新型异丁基三乙氧基硅烷的制备方法

背景技术

异丁基三乙氧基硅烷又称三乙氧基异丁基硅烷，是多种硅烷偶联剂生产过程中的重要中间体，还可以作为混凝土防腐硅烷浸渍剂，在混凝土长期保护并防止氯离子侵蚀方面，异丁基三乙氧基硅烷处理是最经济的手段之一，其合理使用寿命大于30年。

现有技术中，异丁基三乙氧基硅烷的制备方法一般是以异丁基三氯硅烷为原料与乙醇在80～100℃、0.03MPa下发生酯化反应得到，其反应式为：

CH3CH(CH3)CH2SiCl3+CH3CH2OH→CH3CH(CH3)CH2Si(OCH2CH3)3+3HCl

反应过程中乙醇分批加入，反应时间约为6小时，反应后在0.03MPa下回流3小时左右，总的反应时间约为10小时以上；最后将粗产品经过中和剂乙醇钠中和后，打入精馏塔进行精馏，制得异丁基三乙氧基硅烷。而原料异丁基三氯硅烷是由三氯硅烷和异丁烯在催化剂作用下通过硅氢加成反应合成得到，具有实际意义的催化剂主要有氯铂酸和其它均相铂络合物催化剂。此工艺需要在恒温、恒定真空度的工艺条件下进行酯化反应，反应周期长，能耗高，初产品中含有较多的氯化氢，需要使用价格比较昂贵的乙醇钠来中和HCl，致使异丁基三乙氧基硅烷的生产成本高昂。

针对中和剂乙醇钠价格昂贵的缺点，美国专利US 6150551介绍了一种使用氨气做为中和剂来制备不含氯化物或者含微量(低于10ppm)氯化物的烷基硅氧烷的制备方法，将氯硅烷与乙醇在无水和无溶剂条件下进行酯化反应得到含HCl的反应混合物，在10℃～50℃下加入氨气使HCl变成氯化氨，分离出氯化氨后得到的混合物经蒸馏得到不含氯化物或者含微量(低于10ppm)氯化物的烷基硅氧烷。

如上所述，传统的异丁基三乙氧基硅烷的制备生产方法存在反应周期长、催化剂价格昂贵、生产能耗高，导致生产成本高昂的缺点。目前国内外的专利文献中对异丁基三乙氧基硅烷新型的制备方法的报道较少见。

制备方法

采用卤代异丁烷与活泼金属反应生成有机金属化合物，此有机金属化合物因金属原子直接与碳相连形成极性共价键，碳为负电性端，为极强的路易斯碱，能从具有路易斯酸性的物质中夺取质子或正电性基团，如与正硅酸乙酯反应，能夺取Si(OCH2CH3)3，生成异丁基三乙氧基硅烷，其反应过程为：

CH3CH(CH3)CH2X+M→CH3CH(CH3)CH2MX……………………………………………反应式(1)

CH3CH(CH3)CH2MX+Si(OCH2CH3)4→CH3CH(CH3)CH2Si(OCH2CH3)3+CH3CH2OMX…反应式(2)

反应的卤代异丁烷可为溴代异丁烷或氯代异丁烷，活泼金属M可为镁、锂或钠中的任何一种。

上述反应(1)和(2)可以在无水乙醚、四氢呋喃(THF)等溶剂中进行，也可以用反应(2)中的原料正硅酸乙酯作为反应的溶剂，即正硅酸乙酯既是反应原料，又作为反应溶剂，而不使用额外溶剂，一步完成反应。反应式为：

CH3CH(CH3)CH2X+M+Si(OCH2CH3)4→CH3CH(CH3)CH2Si(OCH2CH3)3+CH3CH2OMX，其中X为Cl或Br；M为镁、锂或钠中的任意一种。

步、以质量克数计，取2克镁屑和15克正硅酸乙酯加入到装有回流装置、搅拌装置及N2接通装置的反应器中，在搅拌和通N2条件下升温至90℃，加入1克碘粒，在1h内滴加完10克溴代异丁烷，然后保温回流2h；

第二步、将步得到的混合物冷却至30℃，过滤得到滤液；

第三步、将第二步得到的滤液在4.0kPa条件下进行蒸馏，收集100℃～102℃蒸馏馏分，得到15克异丁基三乙氧基硅烷产品。