專利名稱：一種新型異丁基三乙氧基硅烷的制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于防腐材料領域，具體涉及一種新型異丁基三乙氧基硅烷的制備方法。
背景技術：
異丁基三乙氧基硅烷又稱三乙氧基異丁基硅烷，是多種硅烷偶聯(lián)劑生產過程中的重要中間體，還可以作為混凝土防腐硅烷浸漬劑，在混凝土長期保護并防止氯離子侵蝕方面，異丁基三乙氧基硅烷處理是最經濟的手段之一，其合理使用壽命大于30年?，F(xiàn)有技術中，異丁基三乙氧基硅烷的制備方法一般是以異丁基三氯硅烷為原料與乙醇在80 100°C、0. 03MPa下發(fā)生酯化反應得到，其反應式為CH3CH (CH3) CH2SiCl3+CH3CH20H — CH3CH (CH3) CH2Si (OCH2CH3) 3+3HCl反應過程中乙醇分批加入，反應時間約為6小時，反應后在0. 03MPa下回流3小時左右，總的反應時間約為10小時以上；最后將粗產品經過中和劑乙醇鈉中和后，打入精餾塔進行精餾，制得異丁基三乙氧基硅烷。而原料異丁基三氯硅烷是由三氯硅烷和異丁烯在催化劑作用下通過硅氫加成反應合成得到，具有實際意義的催化劑主要有氯鉬酸和其它均相鉬絡合物催化劑。此工藝需要在恒溫、恒定真空度的工藝條件下進行酯化反應，反應周期長，能耗高，初產品中含有較多的氯化氫，需要使用價格比較昂貴的乙醇鈉來中和HC1，致使異丁基三乙氧基硅烷的生產成本高昂。針對中和劑乙醇鈉價格昂貴的缺點，美國專利US 6150551介紹了一種使用氨氣做為中和劑來制備不含氯化物或者含微量(低于IOppm)氯化物的烷基硅氧烷的制備方法， 將氯硅烷與乙醇在無水和無溶劑條件下進行酯化反應得到含HCl的反應混合物，在10°C 50°C下加入氨氣使HCl變成氯化氨，分離出氯化氨后得到的混合物經蒸餾得到不含氯化物或者含微量(低于IOppm)氯化物的烷基硅氧烷。如上所述，傳統(tǒng)的異丁基三乙氧基硅烷的制備生產方法存在反應周期長、催化劑價格昂貴、生產能耗高，導致生產成本高昂的缺點。目前國內外的專利文獻中對異丁基三乙氧基硅烷新型的制備方法的報道較少見。

發(fā)明內容
針對現(xiàn)有技術中存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種新型的異丁基三乙氧基硅烷的制備方法，該方法工藝簡單、低成本的、高產率。為達到以上目的，本發(fā)明采用的技術方案是一種異丁基三乙氧基硅烷的制備方法，包括如下步驟和工藝條件第一步、以質量份數計，取2 5份活潑金屬和15 30份正硅酸乙酯加入到裝有回流裝置、攪拌裝置及N2接通裝置的反應器中，在攪拌和通N2條件下升溫至90°C 150°C， 加入1 3份碘粒，在1 1. 5h內滴加完10 21份鹵代異丁烷，然后保溫回流2 4h ；第二步、將第一步得到的混合物冷卻至30°C 60°C，過濾得到濾液；第三步、將第二步得到的濾液再進行減壓蒸餾，收集蒸餾餾分，得到異丁基三乙氧基娃焼廣品。進一步，在如上所述的異丁基三乙氧基硅烷的制備方法中，所述鹵代異丁烷的結構式為CH3CH(CH3) CH2X，其中X為Cl或Br ；進一步，所述活潑金屬為鎂、鋰或鈉中的任意一種，最好為鎂屑。更進一步，所述的減壓蒸餾的工藝條件為壓力4. OkPa、 溫度100°C 102°C。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有如下優(yōu)點和有益效果(1)該制備工藝流程短、工藝簡單、易于操作，且收率高；(2)反應過程不需要昂貴的氯鉬酸和鉬絡合物催化劑，顯著降低了生產的原材料成本；(3)反應采用原料代替無水乙醚、四氫呋喃等溶劑，無額外溶劑，降低了制備過程的危險性和毒性，減少了雜質的引入，同時在減壓蒸餾時不需要溶劑的蒸發(fā)分離，顯著降低了減壓蒸餾的能耗，降低了生產成本；(4)反應產物各組分沸點差距較大，產品易于分離提純，制備過程對設備要求不高，設備投資小。
具體實施例方式下面結合具體實施方式
對本發(fā)明作進一步描述。本發(fā)明的技術原理是采用鹵代異丁烷與活潑金屬反應生成有機金屬化合物，此有機金屬化合物因金屬原子直接與碳相連形成極性共價鍵，碳為負電性端，為極強的路易斯堿，能從具有路易斯酸性的物質中奪取質子或正電性基團，如與正硅酸乙酯反應，能奪取 Si (OCH2CH3) 3，生成異丁基三乙氧基硅烷，其反應過程為CH3CH (CH3) CH2X+M — CH3CH (CH3) CH2Mx...................................................反應
式⑴CH3CH(CH3) CH2MX+Si (OCH2CH3) 4 — CH3CH(CH3) CH2Si (OCH2CH3) 3+CH3CH20Mx...反應式 (2)反應的鹵代異丁烷可為溴代異丁烷或氯代異丁烷，活潑金屬M可為鎂、鋰或鈉中的任何一種。上述反應⑴和⑵可以在無水乙醚、四氫呋喃(THF)等溶劑中進行，也可以用反應(2)中的原料正硅酸乙酯作為反應的溶劑，即正硅酸乙酯既是反應原料，又作為反應溶齊U，而不使用額外溶劑，一步完成反應。反應式為CH3CH (CH3) CH2X+M+Si (OCH2CH3) 4 — CH3CH (CH3) CH2Si (OCH2CH3) 3+CH3CH20Mx，其中 X 為 Cl或Br ；M為鎂、鋰或鈉中的任意一種。上述一步反應式即為本發(fā)明異丁基三乙氧基硅烷制造方法中第一步的反應過程式。一步反應既可有效避免采用醚類和THF等作溶劑時的危險性、毒性，又減少了雜質的引入，簡化了工藝，降低了成本。反應過程中，因有機金屬化合物具有極強的路易斯堿性，容易從水及其它路易斯酸中奪取質子，故為了提高異丁基三乙氧基硅烷的產率，反應體系不能與水、二氧化碳等接觸，需要在無水、隔絕空氣條件下進行。反應過程通過通入N2達到隔絕空氣和無水的環(huán)境。
為了提高反應過程的速率，可加入少量碘粒作為催化劑，加速反應，可顯著縮短反應時間，使反應可控制在5h內完成。所述活潑金屬優(yōu)選鎂屑，原因在于相比活潑金屬鋰和鈉，鎂的反應活性比鋰和鈉的低，反應過程更好控制；相比粉狀金屬，因為鎂粉一般反應也較劇烈，而且表面容易形成氧化膜，采用鎂屑可使反應更受控 。采用本發(fā)明所述的方法，反應過程中鹵代異丁烷的轉化率非常高，可達到95%以上，而且反應的副產物較少。反應產物異丁基三乙氧基硅烷與未反應的原料及副產物的揮發(fā)度相差較大，通過減壓蒸餾，控制減壓蒸餾條件在異丁基三乙氧基硅烷的沸點條件下，如在壓力4. OkPa、溫度100°C 102°C條件下，可收集純度可達到98. 9%以上的異丁基三乙氧基硅烷產品，且整個生產過程的產率為達到80 % 99 %。實施例1 第一步、以質量克數計，取2克鎂屑和15克正硅酸乙酯加入到裝有回流裝置、攪拌裝置及N2接通裝置的反應器中，在攪拌和通N2條件下升溫至90°C，加入1克碘粒，在Ih內滴加完10克溴代異丁烷，然后保溫回流2h ；第二步、將第一步得到的混合物冷卻至30°C，過濾得到濾液；第三步、將第二步得到的濾液在4. OkPa條件下進行蒸餾，收集100°C 102°C蒸餾餾分，得到15克異丁基三乙氧基硅烷產品。實施例2 第一步、以質量克數計，取5克鎂屑和30克正硅酸乙酯加入到裝有回流裝置、攪拌裝置及N2接通裝置的反應器中，在攪拌和通N2條件下升溫至150°C，加入3克碘粒，在1. 5h 內滴加完21克溴代異丁烷，然后保溫回流4h ；第二步、將第一步得到的混合物冷卻至60°C，過濾得到濾液；第三步、將第二步得到的濾液在4. OkPa條件下進行蒸餾，收集100°C 102°C蒸餾餾分，得到27. 5克異丁基三乙氧基硅烷產品。實施例3 第一步、以質量克數計，取2. 9克鈉粒和22克正硅酸乙酯加入到裝有回流裝置、攪拌裝置及N2接通裝置的反應器中，在攪拌和通N2條件下升溫至130°C，加入2克碘粒，在Ih 內滴加完10克氯代異丁烷，然后保溫回流3h ；第二步、將第一步得到的混合物冷卻至50°C，過濾得到濾液；第三步、將第二步得到的濾液在4. OkPa條件下進行蒸餾，收集100°C 102°C蒸餾餾分，得到23克異丁基三乙氧基硅烷產品。實施例4 第一步、以質量克數計，取2克鋰和30克正硅酸乙酯加入到裝有回流裝置、攪拌裝置及N2接通裝置的反應器中，在攪拌和通N2條件下升溫至100°C，加入3克碘粒，在Ih內滴加完15克氯代異丁烷，然后保溫回流3h ；第二步、將第一步得到的混合物冷卻至30°C，過濾，得到濾液；第三步、將第二步得到的濾液在4. OkPa條件下進行蒸餾，收集100°C 102°C蒸餾餾分，得到31. 7克異丁基三乙氧基硅烷產品。本發(fā)明所述的方法并不限于具體實施方式
中所述的實施例，本領域技術人員根據本發(fā)明的技術方案得出其他的實施方式，同樣屬于 本發(fā)明的技術創(chuàng)新范圍。
權利要求
1.一種新型異丁基三乙氧基硅烷的制備方法，包括如下步驟和工藝條件第一步、以質量份數計，取2 5份活潑金屬和15 30份正硅酸乙酯加入到裝有回流裝置、攪拌裝置及N2接通裝置的反應器中，在攪拌和通N2條件下升溫至90°C 150°C，加入 1 3份碘粒，在1 1. 5h內滴加完10 21份鹵代異丁烷，然后保溫回流2 4h ；第二步、將第一步得到的混合物冷卻至30°C 60°C，過濾得到濾液；第三步、將第二步得到的濾液再進行減壓蒸餾，收集蒸餾餾分，得到異丁基三乙氧基硅焼廣品。
2.根據權利要求1所述的一種新型異丁基三乙氧基硅烷的制備方法，其特征在于所述鹵代異丁烷為溴代異丁烷或氯代異丁烷，結構式為CH3CH(CH3)CH2X,其中X為Cl或Br。
3.根據權利要求1所述的一種新型異丁基三乙氧基硅烷的制備方法，其特征在于所述活潑金屬為鎂、鋰或鈉中的任意一種。
4.根據權利要求3所述的一種新型異丁基三乙氧基硅烷的制備方法，其特征在于所述的活潑金屬為鎂屑。
5.根據權利要求1至4之一所述的一種新型異丁基三乙氧基硅烷的制備方法，其特征在于所述的減壓蒸餾的工藝條件為壓力4. OkPa、溫度100°C 102°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種新型異丁基三乙氧基硅烷的制備方法，屬于防腐材料領域。該方法以質量份數計，取2～5份活潑金屬和15～30份正硅酸乙酯加入到裝有回流裝置、攪拌裝置及N2接通裝置的反應器中，在攪拌和通N2條件下升溫至90℃～150℃，加入1～3份碘粒，在1～1.5h內滴加完10～21份鹵代異丁烷，然后保溫回流2～4h，冷卻，過濾得到濾液，將濾液進行減壓蒸餾，收集蒸餾餾分，得到異丁基三乙氧基硅烷產品。本發(fā)明所述的制備方法工藝簡單，無需昂貴催化劑和揮發(fā)性溶劑，反應轉化率和產率高，產品生產周期短，設備簡單。
文檔編號C07F7/18GK102219802SQ201110095130
公開日2011年10月19日 申請日期2011年4月15日 優(yōu)先權日2011年4月15日
發(fā)明者周子鵠, 文秀芳, 楊金鑫, 皮丕輝 申請人:北京秀珀科技發(fā)展有限公司