本發(fā)明涉及交聯(lián)劑領(lǐng)域，具體涉及一種醇性硅烷交聯(lián)劑雙三乙氧基硅基乙烷的合成方法。
背景技術(shù)：
交聯(lián)劑(cross-linking agent)交聯(lián)劑也叫固化劑、硬化劑或熟化劑，其在線型分子間起架橋作用，使多個(gè)線型分子相互鍵合交聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，能使線型或輕度支鏈型的大分子轉(zhuǎn)變成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，能夠提高產(chǎn)品的強(qiáng)度、耐熱性、耐磨性、光學(xué)性能、工藝加工性能、粘合性、機(jī)械強(qiáng)度、尺寸穩(wěn)定性、耐溶劑性等性能，主要用于高分子材料(橡膠、熱固性樹脂、熱塑塑料凳)中，可用于發(fā)泡或不發(fā)泡制品、聚丙烯酸酯、聚烷基丙烯酸酯、環(huán)氧樹酯、DAP(聚苯二甲酸二烯丙酯)樹酯等的改性；另外還可以用作光固化涂料、光致抗蝕劑、阻燃劑和阻燃交聯(lián)劑等的中間體。
醇性交聯(lián)劑是一種應(yīng)用較廣泛的交聯(lián)劑，目前主要采用乙烯基三甲氧基硅烷合成，由于合成過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的雙三甲氧基硅基乙烷副產(chǎn)物，且醇性交聯(lián)劑在使用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的甲醇，污染環(huán)境，限制了醇性交聯(lián)劑的使用。
目前使用較多的醇性交聯(lián)劑是使用雙三乙氧基硅基乙烷與乙醇進(jìn)行交換反應(yīng)得到的，反應(yīng)方程式如下：
C2H5OH+HCl→C2H5Cl+H2O
但是該反應(yīng)不僅活性較高，反應(yīng)較劇烈，且會(huì)產(chǎn)生大量的氯化氫氣體，由于氯化氫氣體具有較高的酸性，直接排放會(huì)污染環(huán)境，回收利用的成本較高，導(dǎo)致其生產(chǎn)受到較大的限制。
且在上述反應(yīng)中，水會(huì)導(dǎo)致雙三氯基硅基乙烷、雙三甲氧基硅基乙烷水解生成硅氧烷聚合物，導(dǎo)致反應(yīng)收率降低。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種醇性硅烷交聯(lián)劑雙三乙氧基硅基乙烷的合成方法，能夠避免污染環(huán)境，提高反應(yīng)收率。
為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：
一種醇性硅烷交聯(lián)劑雙三乙氧基硅基乙烷的合成方法，包括以下步驟：
S1、按質(zhì)量份之比，將1000份三甲氧基硅基乙烷、1500份乙醇和1～5份催化劑加入反應(yīng)釜，在溫度為120℃～140℃的條件下保溫?cái)嚢?，同時(shí)采集甲醇至甲醇的含量低于95％；
S2、在溫度為120℃～140℃的條件下，向反應(yīng)釜中通入乙醇，并在反應(yīng)的同時(shí)采集甲醇乙醇的混合物，直到釜內(nèi)半成品中五乙氧基甲氧基硅基乙烷的含量小于1％，得到半成品；
S3、將半成品減壓精餾得到雙三乙氧基硅基乙烷成品。
在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述催化劑為強(qiáng)酸、強(qiáng)酸鹽、強(qiáng)堿或強(qiáng)堿鹽。
在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述催化劑為強(qiáng)堿鹽。
在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，當(dāng)所述催化劑為強(qiáng)堿鹽時(shí)，所述催化劑的添加量為三甲氧基硅基乙烷的3‰。
在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，當(dāng)所述催化劑為強(qiáng)堿鹽時(shí)，所述反應(yīng)溫度為130±2℃。
在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述且雙三乙氧基硅基乙烷成品中，雙三乙氧基硅基乙烷的含量大于98％。
在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述精餾的尾渣可以作為催化劑循環(huán)使用。
在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述合成方法的化學(xué)反應(yīng)式為：
在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述反應(yīng)原料為乙烯基三甲氧基硅烷的副產(chǎn)物，所述乙烯基三甲氧基硅烷的反應(yīng)式為：
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
(1)本發(fā)明中的一種醇性硅烷交聯(lián)劑雙三乙氧基硅基乙烷的合成方法，反應(yīng)物來自于乙烯基三甲氧基硅烷的副產(chǎn)物雙三甲氧基硅基乙烷，雙三甲氧基硅基乙烷水解后能夠與金屬或無極材料表面的羥基形成牢固的共價(jià)鍵，且不易水解，通常用作無極材料或金屬的表面涂層，但是雙三甲氧基硅基乙烷在水解時(shí)會(huì)釋放出甲醇，污染環(huán)境，且雙三甲氧基硅基乙烷本身的價(jià)格較為低廉，經(jīng)濟(jì)價(jià)值較低。
本發(fā)明通過將雙三甲氧基硅基乙烷與乙醇進(jìn)行酯交換反應(yīng)，生產(chǎn)價(jià)值更高，應(yīng)用前景更好且環(huán)境友好的雙三乙氧基硅基乙烷，且反應(yīng)過程中的高純度甲醇不會(huì)腐蝕反應(yīng)釜，且能夠被有效收集，不僅不會(huì)污染環(huán)境，還能夠作為高質(zhì)量的工業(yè)原料使用。
(2)本發(fā)明中的一種醇性硅烷交聯(lián)劑雙三乙氧基硅基乙烷的合成方法，反應(yīng)溫度為120～140℃，條件較為溫和，且得到的雙三乙氧基硅基乙烷成品中雙三乙氧基硅基乙烷的含量大于98％，純度較高，同時(shí)產(chǎn)率較高；精餾后的尾渣能夠作為催化劑直接用于循環(huán)反應(yīng)，沒有原料被浪費(fèi)，反應(yīng)過程綠色環(huán)保。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
本發(fā)明實(shí)施例提供一種醇性硅烷交聯(lián)劑雙三乙氧基硅基乙烷的合成方法，包括以下步驟：
S1、按質(zhì)量份之比，將1000份三甲氧基硅基乙烷、1500份乙醇和1～5份催化劑加入反應(yīng)釜，在溫度為120℃～140℃的條件下保溫?cái)嚢?，并蒸出甲醇至反?yīng)塔頂部的甲醇含量低于95％。
S2、在溫度為120℃～140℃的條件下，從反應(yīng)釜底部通入乙醇反應(yīng)，并在反應(yīng)的同時(shí)采集甲醇乙醇的混合物，直到釜內(nèi)半成品中五乙氧基甲氧基硅基乙烷的含量小于1％，得到半成品。
S3、將半成品減壓精餾至少72h得到雙三乙氧基硅基乙烷成品，且雙三乙氧基硅基乙烷成品中雙三乙氧基硅基乙烷的含量大于98％，減壓精餾的尾渣可以當(dāng)催化劑循環(huán)使用。
本發(fā)明實(shí)施例中的催化劑選用強(qiáng)酸、強(qiáng)酸鹽、強(qiáng)堿或強(qiáng)堿鹽，優(yōu)選強(qiáng)堿鹽，催化劑為強(qiáng)堿鹽時(shí)，其添加比例為3‰，反應(yīng)溫度為130±2℃。
主要的化學(xué)反應(yīng)方程式為：
其中，本發(fā)明中的反應(yīng)物來自于乙烯基三甲氧基硅烷的副產(chǎn)物，乙烯基三甲氧基硅烷是目前市場上使用量較大的硅烷偶聯(lián)劑，其生產(chǎn)反應(yīng)方程式為：
副產(chǎn)物雙三甲氧基硅基乙烷水解后能夠與金屬或無極材料表面的羥基形成牢固的共價(jià)鍵，且不易水解，通常用作無極材料或金屬的表面涂層，但是雙三甲氧基硅基乙烷在水解時(shí)會(huì)釋放出甲醇，污染環(huán)境，且雙三甲氧基硅基乙烷本身的價(jià)格較為低廉，經(jīng)濟(jì)價(jià)值較低。
本發(fā)明通過將雙三甲氧基硅基乙烷與乙醇進(jìn)行酯交換反應(yīng)，生產(chǎn)價(jià)值更高，應(yīng)用前景更好且環(huán)境友好的雙三乙氧基硅基乙烷。
且該反應(yīng)相對(duì)應(yīng)現(xiàn)有的合成方法而言，反應(yīng)條件較為溫和，產(chǎn)率較高，副產(chǎn)物容易分離收集和進(jìn)一步使用。
下面通過7個(gè)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
實(shí)施例1：
向2000ml四口且?guī)в?米高填料塔的燒瓶中投入雙三甲氧基硅基乙烷540g、無水乙醇810g和強(qiáng)堿鹽類催化劑1.62g，邊攪拌邊加熱，隨著溫度的升高，塔頂會(huì)有回流，控制回流溫度，當(dāng)塔頂溫度為64.5℃時(shí)開始采集甲醇75g，同時(shí)檢測甲醇的純度。
當(dāng)甲醇純度低于95％時(shí)，采集甲乙醇混合物并使用高位滴液漏斗開始向燒瓶底部持續(xù)緩慢通入無水乙醇，持續(xù)升溫至130℃反應(yīng)，直到取樣分析五乙氧基甲氧基硅基乙烷的含量小于1％時(shí)停止加熱，得到半成品815g，甲乙醇混合物1200g(GC色譜分析甲醇含量9.5％、乙醇90.5％)，將半成品冷卻至常溫后進(jìn)行精餾，收集150～160℃(10pa)的餾分679g，GC色譜分析主含量98.2％，精餾尾渣32g，直接用作下一次合成的催化劑，從投料反應(yīng)到出產(chǎn)品耗時(shí)70h。
在本實(shí)例中，理論上應(yīng)該得到產(chǎn)品708g，實(shí)際上得到679g成品和尾渣32g，共711g，理論值與實(shí)際值之差為3g，多余的部分與添加的催化劑以及反應(yīng)過程中產(chǎn)品自身水解有關(guān)。
本實(shí)施例中甲醇的理論值為192g，實(shí)際回收185g，回收率為98.4％。
實(shí)施例2：
本實(shí)施例中除了催化劑使用實(shí)施例1中的32g尾渣外，其他條件均與實(shí)施例1相同，本實(shí)施例得到成品700g，精餾尾渣35g。
實(shí)施例3
本實(shí)施例除了反應(yīng)溫度為100℃外，其他條件均與實(shí)施例1相同，反應(yīng)中除了反應(yīng)時(shí)間延長至150h外，其他結(jié)果均與實(shí)施例1相同。
實(shí)施例4
本實(shí)施例中，除了反應(yīng)溫度為140℃外，其他反應(yīng)條件均與實(shí)施例1相同，本實(shí)施例在70h時(shí)五乙氧基甲氧基硅基乙烷含量為16.6％，由于反應(yīng)溫度較高，導(dǎo)致乙醇揮發(fā)過快，乙醇來不及正常反應(yīng)就揮發(fā)，反而增長了反應(yīng)時(shí)間。
實(shí)施例5
本實(shí)施例中，除了使用的催化劑為濃硫酸外，其他反應(yīng)條件和結(jié)果均與實(shí)施例1相同，反應(yīng)時(shí)間有所延長，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為70h時(shí)五乙氧基甲氧基硅基乙烷含量為35％。
實(shí)施例6
本實(shí)施例中，除了催化劑的添加量為1‰外，其他反應(yīng)條件均與實(shí)施例1相同，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為70h時(shí)，五乙氧基甲氧基硅基乙烷含量有27％，反應(yīng)進(jìn)程較實(shí)施例1較慢。
實(shí)施例7
本實(shí)施例中，除了催化劑的用量為5‰外，其他條件均與實(shí)施例1相同，反應(yīng)結(jié)果中精餾尾渣由原來的32g變?yōu)?6g，說明高沸物含量明顯增加。
本發(fā)明不局限于上述實(shí)施方式，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。本說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。