循環式連續水解裝置的製作方法

2023-05-10 12:54:46

專利名稱：：循環式連續水解裝置的製作方法
技術領域：
：本實用新型涉及一種水解法合成裝置，尤其涉及一種主要用作短鏈羥基矽油合成的連續水解裝置。
背景技術：
：羥基矽油是一種以羥基封端的短鏈低聚有機基矽氧垸流體，一般採用帶攪拌的釜式水解裝置，通過含有活性基的有機矽化合物的水解來製備。這是一種間歇式水解裝置，不僅生產效率低，而且難於適用於高活性有機矽化合物的水解。具體有採用下列幾種工藝的設備①以二甲基環矽氧烷(D3、D4或DMC)為原料，以醋酸酐為封端劑，開環製成具有活性基的a，"-二乙醯氧基聚二甲基矽氧烷，經過在反應釜中水解，生成羥端基聚二甲基矽氧垸，分離水相後中和，脫酸，精製。美國專利USP4,066,680(1976年)提出以D4為原料，在醋酸溶劑中以酸性白土為開環催化劑,以醋酸酐為封端劑,在一個反應釜中加熱攪拌回流4小時，製取了平均鏈節為6-7的短鏈的二乙醯氧基聚二甲基矽氧烷中間體，然後在另外一個攪拌式反應釜中進行碳酸氫鈉溶液水解成羥基矽油。羥基含量4-6%，粘度32.6mm2/s。此種工藝在目前被國內大量採用，主要缺點是(l)工藝複雜，時間長，效率低，(2)產品收得率較低。②以二甲基二甲氧基矽烷為原料，在酸催化劑作用下水解成短鏈羥基矽油。德國專利DE3，237，847提出以二甲基二甲氧基矽烷為原料,以固體酸和MgO為催化劑在在一個反應釜中加熱攪拌水解，製得羥基含量11.5%，甲氧基含量1.9%平均鏈節數為3.4，粘度為25.6mmVs的羥基矽油。國內曾有人採用稀酸性水解工藝，製得羥基含量大於10%的羥基矽油,產品質量較好，製造工藝也比較簡單，但原料成本過高,收得率偏低.③用二甲基二氯矽烷在氨性水中直接水解製取羥基矽油，反應原理下n(R!R2)2SiCI2+2nH0+2nNH3—HO[)2SiO]nH+2nNH4CL(1)式中n-3一，Ri為甲基，R2為甲基、苯基或乙烯基.由於此水解反應是一個激烈的放熱反應，而且由於在一般的反應裝置中難於控制水解條件，副反應多，無法實現大規模生產和獲得高質量的短鏈羥基矽油，羥基含量僅1_3%。德國專利DE2，403，303提出以二甲基二氯矽烷等氯矽垸單體為原料，以氨水為酸接受體在一個特殊的反應器中直接水解，得到600g羥基矽油/小時，其Si-0H含量為22X,約合羥基含量8.3%，但對所用的裝置結構未作任何披露，而且該專利只是一個實驗裝置，無法實現工業化生產。
發明內容本實用新型主要目的是要解決由於高活性有機矽化合物的水解反應過於激烈而引起的短鏈羥基矽油的增鏈和縮合等副反應，實現大規模地製取高質量羥基矽油的循環式連續水解裝置。本實用新型另一個目的是解決現有技術的羥基矽油主要採用間歇式水解裝置來製備，不僅生產效率低，而且難以適用於高活性有機矽化合物水解的技術問題，從而開發一種循環式連續水解裝置。本實用新型的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的一種循環式連續水解裝置，其特徵是由混合器、冷卻器、泵、反應器和單體貯槽組合而成；設置於高位的單體貯槽和設置於高位並具有油水分離作用的反應器的下位出料口，通過管道分別與位於單體貯槽和反應器下面的混合器的兩個進料口相連接；所述混合器的出料口與冷卻器的一端相連接；冷卻器的另一端通過管道與泵的進口相連接；所述泵的出口通過管道與反應器的上位進料口相連接；所述反應器具有上位放空口。本實用新型的技術方案還可以進一步完善，作為優選，單體貯槽、反應器為立式布置。作為優選，所述反應器是以錐形或橢圓形為底封頭的圓筒形容器；反應器的長度與直徑比為1:1-1:1.8;反應器的容積為0.005-20m3。作為優選，所述混合器的混合段長度為200-1200mm。作為優選，所述冷卻器的冷卻面積為0.05-20m2。作為優選，所述的泵為耐腐蝕離心泵，泵的揚程為10-32m。作為優選，所述的反應器採用不鏽鋼、搪瓷或耐高溫塑料。作為優選，所述的混合器採用耐高溫塑料或不鏽鋼。本裝置合成羥基矽油的作用原理羥基矽油是一種以羥基封端的短鏈的低聚有機基矽氧烷流體，全名為a，"-二羥基聚二有機基矽氧烷，簡稱羥基矽油，無毒、無味、無色透明液體，化學結構式如下complexformulaseeoriginaldocumentpage5式中11=3~6，Ri為甲基，R2為甲基、苯基或乙烯基以採用活性單體二甲基二氯矽烷在氨性水溶液中直接水解合成為例，其反應原理如下n(CH3)2SiCI2+2nH20+2nNH3—HO[(CH3)2SiO]nH+2nNH4CL(1)n=3-10由於二甲基二氯矽垸的直接水解反應異常激烈，放熱效應大，副反應多，使短分子鏈的羥基矽油因迅速失去羥基而生成較長分子鏈的羥基矽油及無羥基的環矽氧烷I.短鏈羥基矽油和活性單體之間的增鏈反應，生成較長鏈的羥基矽油2mHO-[(CH3)2S廣O陽]nH+m(CH3)2&Cl2—HO-[(CH3)2Si-O-]nxmH十2mHCl(2)II.短鏈羥基矽油在較高溫度下或在局部過量鹽酸作用下發生矽羥基之間的縮合反應，生成較長鏈的羥基矽油mHO-[(CH3)2Si-0-]nH—HO-[(CH3)2S廣O國]nxmH+m/2H2O(3)防止了反應(2)和反應(3)的發生才能製得高質量的短鏈羥基矽油。所以只有及時地將剛水解生成的短鏈羥基矽油從反應系統中及時分離出去保存，才能避開再與單體接觸而發生二次增鏈反應(2);而防止形成局部酸性和溫度過高，才能避免矽輕基縮合反應(3)。這是製取高羥基矽油的關鍵技術。因此，本實用新型的有益效果是l.解決了高活性有機矽化合物水解副反應多的問題，可穩定地製得羥基含量3-13%的羥基矽油，這是目前一般的水解裝置所無法達到的；2.解決了高活性有機矽化合物循環式連續水解的問題，實現了高活性有機矽化合物水解製取羥基矽油的規模化生產。附圖1是本實用新型的一種結構示意圖。具體實施方式下面通過實施例並結合附圖，對本實用新型的技術方案作進一步具體說明。如圖l所示的循環式連續水解裝置，由混合器3、冷卻器4、泵5、具有油水分離作用的反應器2和活性單體貯槽1組成。反應器2採用不鏽鋼、搪瓷或耐高溫塑料製造，具有上位進料口6、下位出料口7和上位放空口；是以錐形或橢圓形為底封頭的圓筒形容器，長度與直徑比為1:1-1:1.8，容積為0.005-20m3之間。混合器3採用耐高溫塑料或不鏽鋼製造，一端設有兩個進料口，另一端設有一個出料口，混合器的混合段長度為200-1200mm;冷卻器的進料口和出料口設置於二個端部，冷卻器的冷卻面積為0.05-20m2。設置於高位的單體貯槽1和設置於高位的反應器2的下位出料口8、7，通過管道分別與位於單體貯槽和反應器下面的混合器3的兩個進料口相連接，混合器3的出料口與冷卻器4的一端相連接，冷卻器的另一端通過管道與泵5的進口相連接，泵的出口通過管道與反應器的上位進料口6相連接，泵為耐腐蝕離心泵，泵的揚程為10-32m。根據反應需要，單體貯槽、反應器為立式布置。具體操作原料1二甲基二氯矽烷單體貯於高位貯槽1中，原料2稀氨水貯存於高位的反應器2中，利用貯槽1、反應器2的高位產生的液壓，將單體和氨水按照一定的流速比，在保證在氨水過量的條件下連續地壓入到混合器3內進行同向並流混合，混合時會釋放出大量的熱，所以迅速地將混合液引入冷卻器4內冷卻，然後用泵5連續地將冷卻的混合液從反應器2的上位進料口6打入反應器2中，混合液在泵5的攪動下繼續進行深化水解反應，生成羥基矽油和氯化銨，因羥基矽油的比重較氨-氯化銨水溶液輕，浮在反應器2的上部，形成上部油層，與下層的氨-氯化銨水溶液明顯分離，下層的氨-氯化銨水溶液在高位重力作用下，經反應器2的下位出料管7被重新壓入混合器3中，再繼續與新加入的二甲基二氯矽烷混合，再經冷卻、反應、油水分離、再混合的反覆循環下連續水解，直至高位貯槽槽1中的二甲基二氯矽垸的物料被消耗盡為止，仃止循環，將反應器2中物料靜置分層，分去下層的氯化銨水層，取出羥基矽油，精製過濾，得羥基矽油的成品。本連續水解裝置，可以實現高質量羥基矽油的大規模生產。實施例實例1原料10。/。工業氨水3kg,工業級二甲基二氯矽烷lkg，步驟按圖1的小型組合式裝置，經過二種物料的混合-冷卻-水解-反應-分離的連續式循環法水解，共混溫度不超過40°C，反應完後，產物在反應器2中靜置4小時，分去底部氯化銨水相，汲取上層粗羥基矽油，經過精製過濾，得到成品羥基矽油0.52kg。比較例l原料10。/o工業氨水3kg，工業級二甲基二氯矽垸lkg，步驟採用間歇式反應，在5L三口燒瓶中加入稀氨水3kg，在攪拌和冷卻下將二甲基二氯矽烷滴入氨水中，進行水解反應，反應溫度不超過4crc，當二甲基二氯矽垸滴完後分離水相得油相，精製過濾後得到成品羥基矽油0.50kg。實例210%工業氨水3000kg，工業級二甲基二氯矽烷，1000kg,採用圖1的大型組合式裝置，採用混合-冷卻-水解-反應-分離的循環式連續法水解，混合溫度不超過4(TC，反應完後，產物在反應器2中靜置8小時，分去底部氯化銨水相，收集上層粗羥基矽油，經過精製過濾,精製成品羥基矽油553kg。表l.實例結果表complextableseeoriginaldocumentpage6權利要求1、一種循環式連續水解裝置，其特徵是由混合器、冷卻器、泵、反應器和單體貯槽組合而成；設置於高位的單體貯槽和設置於高位並具有油水分離作用的反應器的下位出料口，通過管道分別與位於單體貯槽和反應器下面的混合器的兩個進料口相連；所述混合器的出料口與冷卻器的一端相連接；冷卻器的另一端通過管道與泵的進口相連接；所述泵的出口通過管道與反應器的上位進料口相連接；所述反應器具有上位放空口。2、根據權利要求1所述的循環式連續水解裝置，其特徵是單體貯槽、反應器為立式布置。3、根據權利要求1或2所述的循環式連續水解裝置，其特徵是所述反應器是以錐形或橢圓形為底封頭的圓筒形容器;反應器的長度與直徑比為1:1-1:1.8;反應器的容積為0.005-20m3。4、根據權利要求1或2所述的循環式連續水解裝置，其特徵是所述混合器的混合段長度為200-1200ram。5、根據權利要求1或2所述的循環式連續水解裝置，其特徵是所述冷卻器的冷卻面積為0.05-20m2。6、根據權利要求1或2所述的循環式連續水解裝置，其特徵是所述的泵為耐腐蝕離心泵，泵的揚程為10-32m。7、根據權利要求1或2所述的循環式連續水解裝置，其特徵是所述的反應器採用不鏽鋼、搪瓷或耐高溫塑料。8、根據權利要求1或2所述的循環式連續水解裝置，其特徵是所述的混合器採用耐高溫塑料或不鏽鋼。專利摘要本實用新型涉及一種實現大規模地製取高質量羥基矽油的循環式連續水解裝置。由混合器、冷卻器、泵、反應器和單體貯槽組合而成。設置於高位的單體貯槽和設置於高位並具有油水分離作用的反應器的下位出料口，通過管道分別與位於單體貯槽和反應器下面的混合器的兩個進料口相連接，混合器的出料口與冷卻器的一端相連接，冷卻器的另一端通過管道與泵的進口相連接，泵的出口通過管道與反應器的上位進料口相連接。本實用新型解決了高活性有機矽化合物可循環式連續水解的問題並實現規模化生產。文檔編號C08G77/06GK201071348SQ20072011004公開日2008年6月11日申請日期2007年6月1日優先權日2007年6月1日發明者陳光琦,陳時榮申請人:杭州榮誠矽橡膠材料有限公司