一種無(wú)voc排放的硅烷偶聯(lián)劑及其合成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種無(wú)VOC排放的硅烷偶聯(lián)劑及其合成方法，屬精細(xì)化工技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 硅烷偶聯(lián)劑廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)，如：涂料，橡膠，塑料，油漆，機(jī)械，電子等領(lǐng)域，有 工業(yè)味精之稱。硅烷偶聯(lián)劑是分子中含有兩種不同化學(xué)性質(zhì)基團(tuán)的有機(jī)硅化合物，通式一 般可用YSiX3表示，其中，Y為非水解活性基團(tuán)，X為可水解基團(tuán)，在使用過(guò)程中，X基團(tuán)發(fā) 生水解反應(yīng)，生成Si-OH，同時(shí)生成低分子的HX揮發(fā)性物質(zhì)，方程式為： YSiX3 +H2OYSi(OH)3 + 3HX 其中YSi(011)3中Y基團(tuán)和OH基團(tuán)分別與不同基材連接達(dá)到偶聯(lián)效果；而HX為副產(chǎn) 物，一般為甲醇，乙醇，丙醇，異丙醇，乙酸等低沸點(diǎn)物質(zhì)。這些在偶聯(lián)劑使用之后產(chǎn)生了大 量的低沸點(diǎn)物質(zhì)，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生了污染。隨著人類對(duì)環(huán)境保護(hù)力度的加強(qiáng)，美國(guó)，歐盟和中國(guó) 的國(guó)家組織和企業(yè)先后對(duì)揮發(fā)性物質(zhì)（VOC)作出了定義和標(biāo)準(zhǔn)，如美國(guó)的ASTMd3960-98， 美國(guó)聯(lián)邦環(huán)保署EPA，世界衛(wèi)生組織WHO,中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T18883-2002和巴斯夫公司 等。按此定義和分類，硅烷偶聯(lián)劑使用產(chǎn)生的低沸點(diǎn)物質(zhì)全部屬于揮發(fā)性物質(zhì)（V0C)，都會(huì) 對(duì)環(huán)境造成污染。近年來(lái)，隨著人們生活水平的提高，對(duì)環(huán)境要求也越來(lái)越高，特別是與人 們生活息息相關(guān)的工業(yè)品，如汽車，裝修房子用的涂料和油漆，電子產(chǎn)品，衣服等都要求無(wú) 氣味無(wú)污染。美國(guó)和歐盟對(duì)某些工業(yè)品的VOC排放作出了規(guī)定和限制，這就要求作為工業(yè) 味精的硅烷偶聯(lián)劑低VOC排放或無(wú)VOC排放。
[0003] 無(wú)VOC排放的硅烷偶聯(lián)劑的合成方法，國(guó)內(nèi)還沒有相關(guān)的報(bào)道，國(guó)外相關(guān)的報(bào)道 也很少。從分子結(jié)構(gòu)上看，合成這種無(wú)VOC排放的偶聯(lián)劑也可以用含活性基團(tuán)的硅烷偶聯(lián) 劑和六甲基二硅氧烷催化制得，但該合成路徑需要催化劑，且副反應(yīng)多，原料成本高，工藝 復(fù)雜，即不經(jīng)濟(jì)也不環(huán)保。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于：提供一種具有產(chǎn)品含量高，能耗低，環(huán)境污染小，工藝設(shè)備簡(jiǎn) 單等特點(diǎn)，適合工業(yè)化生產(chǎn)，應(yīng)用前景十分廣闊；且在使用過(guò)程中不需水解可直接交粘固 化，不產(chǎn)生氣泡和低沸點(diǎn)物質(zhì)的無(wú)VOC排放的硅烷偶聯(lián)劑及其合成方法。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是： 一種無(wú)VOC排放的娃燒偶聯(lián)劑，其特征在于：無(wú)VOC排放的娃 烷偶聯(lián)劑的結(jié)構(gòu)式為： R1 (CH2)nR2fflSi(OSiR33)3-ffl, 其中11為0~8;m為 0~2 ; R1為活性基團(tuán)，如氣基、燒基氣基、脈基、氛基、 硫氛基、疏基、丙稀醜氧基、甲基丙稀醜氧基、乙稀基、環(huán)氧燒氧基、乙醜氧基； R2為CnH(2n+1)，其中 11為0~8; R3為CH3或CH2CH3。
[0006] 上述無(wú)VOC排放的硅烷偶聯(lián)劑的化學(xué)反應(yīng)方程式為： R1(CH2)nR2fflSiR3^ffl +ClSiR33 +H2O- R1 (CH2)nR2mSi(OSiR33)3_m +HCl 其中n為(T8;m為 0~2 ; R1為活性基團(tuán)，如氣基、燒基氣基、脈基、氛基、 硫氛基、疏基、丙稀醜氧基、甲基丙稀醜氧基、乙稀基、環(huán)氧燒氧基、乙醜氧基； R2為CnH(2n+1)，其中 11為0~8; R3為CH3或CH2CH3。
[0007] 上述無(wú)VOC排放的硅烷偶聯(lián)劑的合成方法，其特征在于：它包括以下步驟： 1) 、將含有活性基團(tuán)的硅烷偶聯(lián)劑和三烷基氯硅烷按1:1.I(3_m)~l:2 (3-m)，m為 〇~2的摩爾投料比投入到反應(yīng)器中； 2) 、投料完成后，在60~120轉(zhuǎn)/分的攪拌速度下滴加1 :1的甲醇水溶液進(jìn)行冷水浴反 應(yīng)，冷水浴反應(yīng)為30~40°C,甲醇水溶液的滴加時(shí)間為5~6小時(shí)，甲醇水溶液的滴加量為含 有活性基團(tuán)的硅烷偶聯(lián)劑和三烷基氯硅烷的投料總重量的〇. 3~0. 8%， 3) 、甲醇水溶液滴加完成后在30~40°C條件下繼續(xù)攪拌老化反應(yīng)18小時(shí)， 4) 、老化反應(yīng)完成后，將反應(yīng)器里的物料導(dǎo)入至錐型容器內(nèi)靜止分層1小時(shí)，上層即為 無(wú)VOC排放的硅烷偶聯(lián)劑粗品，下層為工業(yè)鹽酸水溶液。
[0008] 5)、將上層粗品在每次5-10分鐘的條件下，通過(guò)洗滌水洗滌2~5次，然后通過(guò)無(wú)機(jī) 堿中和至PH值為中性，再通過(guò)干燥劑干燥8~12小時(shí)后，在真空度大于-0. 098Mpa;蒸餾釜 溫小于120°C，蒸餾時(shí)間為4~8小時(shí)的條件下，過(guò)濾和真空拔出低沸物后得到無(wú)VOC排放的 硅烷偶聯(lián)劑成品。
[0009] 所述的無(wú)機(jī)堿為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸氫鈉、碳酸 氫鉀中的一種，優(yōu)選氫氧化鈉。
[0010] 所述的干燥劑為無(wú)水硫酸鈉、無(wú)水硫酸鎂、無(wú)水氯化鈣、分子篩，優(yōu)先選擇無(wú)水硫 酸鈉。干燥劑用量為1%-3%。
[0011] 本發(fā)明與常用硅烷偶聯(lián)劑的VOC排放量相比，其結(jié)果如下：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種無(wú) VOC排放的硅烷偶聯(lián)劑，其特征在于：無(wú) VOC排放的硅烷偶聯(lián)劑的結(jié)構(gòu)式為： R1 (CH2)n R2mSi (0SiR33)3_m， 其中11為0~8; m 為 0~2 ; R1為活性基團(tuán)，如氣基、燒基氣基、脈基、氛基、 硫氛基、疏基、丙稀醜氧基、甲基丙稀醜氧基、乙稀基、環(huán)氧燒氧基、乙醜氧基； R2為 CnH(2n+1)，其中 11為0~8; R3為 CH 3或 CH2CH3; 上述無(wú) VOC排放的硅烷偶聯(lián)劑的化學(xué)反應(yīng)方程式為： R1(CH2)nR2fflSiR3^ ffl + ClSiR33 + H2O-R1 (CH2)n R2mSi (OSiR33) 3_m + HCl 其中η為(Γ8; m 為 0~2 ; R1為活性基團(tuán)，如氣基、燒基氣基、脈基、氛基、 硫氛基、疏基、丙稀醜氧基、甲基丙稀醜氧基、乙稀基、環(huán)氧燒氧基、乙醜氧基； R2為 CnH(2n+1)，其中 11為0~8; R3為 CH 3或 CH2CH3。
2. -種無(wú) VOC排放的硅烷偶聯(lián)劑的合成方法，其特征在于：它包括以下步驟： 1) 、將含有活性基團(tuán)的硅烷偶聯(lián)劑和三烷基氯硅烷按I :1. I (3-m)~2 (3-m)，m為0~2， 的摩爾投料比投入到反應(yīng)器中； 2) 、投料完成后，在60~120轉(zhuǎn)/分的攪拌速度下滴加1 :1的甲醇水溶液進(jìn)行冷水浴反 應(yīng)，冷水浴反應(yīng)為30~40°C,甲醇水溶液的滴加時(shí)間為5~6小時(shí)，甲醇水溶液的滴加量為含 有活性基團(tuán)的硅烷偶聯(lián)劑和三烷基氯硅烷的投料總重量的〇. 3~0. 8% ; 3) 、甲醇水溶液滴加完成后在30~40°C條件下繼續(xù)攪拌老化反應(yīng)18小時(shí)； 4) 、老化反應(yīng)完成后，將反應(yīng)器里的物料導(dǎo)入至錐型容器內(nèi)靜止分層1小時(shí)，上層即為 無(wú) VOC排放的硅烷偶聯(lián)劑粗品，下層為工業(yè)鹽酸水溶液； 5) 、將上層粗品在每次5~10分鐘的條件下，通過(guò)洗滌水洗滌2~5次，然后通過(guò)無(wú)機(jī)堿中 和至PH值為中性，再通過(guò)干燥劑干燥8~12小時(shí)后，在真空度大于-0. 098Mpa ;蒸餾釜溫小 于120°C，蒸餾時(shí)間為4~8小時(shí)的條件下，過(guò)濾和真空拔出低沸物后得到無(wú) VOC排放的硅烷 偶聯(lián)劑成品。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種無(wú) VOC排放的硅烷偶聯(lián)劑的合成方法，其特征在于：所 述的無(wú)機(jī)堿為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸氫鈉、碳酸氫鉀中的一 種，優(yōu)選氫氧化鈉。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種無(wú) VOC排放的硅烷偶聯(lián)劑的合成方法，其特征在于：所 述的干燥劑為無(wú)水硫酸鈉、無(wú)水硫酸鎂、無(wú)水氯化鈣、分子篩，優(yōu)先選擇無(wú)水硫酸鈉；干燥劑 用量為1%~3%。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種無(wú)VOC排放的硅烷偶聯(lián)劑及其合成方法,屬精細(xì)化工技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明是將含有活性基團(tuán)的硅烷偶聯(lián)劑和三烷基氯硅烷按比例投入到反應(yīng)器中，攪拌下滴加甲醇水溶液進(jìn)行冷水浴反應(yīng)，然后將反應(yīng)器里的物料導(dǎo)入錐型容器靜止分層，上層為粗品，上層粗品經(jīng)洗滌、中和、干燥真空拔出低沸物后得到無(wú)VOC排放。本發(fā)明的硅烷偶聯(lián)劑產(chǎn)品含量高，能耗低，環(huán)境污染小，適合工業(yè)化生產(chǎn)，應(yīng)用前景十分廣闊；且在使用過(guò)程中不需水解可直接交粘固化，不產(chǎn)生氣泡和低沸點(diǎn)物質(zhì)。
【IPC分類】C07F7-10, C07F7-08
【公開號(hào)】CN104610337
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510040399
【發(fā)明人】胡江華, 甘俊, 劉明鋒, 秦傳俊, 陳圣云, 甘書官
【申請(qǐng)人】荊州市江漢精細(xì)化工有限公司
【公開日】2015年5月13日
【申請(qǐng)日】2015年1月27日