氯代矽烷的水解的製作方法
2023-10-06 10:57:44
專利名稱：氯代矽烷的水解的製作方法
專利說明氯代矽烷的水解 本發明涉及在水解氯代矽烷以生產含有聚矽氧烷的水解物的方法中最大化回收HCl的方法。聚二甲基矽氧烷聚合物的製備是多步工藝。由直接工藝獲得的氯代矽烷的水解是本領域公知的，且得到環狀和線型矽烷醇封端的低聚物(稱為水解物)的混合物。在一些情況下，還獲得氯封端的聚合物。通過水解條件，例如氯代矽烷與水之比、溫度、接觸時間和溶劑，控制環狀低聚物與線型低聚物之比，以及線型矽氧烷的鏈長。商業上，通過間歇或者連續的方法進行二甲基二氯矽烷的水解。在典型的工業操作中，在連續的反應器內混合二甲基二氯矽烷與水。在潷析器內分離水解物和含水HCl的混合物。除去無水HCl，並可轉化成甲基氯，所述甲基氯然後可在直接工藝中再使用。洗滌水解物以除去殘留的酸，任選地添加鹼或者採用離子交換技術來進行中和，乾燥並過濾。典型的產率由約35-50％的環狀低聚物組成，和其餘由線型低聚物組成。水可加入到該水解物、環狀低聚物或者線型低聚物中以額外地除去氯化物。在連續的水解操作中，二甲基二氯矽烷完全轉化成僅僅線型低聚物也是可能的。在這一操作中，通過汽提工藝，分離環狀低聚物與線型低聚物，並混合環狀低聚物與二甲基二氯矽烷。這一混合物經歷平衡化變為氯封端的低聚物，隨後被水解。然後在其它矽氧烷聚合物的製備中使用矽烷醇封端的線型低聚物。在水解工藝中產生的含水HCl的問題是酸的棄置或回收。棄置環境有害的含水HCl溶液的代價和氯化物的固有價值使得回收成為優選的選擇。從含水HCl中回收無水HCl的一種工序是蒸餾該溶液，產生恆沸的HCl-水共沸物以及無水HCl。然而，在這一工藝中要求顯著大量的能量。因此，本領域仍需要提供HCl的增加回收率的方法。根據本發明，可通過在一些預定的條件、原料速度和輸入到含有用於進行加工功能的設備的環路內的輸入物下，進行該工藝，從而實現這一目的。此處的方法提供氯化物回收的改進，且能回收曾經被視為環境有害的有價值的商品，在經濟上具有優勢。因此，本發明涉及水解氯代矽烷以產生水解物的方法。該方法在含有水解反應器、HCl純化器、洗滌設備和分離器的環路體系中進行。該方法包括下述步驟(i)將來自外部來源的氯代矽烷餵入到水解反應器中，(ii)將來自外部來源的水餵入到洗滌設備中，(iii)將來自外部來源的至少10wt％HCl的高濃度含水HCl在洗滌設備和水解反應器之間餵入到水解反應器中，(iv)從HCl純化器去除無水HCl，(v)從洗滌設備中去除水解物，和(vi)從環路體系中去除0.1到小於10wt％HCl的低濃度含水HCl。優選地，在(iii)中高濃度的含水HCl為至少大於20wt％HCl並小於42wt％HCl。更優選，在(iii)中高濃度的含水HCl為32-36wt％HCl。在(vi)中低濃度的含水HCl優選為0.1到小於5wt％HCl，更優選為0.1到小於1wt％HCl。本發明方法的一些尤其新的特徵包括下述事實僅僅藉助洗滌設備，將純水餵入到該工藝中，而不是直接餵入到水解反應器本身內。第二個特徵是可從洗滌設備中引出低濃度的含水HCl溶液並棄置，其量足以維持水解反應器內化學計量用量的水。本發明的第三個特徵是可將高濃度的含水HCl溶液引入到環路內，其量足以提高從該工藝中回收HCl蒸氣。考慮到下述詳細說明，本發明的這些和其它特徵將變得顯而易見。
附圖
唯一的附圖是在進行本發明的方法中所使用的設備和材料的通用流程圖的功能性代表。根據該附圖可看出，本發明的水解工藝在含有水解反應器、HCl純化器、分離器和能在多步驟中進行洗滌的洗滌設備的環路內進行。將氯代矽烷餵入到水解反應器中，在此發生水解反應。流出水解反應器的是含有水解液、含水HCl和HCl蒸氣的混合物。在位於水解反應器下遊的HCl純化器內，分離HCl蒸氣與水解液和含水HCl。使流出HCl純化器的水解液和含水HCl進入分離器，在此分離水解液與含水HCl。該含水HCl是飽和的高濃度含水HCl。它與來自洗滌設備的低濃度的含水HCl一起返回到水解反應器中。使水解液流入到洗滌設備中以用餵入到洗滌設備內的純水處理。唯一供應到水解環路內的純水是餵入到洗滌設備內的純水供應。沒有單獨的純水供應源被餵入到水解反應器本身中。從洗滌設備中引出純化的水解液，並從洗滌設備中引出低濃度的含水HCl，並將其與流出分離器的含水HCl結合。同時，從洗滌設備中取出一部分低濃度的含水HCl並棄置。典型地，低濃度的含水HCl含有小於約5wt％的HCl，優選小於約1wt％的HCl。將所棄置的低濃度的含水HCl的量用作控制水解反應器內可獲得的水的總量的措施，以供進行水解反應。可看出，該方法要求兩種互不混溶的反應物液相接觸。一相包括氯代矽烷和另一相包括含水HCl。必需通過分散設備促進這兩相之間的界面接觸，所述分散設備提供一相在另一相內適當的分散。該方法的氯代矽烷原料含有通式R2SiCl2的氯代矽烷。R可以是氫或烴基，例如含有1-20個碳原子的烷基、環烷基、芳基或芳烷基。烴基可以是諸如甲基、乙基、丙基、異丙基、正丁基、異丁基、叔丁基、仲丁基、戊基、己基、苯基、甲苯基、苄基和β-苯乙基之類的基團。合適的氯代矽烷的一些實例包括諸如二甲基二氯矽烷(CH3)2SiCl2，二乙基二氯矽烷(C2H5)2SiCl2，二正丙基二氯矽烷(n-C3H7)2SiCl2，二異丙基二氯矽烷(i-C3H7)2SiCl2，二正丁基二氯矽烷(n-C4H9)2SiCl2，二異丁基二氯矽烷(i-C4H9)2SiCl2，二叔丁基二氯矽烷(t-C4H9)2SiCl2，正丁基甲基二氯矽烷CH3(n-C4H9)SiCl2，十八烷基甲基二氯矽烷CH3(C18H37)SiCl2，二苯基二氯矽烷(C6H5)2SiCl2，苯基甲基二氯矽烷CH3(C6H5)SiCl2，二環己基二氯矽烷(C6H11)2SiCl2，和甲基二氯矽烷CH3SiHCl2之類的化合物。優選的氯代矽烷是二甲基二氯矽烷和甲基二氯矽烷CH3HSiCl2。視需要，也可使用三氯矽烷R3SiCl，其中R與以上定義的相同。優選的三氯矽烷例如是三甲基氯代矽烷(CH3)3SiCl。在水解反應器環路內，相對於在餵入到環路內的氯代矽烷上存在的氯化物，採用化學計量用量的水，進行本發明的方法。為了本發明的目的，化學計量當量是1摩爾水/2摩爾以氯代矽烷形式加入到該方法中的氯化物。用HCl基本上飽和流出水解反應器的水。「基本上飽和」是指在工藝條件下，離開反應器的水含有的HCl濃度使得作為水解反應結果釋放的額外的氯化物從該方法中以無水HCl形式排放。可在約10℃-100℃的溫度下進行該方法。優選的溫度範圍為約25℃-40℃。可在其內進行工藝的水解反應器內的壓力範圍可以是小於1atm到10atm。流出可在其內進行工藝的水解反應器的蒸氣的壓力範圍可以是小於1atm(絕壓)到10atm。當流出的HCl氣體可被壓縮以供下遊使用時，優選的壓力是最多1.5atm，和當可避免氣體壓縮時，最優選的壓力為4.5至5.5atm。可通過分離氣相和液相以及分離多相液體的任何合適的設備，進行流出水解反應器的水解物中的各組分的分離。根據本發明，在HCl純化器內的埠取出HCl蒸氣，並從位於HCl純化器液面下方的HCl純化器內的埠取出水解液相。所取出的流出HCl純化器的液相由含水HCl相和含有矽氧烷的水解液相組成。在分離器中分離含水HCl相與水解液相。可通過諸如汽提、離心、聚結、膜分離或通過機械擋板加強以縮短待分離的各相的平均流動路徑的重力分離之類的技術進行這一分離。循環來自分離器的已分離的含水HCl到水解反應器中。在引入到水解反應器中之前，可預熱進入水解反應器的水相，以維持水解反應器的溫度在所需的溫度下。可通過標準設備，例如通過給含水HCl通過其中返回到該工藝中的導管提供熱，或者通過使用本領域已知的熱交換，來實現預熱。為了確保產物的穩定性，在洗滌設備中進行水解液的一次或多次水洗，以除去殘留的氯化物。洗滌工藝的優選方法是相對於以二有機基二氯矽烷形式餵入到該工藝中的起始氯化物原料，用化學計量過量的水進行洗滌。洗滌在水解液內的矽氧烷所使用的水以低濃度的含水HCl形式被循環到水解反應器中。將其與流出分離器的含水HCl結合。如上所述地取出並棄置來自洗滌設備的一部分低濃度的含水HCl。列出下述實施例，以便更詳細地闡述本發明。
實施例在25℃-40℃下，在含水濃HCl形式的化學計量用量的水中連續水解二甲基二氯矽烷。將這一反應的產物分離成氣相(以供進一步純化成HCl)和兩個液相。通過重力沉降收集飽和含水HCl的液相，並循環到水解反應器中。潷析掉水解液相以供進一步水洗和分離。在該實施例中，將比值為1.89W的化學計量過量的純水餵入到洗滌設備中。W代表對於在水解反應器內發生的起始二甲基二氯矽烷的反應來說，在水解反應器內所要求的化學計量用量的水。以含有小於約1wt％HCl的含水稀鹽酸形式從洗滌設備中棄置相當於1.25W的水量。將0.36W的單獨水量以含有32wt％HCl的含水HCl形式餵入到該體系中以供二甲基二氯矽烷的水解反應。這將增加無水HCl的總回收率到從二甲基二氯矽烷中可獲得的HCl理論量的104％。可在沒有脫離本發明的基本精神的情況下對此處所述的化合物、組合物和方法進行其它改性。此處具體地所述的本發明實施方案僅僅是例舉，不打算為限制本發明的範圍，本發明的範圍通過所附的權利要求書來確定。
權利要求
1.在含有水解反應器、HCl純化器、洗滌設備和分離器的環路體系中水解氯代矽烷以產生水解物的方法，該方法包括下述步驟(i)將來自外部來源的氯代矽烷餵入到水解反應器中，(ii)將來自外部來源的水餵入到洗滌設備中，(iii)將來自外部來源的至少10wt％HCl的高濃度含水HCl在洗滌設備和水解反應器之間餵入到水解反應器中，(iv)從HCl純化器去除無水HCl，(v)從洗滌設備中去除水解物，和(vi)從環路體系中去除0.1到小於10wt％HCl的低濃度含水HCl。
2.權利要求1的方法，其中在(iii)中高濃度的含水HCl為至少大於20wt％HCl並小於42wt％HCl。
3.權利要求2的方法，其中在(iii)中高濃度的含水HCl為32-36wt％HCl。
4.權利要求1的方法，其中在(vi)中低濃度的含水HCl為0.1到小於5wt％HCl。
5.權利要求4的方法，其中在(vi)中低濃度的含水HCl為0.1到小於1wt％HCl。
6.權利要求1的方法，其中氯代矽烷選自二甲基二氯矽烷、二乙基二氯矽烷、二正丙基二氯矽烷、二異丙基二氯矽烷、二正丁基二氯矽烷、二異丁基二氯矽烷、二叔丁基二氯矽烷、正丁基甲基二氯矽烷、十八烷基甲基二氯矽烷、二苯基二氯矽烷、苯基甲基二氯矽烷、二環己基二氯矽烷、甲基二氯矽烷和三甲基氯代矽烷。
全文摘要
在含有水解反應器、HCl純化器、洗滌設備和分離器的環路體系中水解氯代矽烷成水解物。該方法的步驟包括(i)將來自外部來源的氯代矽烷餵入到水解反應器中，(ii)將來自外部來源的水餵入到洗滌設備中，(iii)將來自外部來源的至少10wt％HCl的高濃度含水HCl在洗滌設備和水解反應器之間餵入到水解反應器中，(iv)從HCl純化器取出無水HCl，(v)從洗滌設備中去除水解物，和(vi)從環路體系中去除0.1到小於10wt％HCl的低濃度含水HCl。
文檔編號C08G77/08GK101035838SQ200580033669
公開日2007年9月12日 申請日期2005年8月9日 優先權日2004年10月5日
發明者A·B·甘米 申請人:陶氏康寧公司