Способ получения алкоксисиланов

Изобретение относится к способу получения алкоксисиланов общей формулы R_nSi(OR¹)_4-n, где R и R¹ - низший алкил; n=0 или 1, которые могут быть использованы в производстве силансшивающих агентов, кремнийорганических лаков, смол и т.д. Техническая задача - повышение производительности процесса с получением целевого продукта с низким остаточным содержанием HCl, стабильного по качеству. Предложено получение алкоксисиланов этерификацией хлорсилана с последующей десорбцией хлористого водорода непрерывным процессом при 0-30°С, с 2-ступенчатой десорбцией хлористого водорода. На первой ступени десорбцию ведут при 40-80°С, а вторую ступень десорбции проводят в реакторе-десорбере, представляющем собой трубчатый аппарат, состоящий из семи последовательно соединенных секций с рубашками для обогрева, с подачей во 2-5 секции 25-30 мас.% от веса реакционной массы спирта, используемого в качестве исходного реагента, поддерживая температуру от 70°С в первой секции до 150°С в последней секции. Из выделившегося на стадиях этерификации и десорбции хлористого водорода конденсацией можно отделять кислый спирт с последующим возвращением его в процесс с целью снижения отходов производства. 1 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к химии кремнийорганических соединений, а именно к усовершенствованному способу получения алкоксисиланов общей формулы RnSi(OR¹)_4-n, где R и R¹ - низший алкил; n=0 или 1, которые могут быть использованы в производстве силансшивающих агентов, кремнийорганических лаков, смол и т.д.

Известен способ получения алкоксисиланов реакцией этерификации хлорсилана этиловым спиртом с последующей десорбцией хлористого водорода в тонкой пленке (SU №148054, кл. C07F 7/04, 1961).

Известно несколько способов, направленных на этерификацию алкилсиланов спиртами, при этом в основном изменяются вид и количество растворителя, а также температура реакции.

Однако все периодически проводимые реакции этерификации сопровождаются значительными и в большинстве случаев абсолютно доминирующими побочными реакциями, в результате чего эти способы не годятся для получения алкоксисиланов (SU №613726, кл. С07F 7/04, 1975).

Образующийся в большом количестве хлористый водород обратно расщепляет алкоксисилановую группу на алканол, хлорсилан и алкилсилановую связь с выделением водорода и получением алкоксисилановой и хлорсилановой связей.

Хлористый водород образует с алканолами хлоралканы и промежуточную воду, которая реагирует с алкилсиланами и алкоксисиланами посредством гидролиза.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ получения алкоксисиланов общей формулы RmSi(OR¹)_4-m, где R низший алкил, R¹-C₁-С₃ - алкил или бензил, m - 1 или 2 этерификацией хлорсилана общей формулы RmSiCl_4-m, где R и m имеют указанные значения, спиртом общей формулы R¹OH, где R¹ имеет указанные значения, при повышенной температуре с отводом образующегося хлористого водорода. Этерификацию проводят в присутствии хлорированного метана, этана и этилена при температуре кипения реакционной смеси, при этом спирт добавляют порциями в течение 135-270 мин (SU №1233802, кл. С07F 7/04, 1980).

К недостаткам известных способов можно отнести низкую производительность, получение целевого продукта недостаточного качества (с повышенным содержанием остаточного HCl), использование растворителей, которые по окончании процесса необходимо удалять.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение производительности процесса с получением целевого продукта с низким остаточным содержанием HCl, стабильного по качеству. Изобретение дополнительно решает задачу снижения отходов производства.

Указанная задача решается тем, что в известном способе получения алкоксисиланов общей формулы: RnSi(OR¹)_4-n, где R и R¹ - низший алкил; n=0 или 1, этерификацией хлорсилана с последующей десорбцией хлористого водорода, согласно изобретению процесс ведут непрерывно, при 0-30°С, с 2-ступенчатой десорбцией хлористого водорода, причем на первой ступени десорбцию ведут при 40-80°С, а вторую ступень десорбции проводят в реакторе-десорбере, представляющем собой трубчатый аппарат, состоящий из семи последовательно соединенных секций с рубашками для обогрева, с подачей во 2-5 секции 25-30 мас.% от веса реакционной массы спирта, используемого в качестве исходного реагента, поддерживая температуру от 70°С в первой секции до 150°С в последней секции. Кроме того, из хлористого водорода, выделившегося на стадиях этерификации и десорбции, кондесацией выделяют кислый спирт и возвращают на этерификацию.

Процесс осуществляют следующим образом: целевой продукт получают взаимодействием хлорсилана со спиртом при их мольном соотношении 1:2,8-3,5, процесс ведут в реакторе-этерификаторе при одновременной загрузке хлорсилана и спирта по трем сифонам самотеком из напорной емкости расходом (0,2-0,5) м³/ч хлорсилана, этанола - (0,25-0,6) м³/ч, также возвратного кислого спирта расходом 0,05-0,3 м³/ч. Из этерификатора реакционная масса поступает самотеком по переливной линии в теплообменник, где нагревается до температуры (40-80)°С, после чего поступает в десорбер, где осуществляется первая ступень десорбции. Вторую ступень десорбции проводят в реакторе-десорбере, представляющем собой трубчатый аппарат, состоящий из семи последовательно соединенных секций с рубашками для обогрева паром. К концам рабочих труб подсоединены тройники для перелива жидкости с одной секции в другую. На выходе каждой трубы, между рабочей трубой и переливным тройником, установлены перегородки, поддерживающие уровень жидкости и обеспечивающие 90% заполнение труб. В реактор-десорбер одновременно с подачей реакционной массы с 1-й ступени десорбции на 2-ю, 3-ю, 4-ю, 5-ю его секции дозируют абсолютированный этиловый спирт, поддерживая температуру в секциях от 70 в первой секции и до 150°С в седьмой секции.

На выходе из реактора-десорбера отбирают пробу на полноту десорбции, реакционная масса, проходя через холодильник, охлаждается и сливается в сборник готовой продукции. Получают готовый продукт с массовой долей основного вещества 94-98%.

Пример 1. В реактор-этерификатор, снабженный 3-мя сифонами, которые достают до дна для подачи γ-хлорпропилтрихлорсилана (γ-ХПТХС), этанола (ЭС), термометром загружают одновременно 85,23 весовых частей (вч) γ-ХПТЭС и 55,40 вч ЭС, по мере увеличения объема реакционной массы (рм) рм самотеком поступает в теплообменник, где нагревается до температуры (40-80)°С, после чего поступает на первую ступень десорбции в реактор-десорбер. Температура рм (60-80)°С. Реакционная масса самотеком поступает на вторую ступень десорбции в реактор-десорбер, представляющий собой трубчатый аппарат из семи последовательно соединенных секций с рубашками для обогрева паром. В реактор-десорбер одновременно с подачей реакционной массы с 1-й ступени десорбции на 2, 3, 4, 5-ю его секции дозируют (25-30)% избыток ЭС, поддерживая в секциях температуру от 80 в первой секции и до 150°С в седьмой секции (в 1-й секции 80-110°С, во 2-й - 90-110°С, в 3-й, 4-й и 5-й 95-120°С, в 6-й 110-140°С, в 7-й 110-150°С). Хлористый водород, образующийся на стадиях этерификации, десорбции 1 и 2-й ступеней, содержащий примеси спирта, проходя систему холодильников, поступает в фазоразделитель, где конденсируется кислый спирт (КС), который возвращается на этерификацию, а хлористый водород используют по назначению.

Поучают: γ-ХПТЭС с массовой долей (94-98)%, ЭС (0,2-2,0)%, димер - (0,5-3,0)%, примесей - 1%.

Пример 2. Процесс ведут аналогично примеру 1 с тем отличием, что используют возвратный КС, на 85,23 вч γ-ХПТХС загружают 20,15 вч КС и 36,93 вч ЭС, на десорбцию 30% избыток ЭС. Получают γ-ХПТЭС 96,5%; ЭС - 1,2%, димер - 2,1%, примеси - 0,2%.

Пример 3. Процесс ведут аналогично примеру 2 с тем отличием, что на 68,5 вч γ-ХПТХС загружают 15,11 вч КС и 28,62 вч ЭС, на десорбцию 25% избыток ЭС. Получают: ЭС - 0,25%, j-ХПТЭС - 97,8%; димера - 1,95%.

Аналогичным способом можно получать и другие алкосисиланы, например октилтриэтоксисилан и силоксаны, например, полифенилэтоксисилоксаны.

Т.о. предлагаемый способ позволяет повысить производительность процесса с получением целевого продукта высокого качества благодаря проведению его непрерывно при соблюдении указанных условий. Кроме того, предлагаемый способ позволяет снизить отходы производства за счет выделения возврата в процесс кислого спирта, а хлористый водород можно использовать в других процессах (производствах) без дополнительной очистки.

1. Способ получения алкоксисиланов, общей формулы RnSi(OR¹)_4-n, где R и R¹ - низший алкил; n=0 или 1, этерификацией алкилсиланов с последующей десорбцией хлористого водорода, отличающийся тем, что процесс ведут непрерывно при 0-30°С, с 2-ступенчатой десорбцией хлористого водорода, причем на первой ступени десорбцию ведут при 40-80°С, а вторую ступень десорбции проводят в реакторе-десорбере, представляющем собой трубчатый аппарат, состоящий из семи последовательно соединенных секций с рубашками для обогрева, с подачей в 2-ю, 3-ю, 4-ю, 5-ю секции 25-30 мас.% от веса реакционной массы спирта, используемого в качестве исходного реагента, поддерживая температуру от 70°С в первой секции до 150°С в последней секции.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что из хлористого водорода, выделившегося на стадиях этерификации и десорбции, конденсацией отделяют кислый спирт и возвращают на этерификацию.