CN109824714A - 一种环硅氮氨基硅烷的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种环硅氮氨基硅烷的合成方法,属精细化工技术领域。本发明是将氨基硅烷在金属和碱双催化剂作用下，在65～80℃下搅拌反应3～4小时，然后蒸馏得到环硅氮氨基硅烷产品。该合成方法产品产率高，含量高，工艺设备简单，催化剂可回收循环使用，副产物可作其它工业用途，安全环保。
Description
技术领域
本发明涉及一种环硅氮氨基硅烷的合成方法,属精细化工技术领域。
背景技术
氨基硅烷是硅烷偶联剂产品中应用最广泛的品种之一，广泛应用于环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺等产品中，还可用于合成氨基改性硅油作织物柔软整理剂、抛光剂、涂料、化妆品助剂、及有机树脂改性等，以及用于室温硫化硅橡胶的交联剂及增粘剂等。氨基硅烷在使用过程中，有机官能团与应用体系的有机材料如树脂、弹性体等的活性基团产生反应性冲突，从而限定了其使用范围及使用效果。氨基硅烷本身是一种优良的粘接促进剂，在很大领域里广泛使用，如玻纤的表面处理、工程塑料的改性、涂料的附着力促进剂、胶粘剂及密封胶的粘接促进剂等，但在单组分环氧树脂涂料中，由于氨基与环氧会发生反应，因此不能直接添加，只能作为底涂或以双组分形式添加使用，导致使用过程复杂、性能下降。而且，氨基硅烷其碱性特性致使某些体系如RTV-1醇型胶、呋喃树脂的稳定性下降，储存周期变短。为了解决这些问题，可以将氨基硅烷的氨基官能团环化，形成环硅氮氨基硅烷，再添加到这些体系中，在水、醇等条件下，环硅氮氨基硅烷开环，氨基官能团重现，发挥原有作用。但环硅氮氨基硅烷目前工业产品是采用氯烷基二烷氧基氯硅烷和氨类物质如液氨、乙二胺、苯胺、丁胺等在一定条件下进行氨化反应，副反应多，副产物氨盐也多，环硅氮氨基硅烷有效含量只有30%-50%，限制了环硅氮氨基硅烷市场应用及销售。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种具有产品产率高，含量高，能耗低，工艺设备简单，生产成本低等特点，且安全环保的环硅氮氨基硅烷的合成方法。
本发明的技术方案是：
一种环硅氮氨基硅烷的合成方法,其特征在于：它包括以下步骤：
1）、将氨基硅烷投入到反应容器中，加入所投氨基硅烷重量的0.05%～0.1%过渡金属催化剂；再加入所投氨基硅烷重量的10ppm～100ppm碱催化剂；
2）、投料完成后，在120～150转/分的搅拌速度下升温到65～80℃，然后保温反应3～4小时后，得环硅氮氨基硅烷粗品；
3）、将环硅氮氨基硅烷粗品通过蒸馏装置，在-0.01MPa压力下蒸馏，得到环硅氮氨基硅烷产品；
所述的氨基硅烷为氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550）或氨乙基-氨丙基三甲氧基硅烷（KH-792）。
所述的过渡金属催化剂为镍粉或锌粉。
所述的碱催化剂为甲醇钠或乙醇钠。
所述合成的环硅氮氨基硅烷的结构式为:
本发明的有益效果在于：
1.金属催化剂和碱催化剂使用量小，过滤后可回收循环使用。
2.合成产生的副产物为甲醇或乙醇和硅烷聚合物，甲醇或乙醇可作其它工业用途，安全环保。
3.反应设备简单，采用双催化缩合工艺，环硅氮氨基硅烷产品含量和产品收率都很高。
4.氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550）和氨乙基-氨丙基三甲氧基硅烷（KH-792）这两种氨基硅烷原料易得。
5.根据氨基硅烷原料性质加入对应的甲醇钠或乙醇钠碱催化剂，避免带入其它杂质，保证了产品纯度。
具体实施方案
实施例1
在1L三口烧瓶中加入2.0mol（442.7克）氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550），加入0.3克镍粉和0.02克乙醇钠，投料完成后，打开搅拌，搅拌转速为150转/分，将釜温升到75℃保温反应3小时，然后取烧瓶内粗品溶液用气相色谱检测含量，氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550）含量为1.35%，环硅氮氨基硅烷含量为78.16%，乙醇含量为20.49%。
将反应装置改为蒸馏装置，采用-20℃盐水冷凝，在-0.01MPa压力下蒸馏，得到90.7克乙醇和338.4克环硅氮氨基硅烷,瓶内还余13.9克含催化剂的物料，该物料冷却过滤得到0.4克催化剂和13.5克硅烷聚合物。乙醇和硅烷聚合物可作其它工业用途，催化剂可回收循环使用。
用气相色谱检测环硅氮氨基硅烷含量为99.4%,环硅氮氨基硅烷产品摩尔收率为96.5%。
实施例2
在1L三口烧瓶中加入2.0mol（442.7克）氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550），加入0.3克镍粉和0.02克乙醇钠，投料完成后，打开搅拌，搅拌转速为150转/分，将釜温升到75℃保温反应3小时，然后取烧瓶内粗品溶液用气相色谱检测含量，氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550）含量为1.41%，环硅氮氨基硅烷含量为78.13%，乙醇含量为20.46%。
将反应装置改为蒸馏装置，采用-20℃盐水冷凝，在-0.01MPa压力下蒸馏，得到90.5克乙醇和338.2克环硅氮氨基硅烷,瓶内还余14.3克含催化剂的物料，该物料冷却过滤得到0.5克催化剂和13.8克硅烷聚合物。乙醇和硅烷聚合物可作其它工业用途，催化剂可回收循环使用。
用气相色谱检测环硅氮氨基硅烷含量为99.5%,环硅氮氨基硅烷产品摩尔收率为96.4%。
实施例3
在1L三口烧瓶中加入2.0mol（442.7克）氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550），加入0.4克实施例1过滤得到的催化剂，投料完成后，打开搅拌，搅拌转速为150转/分，将釜温升到75℃保温反应3小时，然后取烧瓶内粗品溶液用气相色谱检测含量，氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550）含量为1.38%，环硅氮氨基硅烷含量为78.15%，乙醇含量为20.47%。
将反应装置改为蒸馏装置，采用-20℃盐水冷凝，在-0.01MPa压力下蒸馏，得到90.4克乙醇和338.9克环硅氮氨基硅烷,瓶内还余13.8克含催化剂的物料，该物料冷却过滤得到0.4克催化剂和13.4克硅烷聚合物。乙醇和硅烷聚合物可作其它工业用途，催化剂可回收循环使用。
用气相色谱检测环硅氮氨基硅烷含量为99.5%,环硅氮氨基硅烷产品摩尔收率为96.6%。
实施例4
在3L三口烧瓶中加入10.0mol（2213.7克）氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550），加入2.0克锌粉和0.2克乙醇钠，投料完成后，打开搅拌，搅拌转速为150转/分，将釜温升到75℃保温反应3小时，然后取烧瓶内粗品溶液用气相色谱检测含量，氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550）含量为1.21%，环硅氮氨基硅烷含量为78.33%，乙醇含量为20.46%。
将反应装置改为蒸馏装置，采用-20℃盐水冷凝，在-0.01MPa压力下蒸馏，得到454.2克乙醇和1699.6克环硅氮氨基硅烷,瓶内还余62.1克含催化剂的物料，该物料冷却过滤得到3.3克催化剂和58.8克硅烷聚合物。乙醇和硅烷聚合物可作其它工业用途，催化剂可回收循环使用。
用气相色谱检测环硅氮氨基硅烷含量为99.6%,环硅氮氨基硅烷产品摩尔收率为96.9%。
实施例5
在3L三口烧瓶中加入10.0mol（2223.6克）氨乙基-氨丙基三甲氧基硅烷（KH-792），加入2.0克锌粉和0.2克甲醇钠，投料完成后，打开搅拌，搅拌转速为150转/分，将釜温升到65℃保温反应3小时，然后取烧瓶内粗品溶液用气相色谱检测含量，氨乙基-氨丙基三甲氧基硅烷（KH-792）含量为0.84%，环硅氮氨基硅烷含量为85.05%，甲醇含量为14.11%。
将反应装置改为蒸馏装置，采用-20℃盐水冷凝，在-0.01MPa压力下蒸馏，得到316.4克甲醇和1859.2克环硅氮氨基硅烷,瓶内还余50.2克含催化剂的物料，该物料冷却过滤得到3.1克催化剂和47.1克硅烷聚合物。甲醇和硅烷聚合物可作其它工业用途，催化剂可回收循环使用。
用气相色谱检测环硅氮氨基硅烷含量为99.5%,环硅氮氨基硅烷产品摩尔收率为97.6%。
对比实施例1
在1L三口烧瓶中加入2.0mol（442.7克）氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550），加入0.3克镍粉，投料完成后，打开搅拌，搅拌转速为150转/分，将釜温升到75℃保温反应3小时，然后取烧瓶内粗品溶液用气相色谱检测含量，氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550）含量为54.26%，环硅氮氨基硅烷含量为36.22%，乙醇含量为9.52%；继续保温反应4小时，然后取烧瓶内粗品溶液用气相色谱检测含量，氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550）含量为38.67%，环硅氮氨基硅烷含量为48.57%，乙醇含量为12.76%；
对比实施例2
在1L三口烧瓶中加入2.0mol（442.7克）氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550），加入0.02克乙醇钠，投料完成后，打开搅拌，搅拌转速为150转/分，将釜温升到75℃保温反应3小时，然后取烧瓶内粗品溶液用气相色谱检测含量，氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550）含量为91.46%，环硅氮氨基硅烷含量为6.76%，乙醇含量为1.78%；继续保温反应4小时，然后取烧瓶内粗品溶液用气相色谱检测含量，氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550）含量为82.62%，环硅氮氨基硅烷含量为13.76%，乙醇含量为3.62%。
Claims (1)
1.一种环硅氮氨基硅烷的合成方法,其特征在于：它包括以下步骤：
1）、将氨基硅烷投入到反应容器中，加入所投氨基硅烷重量的0.05%～0.1%过渡金属催化剂；再加入所投氨基硅烷重量的10ppm～100ppm碱催化剂；
2）、投料完成后，在120～150转/分的搅拌速度下升温到65～80℃，然后保温反应3～4小时后，得环硅氮氨基硅烷粗品；
3）、将环硅氮氨基硅烷粗品通过蒸馏装置，在-0.01MPa压力下蒸馏，得到环硅氮氨基硅烷产品；
所述的氨基硅烷为氨丙基三乙氧基硅烷或氨乙基-氨丙基三甲氧基硅烷；
所述的过渡金属催化剂优选镍粉或锌粉；
所述的碱催化剂为甲醇钠或乙醇钠。
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| WO2016094186A1 (en) * | 2014-12-10 | 2016-06-16 | Gelest Technologies, Inc. | High speed moisture-cure hybrid siloxane/silsesquioxane-urethane and siloxane/silsesquioxane-epoxy systems with adhesive properties |
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