γ-氯丙基甲基二甲氧基硅烷合成工艺研究

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有机硅材料性能优异、品类繁多,在航空、建筑、运输、电子、医药、食品、纺织、机械等行业具有广泛的用途。硅烷偶联剂是有机硅产业的四大支柱产品之一,可以作为原料合成一系列有机硅产品。γ-氯丙基甲基二甲氧基硅烷是一种用途广泛的硅烷偶联剂,也是合成一系列γ-氯丙基型硅烷偶联剂的重要中间体,是化工新材料领域成长最快的品类之一,一般采用硅氢加成结合醇解反应制备。本文以γ-氯丙烯、甲基二氯硅烷、甲醇为原料,采用硅氢加成后再进行醇解的工艺路线合成γ-氯丙基甲基二甲氧基硅烷,进行工艺条件优化及催化剂性能考察等基础研究,对于该类产品的开发及工程应用具有重要意义。论文以氯铂酸异丙醇溶液为催化剂,通过高压输液泵按一定速率将γ-氯丙烯加入高压反应釜内,和甲基二氯硅烷进行加成反应合成γ-氯丙基甲基二氯硅烷,通过正交实验和单因素实验考察各因素对硅氢加成反应的影响,发现对反应影响最大的是反应温度,其次是催化剂的用量和原料配比,并对合成工艺条件进行了优化,在最佳工艺条件下,γ-氯丙烯转化率达到88.4%,γ-氯丙基甲基二氯硅烷收率达48.9%。通过红外和核磁表征对合成产物进行了确证。在优化的工艺条件下,以氯铂酸为主催化剂,选取三乙胺、正三丁胺、N,N-二甲基苯胺、苯胺以及三苯基膦五种具有配位作用的化合物作为助催化剂,与氯铂酸络合形成新催化体系,考察了这些助剂在甲基二氯硅烷与γ-氯丙烯的硅氢加成反应中对氯铂酸催化剂性能的影响,发现这几种助剂能够不同程度的提高氯铂酸的催化效果,加快反应速度,缩短反应时间,且原料转化率和目标产物收率都得到一定程度的提高,其中采用三乙胺作为助剂效果最好,最优反应时间由原来的2小时缩短为90分钟,γ-氯丙烯转化率达到95.7%,γ-氯丙基甲基二氯硅烷收率达到67.9%,结果说明,胺类助剂的加入能有效缩短反应的诱导期,改善氯铂酸的催化性能。以硅氢加成反应产物γ-氯丙基甲基二氯硅烷和甲醇为原料,采取滴加γ-氯丙基甲基二氯硅烷的方式,上升的甲醇蒸汽和滴下的氯硅烷在装有玻璃弹簧丝的管式反应器中充分接触,经过醇解反应合成γ-氯丙基甲基二甲氧基硅烷,利用通氮气排出反应过程中产生的HCl气体,反应过程中无需加入溶剂,使目标产物的分离与提纯大大简化,工艺过程简单。通过正交实验和单因素实验优化出了最佳合成工艺条件,醇解产物收率达到82%以上。对产物结构进行了FT-IR和1H-NMR表征。
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