一種無voc排放的硅烷偶聯劑及其合成方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種無VOC排放的硅烷偶聯劑及其合成方法，屬精細化工技術領域。
【背景技術】
[0002] 硅烷偶聯劑廣泛用于工業生產，如：涂料，橡膠，塑料，油漆，機械，電子等領域，有 工業味精之稱。硅烷偶聯劑是分子中含有兩種不同化學性質基團的有機硅化合物，通式一 般可用YSiX3表示，其中，Y為非水解活性基團，X為可水解基團，在使用過程中，X基團發 生水解反應，生成Si-OH，同時生成低分子的HX揮發性物質，方程式為： YSiX3 +H2OYSi(OH)3 + 3HX 其中YSi(011)3中Y基團和OH基團分別與不同基材連接達到偶聯效果；而HX為副產 物，一般為甲醇，乙醇，丙醇，異丙醇，乙酸等低沸點物質。這些在偶聯劑使用之后產生了大 量的低沸點物質，對環境產生了污染。隨著人類對環境保護力度的加強，美國，歐盟和中國 的國家組織和企業先后對揮發性物質（VOC)作出了定義和標準，如美國的ASTMd3960-98， 美國聯邦環保署EPA，世界衛生組織WHO,中國國家標準GB/T18883-2002和巴斯夫公司 等。按此定義和分類，硅烷偶聯劑使用產生的低沸點物質全部屬于揮發性物質（V0C)，都會 對環境造成污染。近年來，隨著人們生活水平的提高，對環境要求也越來越高，特別是與人 們生活息息相關的工業品，如汽車，裝修房子用的涂料和油漆，電子產品，衣服等都要求無 氣味無污染。美國和歐盟對某些工業品的VOC排放作出了規定和限制，這就要求作為工業 味精的硅烷偶聯劑低VOC排放或無VOC排放。
[0003] 無VOC排放的硅烷偶聯劑的合成方法，國內還沒有相關的報道，國外相關的報道 也很少。從分子結構上看，合成這種無VOC排放的偶聯劑也可以用含活性基團的硅烷偶聯 劑和六甲基二硅氧烷催化制得，但該合成路徑需要催化劑，且副反應多，原料成本高，工藝 復雜，即不經濟也不環保。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在于：提供一種具有產品含量高，能耗低，環境污染小，工藝設備簡 單等特點，適合工業化生產，應用前景十分廣闊；且在使用過程中不需水解可直接交粘固 化，不產生氣泡和低沸點物質的無VOC排放的硅烷偶聯劑及其合成方法。
[0005] 本發明的技術方案是： 一種無VOC排放的娃燒偶聯劑，其特征在于：無VOC排放的娃 烷偶聯劑的結構式為： R1 (CH2)nR2fflSi(OSiR33)3-ffl, 其中11為0~8;m為 0~2 ; R1為活性基團，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VOC排放的硅烷偶聯劑的化學反應方程式為： 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，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VOC排放的硅烷偶聯劑的合成方法，其特征在于：它包括以下步驟： 1) 、將含有活性基團的硅烷偶聯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器中； 2) 、投料完成后，在60~120轉/分的攪拌速度下滴加1 :1的甲醇水溶液進行冷水浴反 應，冷水浴反應為30~40°C,甲醇水溶液的滴加時間為5~6小時，甲醇水溶液的滴加量為含 有活性基團的硅烷偶聯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條件下繼續攪拌老化反應18小時， 4) 、老化反應完成后，將反應器里的物料導入至錐型容器內靜止分層1小時，上層即為 無VOC排放的硅烷偶聯劑粗品，下層為工業鹽酸水溶液。
[0008] 5)、將上層粗品在每次5-10分鐘的條件下，通過洗滌水洗滌2~5次，然后通過無機 堿中和至PH值為中性，再通過干燥劑干燥8~12小時后，在真空度大于-0. 098Mpa;蒸餾釜 溫小于120°C，蒸餾時間為4~8小時的條件下，過濾和真空拔出低沸物后得到無VOC排放的 硅烷偶聯劑成品。
[0009] 所述的無機堿為氫氧化鈉、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，優選氫氧化鈉。
[0010] 所述的干燥劑為無水硫酸鈉、無水硫酸鎂、無水氯化鈣、分子篩，優先選擇無水硫 酸鈉。干燥劑用量為1%-3%。
[0011] 本發明與常用硅烷偶聯劑的VOC排放量相比，其結果如下：
【主權項】
1. 一種無 VOC排放的硅烷偶聯劑，其特征在于：無 VOC排放的硅烷偶聯劑的結構式為： R1 (CH2)n R2mSi (0SiR33)3_m， 其中11為0~8; m 為 0~2 ; R1為活性基團，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 VOC排放的硅烷偶聯劑的化學反應方程式為： 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，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 VOC排放的硅烷偶聯劑的合成方法，其特征在于：它包括以下步驟： 1) 、將含有活性基團的硅烷偶聯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器中； 2) 、投料完成后，在60~120轉/分的攪拌速度下滴加1 :1的甲醇水溶液進行冷水浴反 應，冷水浴反應為30~40°C,甲醇水溶液的滴加時間為5~6小時，甲醇水溶液的滴加量為含 有活性基團的硅烷偶聯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條件下繼續攪拌老化反應18小時； 4) 、老化反應完成后，將反應器里的物料導入至錐型容器內靜止分層1小時，上層即為 無 VOC排放的硅烷偶聯劑粗品，下層為工業鹽酸水溶液； 5) 、將上層粗品在每次5~10分鐘的條件下，通過洗滌水洗滌2~5次，然后通過無機堿中 和至PH值為中性，再通過干燥劑干燥8~12小時后，在真空度大于-0. 098Mpa ;蒸餾釜溫小 于120°C，蒸餾時間為4~8小時的條件下，過濾和真空拔出低沸物后得到無 VOC排放的硅烷 偶聯劑成品。
3. 根據權利要求2所述的一種無 VOC排放的硅烷偶聯劑的合成方法，其特征在于：所 述的無機堿為氫氧化鈉、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，優選氫氧化鈉。
4. 根據權利要求2所述的一種無 VOC排放的硅烷偶聯劑的合成方法，其特征在于：所 述的干燥劑為無水硫酸鈉、無水硫酸鎂、無水氯化鈣、分子篩，優先選擇無水硫酸鈉；干燥劑 用量為1%~3%。
【專利摘要】本發明涉及一種無VOC排放的硅烷偶聯劑及其合成方法,屬精細化工技術領域。本發明是將含有活性基團的硅烷偶聯劑和三烷基氯硅烷按比例投入到反應器中，攪拌下滴加甲醇水溶液進行冷水浴反應，然后將反應器里的物料導入錐型容器靜止分層，上層為粗品，上層粗品經洗滌、中和、干燥真空拔出低沸物后得到無VOC排放。本發明的硅烷偶聯劑產品含量高，能耗低，環境污染小，適合工業化生產，應用前景十分廣闊；且在使用過程中不需水解可直接交粘固化，不產生氣泡和低沸點物質。
【IPC分類】C07F7-10, C07F7-08
【公開號】CN104610337
【申請號】CN201510040399
【發明人】胡江華, 甘俊, 劉明鋒, 秦傳俊, 陳圣云, 甘書官
【申請人】荊州市江漢精細化工有限公司
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年1月27日