一種n-丙基三甲氧基硅烷與正硅酸乙酯混合物水解液的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種N-丙基三甲氧基硅烷與正硅酸乙酯混合物水解液的制備方法，屬精細(xì)化工【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明通過將丙基三甲氧基硅烷與正硅酸乙酯混合物在一定條件下進(jìn)行預(yù)水解，使N-丙基三甲氧基硅烷和正硅酸乙酯分子中的大部分甲氧基與乙氧基水解成硅醇(Si-OH)，并抑制硅醇縮聚成硅氧烷，解決了現(xiàn)有N-丙基三甲氧基硅烷在水性體系中過早交聯(lián)的問題，通過本發(fā)明制備的產(chǎn)品具有偶聯(lián)活性強(qiáng)、貯存穩(wěn)定性好、甲醇含量低的特點(diǎn)，可直接應(yīng)用于玻璃纖維增強(qiáng)、水性涂料增粘等水性體系中。
【專利說明】-種N-丙基三甲氧基硅烷與正硅酸乙酯混合物水解液的 制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種N-丙基三甲氧基硅烷與正硅酸乙酯混合物水解液的制備方法， 屬精細(xì)化工【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 丙基三甲氧基硅烷是一種實(shí)用型硅烷偶聯(lián)劑，能與樹脂起偶聯(lián)作用是加工溶膠凝 膠的一種重要的基礎(chǔ)原料，廣泛應(yīng)用于玻璃纖維增強(qiáng)、樹脂表面改性、表面活性物質(zhì)的親油 性，給硅氧烷網(wǎng)狀物加入了有機(jī)性能，但是在一些水性體系中，其實(shí)際使用效果往往并不理 想。如果按N-丙基三甲氧基硅烷常規(guī)使用方法，按比例加入到水性體系中，其一貯存壽 命很短，一般不超過一周，隔一段時間就需要重新添加，因此在實(shí)際應(yīng)用過程中需要即配即 用，否則偶聯(lián)效果會隨著貯存時間的延長而逐漸喪失，給產(chǎn)品在水性體系中的應(yīng)用帶來困 難；其二，影響產(chǎn)品其活性一0CH3基水解生成羥基不穩(wěn)定影響有機(jī)性能。過早交聯(lián)不僅導(dǎo) 致N-丙基三甲氧基硅烷失去偶聯(lián)活性，而且會使體系產(chǎn)生凝膠和粘度增加，另外水解聚合 后會產(chǎn)生大量甲醇?xì)埩粼隗w系中，會增加最終產(chǎn)品的V0C排放，并導(dǎo)致閃點(diǎn)下降，不利于環(huán) 保和安全。
[0003] 正硅酸乙酯是一種無色液體，主要用作防熱涂料、耐化學(xué)作用的涂料、有機(jī)合成中 間體，正硅酸乙酯的水解是溶膠一凝膠技術(shù)中應(yīng)用最廣的制備以Si02為基質(zhì)材料的玻璃、 陶瓷等新型材料的方法。溶膠一凝膠技術(shù)與傳統(tǒng)的使用熔融一冷卻法制備玻璃和陶瓷等材 料相比具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：（1)反應(yīng)溫度低，能確保各組份分子保持其物理、化學(xué)特性。 (2)反應(yīng)從溶液開始，確保各組份在分子狀態(tài)混合均勻，防止相分離。（3)化學(xué)計量準(zhǔn)確， 易于加工成型，易于改性、易于控制摻雜成分的種類和數(shù)量。（4)不涉及高溫反應(yīng)，所以副 反應(yīng)少，可制備高純度和高均勻度的材料。（5)工藝簡單、生產(chǎn)設(shè)備簡單，不需要昂貴設(shè) 備。由于溶膠一凝膠工藝獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)日益受到人們的重視，其應(yīng)用也十分廣泛。但溶膠一 凝膠技術(shù)的水解過程對制備出的材料性能有很大影響，特別是對正硅酸乙酯來說，如果控 制不好其水解過程，制備過程的材料極易破裂。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于：提供一種偶聯(lián)活性強(qiáng)、貯存穩(wěn)定性好、甲醇和乙醇含量低，以 解決現(xiàn)有N-丙基三甲氧基硅烷在水性體系中直接使用容易過早自聚交聯(lián)影響其活性問題 的N-丙基三甲氧基硅烷與正硅酸乙酯混合物水解液的制備方法。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是： 一種N-丙基三甲氧基硅烷與正硅酸乙酯混合物水解液的制備方法，其特征在于：它包 括如下步驟： (1)、在帶機(jī)械攪拌、球形回流冷凝管、溫度計和油浴加熱的玻璃四口反應(yīng)燒瓶中，定量 加入蒸餾水并升溫至20- 60°C，然后開啟攪拌，攪拌速度為80-300轉(zhuǎn)每分鐘。
[0006] (2)、在攪拌速度為每分鐘80-300轉(zhuǎn)的條件下，按4:6mol的摩爾比值，將外觀無色 透明的N-丙基三甲氧基硅烷與正硅酸乙酯混合物滴加到四口燒瓶中進(jìn)行水解反應(yīng)，滴加 時間控制為2 - 6小時。滴加完畢后，加熱升溫至60-80°C繼續(xù)反應(yīng)2 - 3小時，反應(yīng)完畢 后冷卻降溫至30°C以下。得N-丙基三甲氧基硅烷與正硅酸乙酯混合物水解液的一級粗品。
[0007] (3)、將步驟（2)反應(yīng)得到的一級粗品加入到帶有分餾塔、溫度計和油浴加熱的三 口燒瓶中，在常壓101. 3Kpa條件下，加熱將水解反應(yīng)產(chǎn)生的副產(chǎn)物甲醇與乙醇分餾出來， 當(dāng)塔頂溫度達(dá)到l〇〇°C時，表示甲醇與乙醇分餾完畢，此時停止加熱，通自來水降溫至30°C 以下，得N-丙基三甲氧基硅烷與正硅酸乙酯混合物水解液的二級粗品。
[0008] (4)、在二級粗品中加入質(zhì)量比為0. 5 - 1%的硅藻土，在10 - 30°C的溫度條件下 以80-300轉(zhuǎn)每分鐘的速度攪拌1小時，最后按常規(guī)方法進(jìn)行過濾得到無色透明液體，即本 發(fā)明N-丙基三甲氧基硅烷與正硅酸乙酯混合物水解液成品。
[0009] 所述的分餾塔為玻璃填料塔，玻璃填料塔長400mm，內(nèi)徑10mm，所裝填料為玻璃彈 簧填料。
[0010] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于： 本發(fā)明將N-丙基三甲氧基硅烷與正硅酸乙酯混合物（4:6mol)在一定條件下進(jìn)行充分 水解，使N-丙基三甲氧基硅烷分子中的大部分甲氧基水解成硅醇（Si-ΟΗ)，并抑制硅醇縮 聚成硅氧烷，避免了 N-丙基三甲氧基硅烷在水性體系中過早交聯(lián)，并通過分餾手段除去水 解產(chǎn)生的乙醇，得到一種偶聯(lián)活性強(qiáng)、貯存穩(wěn)定性好、使正硅酸乙酯分子中的大部分乙氧基 水解成硅醇。該產(chǎn)品可直接應(yīng)用于玻璃纖維增強(qiáng)、水性涂料增粘等水性體系中、增加親油材 料的親油性。
[0011]

【具體實(shí)施方式】： 實(shí)施例1 在帶機(jī)械攪拌、球形回流冷凝管、溫度計和油浴加熱的2000ml玻璃四口反應(yīng)燒瓶中， 加入1000g蒸餾水并升溫至20°C，然后開啟攪拌，攪拌速度為80轉(zhuǎn)每分鐘，在攪拌速度為 80轉(zhuǎn)每分鐘條件下，按4: 6mol的摩爾比值，將500g外觀無色透明的N-丙基三甲氧基硅烷 與正硅酸乙酯混合物滴加到四口燒瓶中進(jìn)行水解反應(yīng)，滴加時間控制為2小時。滴加完畢 后，加熱升溫至60°C繼續(xù)反應(yīng)2小時，反應(yīng)完畢后降溫至30°C以下，得N-丙基三甲氧基硅 烷與正硅酸乙酯混合物水解液的一級粗品。
[0012] 將反應(yīng)得到的一級粗品加入到帶分餾塔、溫度計和油浴加熱的2000ml三口燒瓶 中，分餾塔為玻璃填料塔，長400mm，內(nèi)徑10mm，所裝填料為玻璃彈簧填料。在常壓101. 3Kpa 條件下，加熱將水解反應(yīng)產(chǎn)生的副產(chǎn)物甲醇與乙醇分餾出來。
[0013] 當(dāng)塔頂溫度達(dá)到l〇〇°C (水的沸點(diǎn)）時，表示甲醇與乙醇分餾完畢，分餾共得到 450g甲醇與乙醇和水共沸物。分餾完畢后停止加熱，降溫至30°C以下得N-丙基三甲氧基 硅烷與正硅酸乙酯混合物水解液二級粗品。在二級粗品中加入l〇g質(zhì)量比為0. 5%的硅藻 土，在l〇°C的溫度條件下以80轉(zhuǎn)每分鐘的速度攪拌1小時，再經(jīng)常規(guī)過濾得到1050g無色 透明液體，即質(zhì)量比為50%的N-丙基三甲氧基硅烷與正硅酸乙酯混合物水解液成品。
[0014] 實(shí)施例2 在帶機(jī)械攪拌、球形回流冷凝管、溫度計和油浴加熱的2000ml玻璃四口反應(yīng)燒瓶中， 加入1000g蒸饋水并升溫至60°C，然后開啟攪拌，攪拌速度為300轉(zhuǎn)每分鐘。按4:6mol的 摩爾比值，在300轉(zhuǎn)每分鐘的攪拌條件下將400g外觀無色透明的N-丙基三甲氧基硅烷與 正硅酸乙酯混合物滴加到四口燒瓶中，滴加時間控制為6小時。滴加完畢后，加熱升溫至 80°C繼續(xù)反應(yīng)3小時，反應(yīng)完畢后降溫至30°C以下；得N-丙基三甲氧基硅烷與正硅酸乙酯 混合物水解液的一級粗品。
[0015] 將反應(yīng)得到的一級粗品加入到帶分餾塔、溫度計和油浴加熱的2000ml三口燒瓶 中，分餾塔為玻璃填料塔，長400mm，內(nèi)徑10mm，所裝填料為玻璃彈簧填料。在常壓101. 3Kpa條件下，加熱將水解反應(yīng)產(chǎn)生的副產(chǎn)物甲醇與乙醇分餾出來。
[0016] 當(dāng)塔頂溫度達(dá)到l〇〇°C (水的沸點(diǎn)）時，表示甲醇與乙醇分餾完畢，分餾共得到 380g甲醇與乙醇和水共沸物。分餾完畢后停止加熱，降溫至30°C以下，得N-丙基三甲氧基 硅烷與正硅酸乙酯混合物水解液二級粗品。在二級粗品中加入l〇g質(zhì)量比為0. 8%的硅藻 土，在30°C的溫度條件下以300轉(zhuǎn)每分鐘的速度攪拌1小時，再經(jīng)常規(guī)過濾得到1000g無色 透明液體，即質(zhì)量比為40%的N-丙基三甲氧基硅烷與正硅酸乙酯混合物水解液成品。
[0017] 實(shí)施例3: 在帶機(jī)械攪拌、球形回流冷凝管、溫度計和油浴加熱的2000ml玻璃四口反應(yīng)燒瓶中， 加入1000g蒸饋水并升溫至50°C，然后開啟攪拌，攪拌速度為200轉(zhuǎn)每分鐘。按4:6mol的 摩爾比值，將600g外觀無色透明的N-丙基三甲氧基硅烷與正硅酸乙酯混合物滴加到四口 燒瓶中，滴加時間控制為5小時。滴加完畢后，加熱升溫至70°C繼續(xù)反應(yīng)2小時，反應(yīng)完畢 后降溫至30°C以下，得N-丙基三甲氧基硅烷與正硅酸乙酯混合物水解液的一級粗品。
[0018] 將反應(yīng)得到的一級粗品加入到帶分餾塔、溫度計和油浴加熱的2000ml三口燒瓶 中，分餾塔為玻璃填料塔，長400mm，內(nèi)徑10mm，所裝填料為玻璃彈簧填料。在常壓101. 3Kpa 條件下，加熱將水解反應(yīng)產(chǎn)生的副產(chǎn)物甲醇與乙醇分餾出來。
[0019] 當(dāng)塔頂溫度達(dá)到l〇〇°C (水的沸點(diǎn)）時，表示甲醇與乙醇分餾完畢，分餾共得到 586g甲醇與乙醇和水共沸物。分餾完畢后停止加熱，降溫至30°C以下，得N-丙基三甲氧基 硅烷與正硅酸乙酯混合物水解液二級粗品。在二級粗品中加入加入l〇g質(zhì)量比為1%的硅藻 土，在25°C的溫度條件下以200轉(zhuǎn)每分鐘的速度攪拌1小時，最后進(jìn)行常規(guī)過濾得到1100g 無色透明液體，即質(zhì)量比為60%的N-丙基三甲氧基硅烷與正硅酸乙酯混合物水解液成品。
【權(quán)利要求】
1. 一種N-丙基三甲氧基硅烷與正硅酸乙酯混合物水解液的制備方法，其特征在于：它 包括如下步驟： (1) 、在帶機(jī)械攪拌、球形回流冷凝管、溫度計和油浴加熱的玻璃四口反應(yīng)燒瓶中，定量 加入蒸餾水并升溫至20- 60°C，然后開啟攪拌，攪拌速度為80-300轉(zhuǎn)每分鐘； (2) 、在攪拌速度為每分鐘80-300轉(zhuǎn)的條件下，按4:6mol的摩爾比值，將外觀無色透明 的N-丙基三甲氧基硅烷與正硅酸乙酯混合物滴加到四口燒瓶中進(jìn)行水解反應(yīng)，滴加時間 控制為2 - 6小時；滴加完畢后，加熱升溫至60-80°C繼續(xù)反應(yīng)2 - 3小時，反應(yīng)完畢后冷 卻降溫至30°C以下；得N-丙基三甲氧基硅烷與正硅酸乙酯混合物水解液的一級粗品； (3) 、將步驟（2)反應(yīng)得到的一級粗品加入到帶有分餾塔、溫度計和油浴加熱的三口 燒瓶中，在常壓101. 3Kpa條件下，加熱將水解反應(yīng)產(chǎn)生的副產(chǎn)物甲醇與乙醇分餾出來，當(dāng) 塔頂溫度達(dá)到l〇〇°C時，表示甲醇與乙醇分餾完畢，此時停止加熱，通自來水降溫至30°C以 下，得N-丙基三甲氧基硅烷與正硅酸乙酯混合物水解液的二級粗品； (4) 、在二級粗品中加入質(zhì)量比為0. 5 - 1%的硅藻土，在10 - 30°C的溫度條件下以 80-300轉(zhuǎn)每分鐘的速度攪拌1小時，最后按常規(guī)方法進(jìn)行過濾得到無色透明液體，即本發(fā) 明N-丙基三甲氧基硅烷與正硅酸乙酯混合物水解液成品。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種N-丙基三甲氧基硅烷與正硅酸乙酯混合物水解液的制 備方法，其特征在于：所述的分饋塔為玻璃填料塔，玻璃填料塔長400mm，內(nèi)徑10mm，所裝填 料為玻璃彈簧填料。
【文檔編號】C07C31/08GK104151605SQ201410363039
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月29日
【發(fā)明者】吳兵兵, 劉明鋒, 阮少陽, 甘俊, 陳圣云, 甘書官 申請人:荊州市江漢精細(xì)化工有限公司