本發明屬于有機硅功能材料制備,具體涉及復合硅烷的一體化合成技術,尤其涉及一種雙?-(γ-?三乙氧基硅丙基)?四硫化物-氯甲基苯乙基三乙氧基硅烷混合硅烷的一體化制備方法,適用于高端復合材料、特種橡膠、高性能膠粘劑等領域所需核心改性硅烷的工業化生產。
背景技術:
1、雙-[γ-(三乙氧基硅)丙基]?四硫化物(si69)可強化材料界面粘結力,提升耐磨性、抗撕裂性等力學性能;氯甲基苯乙基三乙氧基硅烷憑借芳環結構賦予材料剛性、耐高溫與耐化學腐蝕性,其芐位氯作為活性位點還能實現后續功能化接枝,拓展定制化改性潛力。二者復配融合多重核心性能,實現?“1+1>2”?的改性效果,是高端復合材料、特種橡膠等領域的主流選擇。
2、目前該混合硅烷的制備存在顯著技術缺陷,行業內尚無適配的一體化制備工藝:主流工藝為分別合成?si69?與氯甲基苯乙基三乙氧基硅烷后再物理復配,不僅產物均一性差,雙組分協同改性效果大打折扣,還需兩套獨立生產裝置,設備與能耗成本高;少數工藝嘗試以氯丙基三乙氧基硅烷?-?氯甲基苯乙基三乙氧基硅烷混合物直接硫化的一步法制備,但因反應環境調控不當,強堿性、高溫等條件易破壞氯甲基苯乙基三乙氧基硅烷的功能基團,使其喪失核心價值;同時?si69?合成與氯甲基苯乙基三乙氧基硅烷功能保留的條件匹配性差,現有技術無法兼顧二者需求,導致該混合硅烷的制備存在技術空白,下游高端材料的復合改性需求難以滿足。
3、因此,開發一種可一步實現?si69?高效合成、氯甲基苯乙基三乙氧基硅烷功能完整保留,且產物均一性佳的混合硅烷一體化制備工藝,成為行業亟待解決的技術難題。
技術實現思路
1、本發明旨在攻克?si69?-?氯甲基苯乙基三乙氧基硅烷混合硅烷制備的核心技術痛點:傳統復配法產物均一性差、生產成本高,一步硫化法易破壞氯甲基苯乙基三乙氧基硅烷功能基團,且行業尚無適配的一體化工藝,無法兼顧?si69?合成與該硅烷的結構保護,存在制備技術空白,難以滿足下游高端材料對混合硅烷均一性、功能性及協同改性的核心需求。
2、所采用的技術方案:
3、本發明提供了一種?si69?-?氯甲基苯乙基三乙氧基硅烷混合硅烷的一體化制備方法,以氯丙基三乙氧基硅烷?-?氯甲基苯乙基三乙氧基硅烷混合物為原料,全程圍繞氯甲基苯乙基三乙氧基硅烷功能保留設計反應體系與工藝參數,通過縮短硫化鈉合成工序耗時提升整體生產效率,依次經硫化鈉合成、多硫化鈉原位制備、磷酸鹽緩沖體系下選擇性硫化及產物均化四步核心工序制得目標混合硅烷;具體步驟如下:(1)25~30wt%硫化鈉溶液制備:將硫氫化鈉溶液與氫氧化鈉溶液混合進行反應,獲得硫化鈉溶液;
4、(2)多硫化鈉溶液制備:在步驟(1)獲得的硫化鈉溶液中加入硫磺粉反應,得到以四硫化鈉為主、雜質<0.5%?的多硫化鈉溶液;
5、(3)選擇性硫化及產物均化:在反應釜中加入步驟(2)獲得的多硫化鈉溶液、磷酸氫二鈉-磷酸二氫鈉磷酸鹽緩沖液、氯丙基三乙氧基硅烷-氯甲基苯乙基三乙氧基硅烷混合物以及相轉移催化劑進行選擇性硫化反應,通過磷酸鹽緩沖液將反應體系?ph?精準穩定在7.5~8.5,實現氯丙基三乙氧基硅烷與多硫化鈉的定向親核取代反應生成?si69,氯甲基苯乙基三乙氧基硅烷因空間位阻效應及溫和的反應環境,芐位氯活性基團與芳環?-?si?鍵均不參與反應,結構與功能完整保留;最后將反應產物經靜態混合器?300~500r/min?攪拌?15~20min,充分均化后得到目標產物,即組分均勻的?si69?-?氯甲基苯乙基三乙氧基硅烷混合硅烷。
6、進一步地,步驟(1)中硫氫化鈉溶液與氫氧化鈉溶液的摩爾比為1:1~1.05。
7、更進一步地,硫氫化鈉溶液的質量濃度為45wt%,氫氧化鈉溶液的質量濃度為48wt%。
8、進一步地,步驟(1)中反應溫度為70~90℃,反應時間為0.5~1.0h。
9、進一步地,步驟(2)中硫化鈉溶液與硫磺粉的摩爾比為1:3.1。
10、更進一步地,硫磺粉的粒度為100~200目。
11、進一步地,步驟(2)中反應溫度為50~60℃,反應壓力為0.03~0.05mpa?,反應時間40~60min。
12、進一步地,步驟(3)中多硫化鈉溶液與磷酸氫二鈉-磷酸二氫鈉磷酸鹽緩沖液、氯丙基三乙氧基硅烷-氯甲基苯乙基三乙氧基硅烷混合物的摩爾比?1:0.8~1.2:2.1,相轉移催化劑的質量占原料總質量的2~3%,相轉移催化劑為聚乙二醇?-?400、二氧化硅負載型季銨鹽或四丁基溴化銨。
13、更進一步地,磷酸氫二鈉-磷酸二氫鈉磷酸鹽緩沖液的質量濃度為5~8wt%,其中磷酸氫二鈉與磷酸二氫鈉磷酸鹽的質量比為?4.9~5:1;氯丙基三乙氧基硅烷-氯甲基苯乙基三乙氧基硅烷混合物中氯丙基三乙氧基硅烷與氯甲基苯乙基三乙氧基硅烷的質量比為7~9:3~1。
14、進一步地,步驟(3)中選擇性硫化反應的溫度為80~90℃,時間為2.0~3.0h;靜態混合器的轉速為300~500r/min?,充分均化的時間為15~20min。
15、本發明的有益效果:
16、本發明制得的硫化鈉純度≥99.0%,采用特定配比磷酸鹽緩沖體系,將反應?ph?精準穩定在?7.5~8.5(波動?±0.2?以內),實現氯丙基反應率≥98.5%、si69?收率≥95.5%?且純度≥99.2%,同時氯甲基苯乙基三乙氧基硅烷芐位氯保留率≥99.5%、芳環?-?si?鍵完整率?100%。創新采用一步法一體化制備替代傳統復配工藝,產物總雜質含量<0.6%,設備投入成本降低、整體生產效率提升。
1.一種雙-[γ-(三乙氧基硅)丙基]?四硫化物-?氯甲基苯乙基三乙氧基硅烷混合硅烷的一體化制備方法,其特征在于,包括以下步驟:
2.根據權利要求1所述的一體化制備方法,其特征在于,步驟(1)中硫氫化鈉溶液與氫氧化鈉溶液的摩爾比為1:1~1.05。
3.根據權利要求2所述的一體化制備方法,其特征在于,硫氫化鈉溶液的質量濃度為45wt%,氫氧化鈉溶液的質量濃度為48wt%。
4.根據權利要求1所述的一體化制備方法,其特征在于,步驟(1)中反應溫度為70~90℃,反應時間為0.5~1.0h。
5.根據權利要求1所述的一體化制備方法,其特征在于,步驟(2)中硫化鈉溶液與硫磺粉的摩爾比為1:3.1。
6.根據權利要求5所述的一體化制備方法,其特征在于,硫磺粉的粒度為100~200目。
7.根據權利要求1所述的一體化制備方法,其特征在于,步驟(2)中反應溫度為50~60℃,反應壓力為0.03~0.05mpa?,反應時間?40~60min。
8.根據權利要求1所述的一體化制備方法,其特征在于,步驟(3)中多硫化鈉溶液與磷酸氫二鈉-磷酸二氫鈉磷酸鹽緩沖液、氯丙基三乙氧基硅烷-氯甲基苯乙基三乙氧基硅烷混合物的摩爾比?1:0.8~1.2:2.1,相轉移催化劑的質量占原料總質量的2~3%,相轉移催化劑為聚乙二醇?-?400、二氧化硅負載型季銨鹽或四丁基溴化銨。
9.根據權利要求8所述的一體化制備方法,其特征在于,磷酸氫二鈉-磷酸二氫鈉磷酸鹽緩沖液的質量濃度為5~8wt%,其中磷酸氫二鈉與磷酸二氫鈉磷酸鹽的質量比為?4.9~5:1;氯丙基三乙氧基硅烷-氯甲基苯乙基三乙氧基硅烷混合物中氯丙基三乙氧基硅烷與氯甲基苯乙基三乙氧基硅烷的質量比為7~9:3~1。
10.根據權利要求1所述的一體化制備方法,其特征在于,步驟(3)中選擇性硫化反應的溫度為80~90℃,時間為2.0~3.0h;靜態混合器的轉速為300~500r/min?,充分均化的時間為15~20min。