四甲氧基硅烷的制备

发布日期:2020/10/25 9:01:40

背景及概述^[1][2]

四甲氧基硅烷可作为有机硅合成、抗热漆制造、粘合剂、电子工业等领域的绝缘材料，也是光学玻璃处理剂及凝结剂等的重要原材料其应用广泛，所以其合成一直受到化工行业的关注。

制备^[1-2]

传统的合成法是将四氯化硅与甲醇直接液相反应，通过控制四氯化硅与甲醇的配比控制反应速度，产生的四甲氧基硅烷需要通过进一步的精馏提纯工艺方可达到99％以上的纯度。该种传统的四甲氧基硅烷合成方法其分为两个操作流程,首先是反应合成阶段，其次是将合成的粗产物进行提纯即分离的阶段。传统的制备四甲氧基硅烷的方法，由于四氯化硅与甲醇直接液相反应后，产生有氯化氢气体，对大气环境造成很大的污染，不符合绿色化学发展的要求。且其反应产物四甲氧基硅烷的选择性不高，还需要进行复杂的精馏提纯，操作过于复杂。

方法一、CN201710342508.3提供一种直接法制备四甲氧基硅烷的方法，步骤如下：

(1)称取硅粉和催化剂并进行混合、搅匀，然后放进粉碎机中进行粉碎；

(2)把粉碎过的硅粉和催化剂混合物倒入固定床反应器中，组合装置，把反应器装置放进管式加热炉中；

(3)先向固定床反应器中通入氮气，对管式炉进行程序升温，升温至240℃，并保持 240℃处理2h；

(4)将固定床反应器的内温度降至220℃，开始改换通甲醇，0.5h后开始进行反应计时，进行反应，反应产物即为四甲氧基硅烷。

本方法的优点在于：

(1)本发明采用的原料为硅粉和甲醇，一步合成四甲氧基硅烷。与传统方法相比，此方法更为环保、绿色，产物中不产生有害气体氯化氢。

(2)本发明采用的原料为硅粉和甲醇，原料易于获得，价格相对便宜，更符合工业化生产。

(3)本发明中硅粉与甲醇反应是气固反应，反应物接触面更大，更利于充分反应。

(4)本发明中硅粉与甲醇直接反应生成四甲氧基硅烷的选择性可达90％以上。

方法二、CN201410816621.7提供一种制备四甲氧基硅烷的装置，所述的装置具有能够同时实现四甲氧基硅烷合成和提纯的效果，充分体现了一塔多效的功能，且通过塔顶分离出的氯化氢气体以及塔底分离出的四甲氧基硅烷的纯度均高于99.9％。

本发明提供的这种制备四甲氧基硅烷的装置，主要包括反应精馏塔、再沸器和塔顶冷凝器；具体的，通过甲醇进入口和四氯化硅进入口将甲醇和四氯化硅通入到塔内后，两种反应物在反应段进行反应并生成四甲氧基硅烷以及副产物氯化氢气体。

持续反应后，低沸点物质四氯化硅以及氯化氢会进入精馏段与塔顶回流液(经过塔顶冷凝器冷却后的液体)进行传质，使上升的四氯化硅冷凝成液体，上升的氯化氢气体从顶部出口输入到塔顶冷凝器中，被冷凝成液体的氯化氢部分作为副产品采出，部分作为回流液返回至塔内，从而获得纯净的氯化氢液体。

高沸点物质四甲氧基硅烷携带部分的甲醇从反应段自上而下进入到提馏段后，与再沸器内蒸发出的四甲氧基硅烷气体(来源于由液体输出管进入再沸器的液体四甲氧基硅烷) 进行传质，使下行液体中的甲醇在运动过程中逐渐气化，而来源于再沸器的气体中的四甲氧基硅烷逐渐冷凝成液体，因此，提馏段液体中的甲醇浓度自上而下逐渐降低，稳定操作后，在使塔底的液体输出管可获得纯净的四甲氧基硅烷液体。

本发明提供的这种装置，其通过在反应精馏塔内布设多个反应段，并结合反应物的理化特性进行冷却回收以及再沸处理，进而实现了四甲氧基硅烷合成的同时也进行了提纯，从塔顶得到纯度大于 99.9％的氯化氢，在塔底得到纯度大于99.9％的四甲氧基硅烷液体，克服了现有技术中合成和分离单独设置而存在的操作复杂，设备成本高昂的技术问题。图1为本发明提的制备四甲氧基硅烷的装置的结构示意图。101-反应精馏塔；102-再沸器；103-塔顶冷凝器；104-精馏段； 105-反应段；106-提馏段；107-四氯化硅进入口；108-甲醇进入口； 109-顶部出口；110-液体回流管；111-塔底出口；112液体输出管。

应用^[2]

用于合成甲氧基肟酮基硅烷。现有的室温硫化硅橡胶在固化成型的过程中，通常使用甲基三丁酮肟基硅烷、四丁酮肟基硅烷、甲基三甲氧基硅烷和肟酮基甲氧基硅烷复合物作为交联剂，实现室温硫化硅橡胶橡胶交联的固化成型。CN201410066343.8提供一种二月桂酸二丁基锡催化合成甲氧基肟酮基硅烷的方法，合成甲氧基肟酮基硅烷复合物的步骤比较简单，反应产物的颜色比较浅，交联活性比较高，不仅比较安全，而且合成成本比较低。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种二月桂酸二丁基锡催化合成甲氧基肟酮基硅烷的方法，其特征在于，包括以下步骤：A、按质量份将1份四甲氧基硅烷、0.2～2.5份丁酮肟和0.0005～0.005份二月桂酸二丁基锡，加入带有气相采出装置的反应釜；保持气相采出口的温度在76℃以下，将四甲氧基硅烷、丁酮肟和二月桂酸二丁基锡升温至121℃～129℃后，搅拌3～7h，得到待蒸馏产品；B、在温度为100～120℃、压力为-0.095～-0.098MPa的条件下，对待蒸馏产品进行蒸馏，得到甲氧基肟酮基硅烷复合物。