt 3,78. Eine 29Si-NMR-analytische Untersuchung des Produktes ergibt einen Monomergehalt von 81 Gew.-%. Die Ausbeute des erhaltenen Produktes beträgt 91%.
Beispiel 1
In einem drucklosen, stickstoffüberlagerten Reaktor mit angeschlossenem alkalischen Wäscher werden 140,0 kg wasserhaltiges Ethanol (enthält 20,0 Gew.-% H2O), 24 kg NaHCO3 (Fa. Solvay, alkalihydroxidfrei) , 20,1 kg Na2S- Hydrat (Fa. ICS Wolfen, 60 %ig mit 0,9 Gew.-% NaOH und 0 Gew.-% NaSH), 20,1 kg Na2S-Hydrat (Fa. ICS Wolfen, 62 %ig mit 0 Gew.-% NaOH und 1,35 Gew.-% NaSH) und 56,8 kg Mahlschwefel (Fa. Solvay, 200 Mesh; alkalihydroxidfrei) vorgelegt und mit einem Rührwerk gut durchmischt. Der Reaktorinhalt wird für 60 min auf 500C erwärmt. Es werden 310 kg 3-Chlorpropyl (triethoxysilan) zu der Reaktionsmischung dosiert und die Reaktionslösung im Temperaturbereich 50-600C stabilisiert. Nach 30 min werden 10,05 kg Na2S-Hydrat (Fa. ICS Wolfen, 60 %ig mit 0,9 Gew.-% NaOH und 0 Gew.-% NaSH) und 10,05 kg Na2S- Hydrat (Fa. ICS Wolfen, 62 %ig mit 0 Gew.-% NaOH und 1,35 Gew.-% NaSH) zu der Suspension dosiert. Nach weiteren 30 min werden nocheinmal 10,05 kg Na2S-Hydrat (Fa. ICS Wolfen, 60 %ig mit 0,9 Gew.-% NaOH und 0 Gew.- % NaSH) und 10,05 kg Na2S-Hydrat (Fa. ICS Wolfen, 62 %ig mit 0 Gew.-% NaOH und 1,35 Gew.-% NaSH) zu der Suspension dosiert. Der Alkalihydroxidgehalt der Einsatzstoffe beträgt somit 0,22 Gew.-% (Berechnung: 0,36 kg NaOH/(24 kg + 80,4 kg + 56,8 kg) = 0,36 kg/161,2 kg = 0,22 Gew.-%). Die Reaktionslösung mit den Einsatzstoffen wird für 120 min auf 55-65°C erwärmt. Die erhaltene Suspension wird auf 25-300C abgekühlt und über eine Zentrifuge in feste und flüssige Bestandteile getrennt. Aus der flüssigen Phase wird das Lösungsmittel durch Destillation im Vakuum entfernt. Es werden 319 kg flüssiges Produkt isoliert. Das Produkt enthält laut GC-Analyse 3,1 Gew.-% 3-Chlorpropyl (triethoxy- silan) . Die mit HPLC ermittelte Kettenlänge m beträgt 3,78. Eine 29Si-NMR-analytische Untersuchung des Produktes ergibt einen Monomergehalt von 93,5 Gew.-%. Die Ausbeute des erhaltenen Produktes beträgt 93%.
Beispiel 2
In einem drucklosen, stickstoffüberlagerten Reaktor mit angeschlossenem alkalischen Wäscher werden 140,0 kg wasserhaltiges Ethanol (enthält 20,0 Gew.-% H2O), 24 kg NaHCO3 (Fa. Solvay, alkalihydroxidfrei) , 20,1 kg Na2S- Hydrat (Fa. FMC Foret SA, 61 %ig mit 0 Gew.-% NaOH und 1,2 Gew.-% NaSH) und 56,8 kg Granulatschwefel (Fa. Rotoform, alkalihydroxidfrei) vorgelegt und mit einem Rührwerk gut durchmischt. Der Reaktorinhalt wird für 30 min auf 500C erwärmt. Es werden 303 kg 3- Chlorpropyl (triethoxysilan) zu der Reaktionsmischung dosiert und die Reaktionslösung im Temperaturbereich 50-60°C stabilisiert. Nach jeweils 30 min werden in drei Portionen je 20,1 kg Na2S-Hydrat (Fa. FMC Foret SA, 61 %ig mit 0 Gew.-% NaOH und 1,2 Gew.-% NaSH) zu der Suspension dosiert. Nach der letzten Na2S - Dosierung werden 50 g NaOH (Fa. Aldrich) zu der Reaktionsmischung dosiert. Der Alkalihydroxidgehalt der Einsatzstoffe beträgt somit 0,03 Gew.-% (Berechnung: 0,05 kg NaOH/ (24 kg + 80,4 kg + 56,8 kg) = 0,05 kg/161,2 kg = 0,03 Gew.-%). Die Reaktionslösung mit den Einsatzstoffen wird für 120 min auf 55-65°C erwärmt. Die erhaltene Suspension wird auf 25-300C abgekühlt und über eine Zentrifuge in feste und flüssige Bestandteile getrennt. Aus der flüssigen Phase wird das Lösungs- mittel durch Destillation entfernt. Es werden 323 kg flüssiges Produkt isoliert. Das Produkt enthält laut GC-Analyse 2,0 Gew.-% 3-Chlorpropyl (triethoxysilan) . Die mit HPLC ermittelte Kettenlänge m beträgt 3,73. Eine 29Si-NMR-analytische Untersuchung des Produktes ergibt einen Monomergehalt von 97 Gew.-%. Die Ausbeute des erhaltenen Produktes beträgt 96,6%.
Beispiel 3
In einen drucklosen, stickstoffüberlagerten Reaktor mit angeschlossenem alkalischen Wäscher werden 137,0 kg wasserhaltiges Ethanol (enthält 10,0 Gew.-% H2O), 18 kg NaHCO3 (Fa. Merck, alkalihydroxidfrei) , 56,8 kg Granulatschwefel (Fa. RAG Additive GmbH, alkalihydroxidfrei) und 300 kg 3- Chlorpropyl (triethoxsilan) dosiert und die Suspension für 20 min auf 48-52°C erwärmt. Es werden anschließend im Abstand von je 30 min fünfmal je 16,1 kg Na2S-Hydrat (Fa. Tessenderlo, 60 %ig mit 0 Gew.-% NaOH und 1,0 Gew.-% NaSH) zu der Suspension dosiert. Nach der vierten Na2S - Dosierung werden 20 g NaOH (Fa. Aldrich) zu der Reaktionsmischung dosiert. Der
Alkalihydroxidgehalt der Einsatzstoffe beträgt somit 0,013 Gew.-% (Berechnung: 0,02 kg NaOH/ (18 kg + 80,5 kg + 56,8 kg) = 0,02 kg/155,3 kg = 0,013 Gew.-%). Die Reaktionslösung mit den Einsatzstoffen wird für 120 min auf 55-65°C erwärmt. Von der erhaltenen Suspension wird das Lösungsmittel durch Destillation im Vakuum entfernt. Die verbleibende Suspension wird mit einer Zentrifuge in feste und flüssige Bestandteile getrennt. Es werden 303,5 kg flüssiges Produkt isoliert. Das Produkt enthält laut GC-Analyse 1,7 Gew.-% 3- Chlorpropyl (triethoxysilan) . Die mit HPLC ermittelte Kettenlänge m beträgt 3,76. Eine 29Si-NMR-analytische Untersuchung des Produktes ergibt einen Monomergehalt von 97,6 Gew.-%. Die Ausbeute des erhaltenen Produktes beträgt 92%.
Beispiel 4
In einen drucklosen Reaktor mit angeschlossenem alkalischen Wäscher werden 140,0 kg wasserhaltiges Ethanol (enthält 15,0 Gew.-% H2O), 18 kg NaHCO3 (Fa. Merck, alkalihydroxidfrei) , 56,8 kg Granulatschwefel (Fa. RAG Additive GmbH, alkalihydroxidfrei) und 300 kg 3-Chlorpropyl (triethoxysilan) dosiert und die Suspension für 20 min auf 48-52°C erwärmt. Es werden anschließend im Abstand von 30 min fünfmal je 16,1 kg Na2S-Hydrat (Fa. Tessenderlo, 60 %ig mit 0 Gew.-% NaOH und 1,0 Gew.-% NaSH) zu der Suspension dosiert. Der Alkalihydroxidgehalt der Einsatzstoffe beträgt somit 0,0 Gew.-%. Die Reaktionslösung mit den Einsatzstoffen wird für 120 min auf 55-65°C erwärmt. Von der erhaltenen Suspension wird das Lösungsmittel durch Destillation im Vakuum entfernt. Die verbleibende Suspension wird mit einer Zentrifuge in feste und flüssige Bestandteile getrennt. Es werden 322 kg flüssiges Produkt isoliert. Das Produkt enthält laut GC-Analyse 1,3 Gew.-% 3-Chlorpropyl (triethoxysilan) . Die mit HPLC ermittelte Kettenlänge m beträgt 3,76. Eine 29Si-NMR-analytische Untersuchung des Produktes ergibt einen Monomergehalt von 97,8 Gew.-%. Die Ausbeute des erhaltenen Produktes beträgt 97%.
Beispiel 5
In einen drucklosen, stickstoffüberlagerten Reaktor mit angeschlossenem alkalischen Wäscher werden 140,0 kg wasserhaltiges Ethanol (enthält 20,0 Gew.-% H2O), 24 kg NaHCO3 (Fa. Merck, alkalihydroxidfrei) , 56,8 kg Granulatschwefel (Fa. RAG Additive GmbH, alkalihydroxidfrei) und 309 kg 3- Chlorpropyl (triethoxysilan) dosiert und die Suspension für 20 min auf 48-52°C erwärmt. Es werden anschließend im Abstand von 30 min fünfmal je 16,1 kg Na2S-Hydrat (Fa. Tessenderlo, 60 %ig mit 0 Gew.-% NaOH und 1,0 Gew.-% NaSH) zu der Suspension dosiert. Mit jeder der Na2S-Dosierungen werden je 20 g NaOH zudosiert. Der Alkalihydroxidgehalt der Einsatzstoffe beträgt somit 0,062 Gew.-% (Berechnung: 0,1 kg NaOH/ (24 kg + 80,5 kg + 56,8 kg) = 0,1 kg/161,3 kg = 0,062 Gew.-%). Die Reaktionslösung mit den Einsatzstoffen wird für 120 min auf 55-65°C erwärmt. Die erhaltene Suspension wird auf 25-30°C abgekühlt und über eine Zentrifuge in feste und flüssige Bestandteile getrennt. Aus der flüssigen Phase wird das Lösungsmittel durch Destillation im Vakuum entfernt. Es werden 320 kg flüssiges Produkt isoliert. Das Produkt enthält laut GC-Analyse 3,5 Gew.-% 3-
Chlorpropyl (triethoxysilan) . Die mit HPLC ermittelte Kettenlänge m beträgt 3,76. Eine 29Si-NMR-analytische Untersuchung des Produktes ergibt einen Monomergehalt von 97,2 Gew.-%. Die Ausbeute des erhaltenen Produktes beträgt 94%. Bei spiel 6
In einen drucklosen, stickstoffüberlagerten Reaktor mit angeschlossenem alkalischen Wäscher werden 140,0 kg wasserhaltiges Ethanol (enthält 20,0 Gew.-% H2O), 24 kg NaHCO3 (Fa. Merck, alkalihydroxidfrei) , 56,8 kg Granulatschwefel (Fa. CS Additive GmbH, alkalihydroxidfrei) und 303 kg 3- Chlorpropyl (triethoxsilan) dosiert und die Suspension für 20 min auf 48-52°C erwärmt. Es werden anschließend im Abstand von je 30 min fünfmal je 16,1 kg Na2S-Hydrat (Fa. Tessenderlo, 60 %ig mit 0 Gew.-% NaOH und 1,0 Gew.-% NaSH) zu der Suspension dosiert. Der Alkalihydroxidgehalt der Einsatzstoffe beträgt somit 0,0 Gew.-%. Die Reaktionslösung mit den Einsatzstoffen wird für 120 min auf 55-65°C erwärmt. Die erhaltene Suspension wird mit einer Zentrifuge in feste und flüssige Bestandteile getrennt. Die flüssigen Bestandteile bilden eine obere, rötliche, stark wasserhaltige Phase und eine untere, gelbliche silanhaltige Phase. Die beiden Phasen werden separiert und die silanhaltige Phase im Vakuum durch Destillation vom Lösungsmittel befreit. Es werden 306 kg flüssiges Produkt isoliert. Das Produkt enthält laut GC-Analyse 3,2 Gew.-% 3-Chlorpropyl (triethoxysilan) . Die mit HPLC ermittelte Kettenlänge m beträgt 3,79. Eine 29Si-NMR- analytische Untersuchung des Produktes ergibt einen Monomergehalt von 95,1 Gew.-%. Die Ausbeute des erhaltenen Produktes beträgt 92%.

Claims

Patentansprüche :
1. Verfahren zur Herstellung von Organosilanen der allgemeinen Formel I,
[R(R) (R'O)Si-R"-]2Sm I
wobei
R gleich oder verschieden und eine Ci-Cs -Alkyl-,
Ci-C8 -Alkenyl-, Ci-C8 -Aryl-, Ci-C8 -Aralkylgruppe oder eine OR' Gruppe ist,
R' gleich oder verschieden und eine C1-C22 ~ verzweigte oder unverzweigte einbindige Alkyl- oder Alkenyl-Gruppe, eine Arylgruppe, eine Aralkylgruppe, ein Wasserstoff, eine Alkylethergruppe O- (CRIIJ 2) -O-Alk oder 0-
(CRI::I 2) y-O-Alk oder eine Alkylpolyethergruppe 0- (CR1^2O) y-Alk oder 0- (CR11VCR11Vo) y-Alk, mit y = 2-20, R111 unabhängig voneinander H oder eine Alkylgruppe ist und Alk eine verzweigte oder unverzweigte, gesättigte oder ungesättigte, aliphatische, aromatische oder gemischt aliphatische /aromatische einbindige Ci- C22 - Kohlenwasserstoffgruppe ist, ist, RΛΛ eine verzweigte oder unverzweigte, gesättigte oder ungesättigte, aliphatische, aromatische oder gemischt aliphatische /aromatische zweibindige Ci- C30 - Kohlenwasserstoffgruppe, die gegebenenfalls mit F-, Cl-, Br-, I-, HS-, NH2-, oder NHRΛ substituiert ist, ist, m eine mittlere Schwefelkettenlänge von 1,5 bis 4,5 ist, durch Umsetzung von (Halogenorganyl) alkoxysilan der Formel II,
Figure imgf000034_0001
wobei R, RΛ und RΛΛ die oben angegebenen Bedeutungen haben und HaI Chlor, Brom, Fluor oder Iod ist, mit einem Schwefelungsreagenz, ausgewählt aus der Gruppe Alkalihydrogensulfid, Metallsulfid Me2S, Metallpolysulfid Me2Sg und beliebige Kombinationen hiervon, mit Me= Alkalimetall, NH4 oder (Erdalkalimetall) i/2, und g=l, 5-8,0, und gegebenenfalls zusätzlich mit Schwefel und/oder mit H2S in einem Lösungsmittel, dadurch gekennzeichnet, dass der Alkalihydroxidgehalt aller Einsatzstoffe < 0,44 Gew.-% ist.
2. Verfahren zur Herstellung von Organosilanen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man vor, während oder nach der Reaktion Additive zugibt.
3. Verfahren zur Herstellung von Organosilanen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Additive nichtalkoholische Lösungsmittel, polare, protische, aprotische, basische oder saure Additive sind.
4. Verfahren zur Herstellung von Organosilanen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als wasserhaltiges Schwefelungsreagenz Me2S und Schwefel einsetzt.
5. Verfahren zur Herstellung von Organosilanen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als wasserhaltige Schwefelungsreagenzien Alkalihydrogensulfide, Mθ2S, Mθ2Sg und beliebige Kombinationen hiervon einsetzt und die Reaktion unter Luftabschluß durchführt.
6. Verfahren zur Herstellung von Organosilanen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel ein Alkohol ist.
7. Verfahren zur Herstellung von Organosilanen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Additiv NaHCθ3 eingesetzt wird.
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