Способ гидролиза метилтрихлорсилана и продукт его гидролиза

Способ гидролиза метилтрихлорсилана и продукт его гидролиза

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к способу гидролиза метилтрихлорсилана и получаемому этим способом продукту, который может быть использован в качестве исходного для получения адсорбентов для техники и медицины, для производства гидрофобизирующих составов, наполнителей в производстве строительных материалов.

Известен продукт гидролиза метилтрихлорсилана (МТХС) состава (СН₃SiO_1,5)_х, который получают прибавлением МТХС к эмульсии воды и бутилового спирта или толуола (К.А.Андрианов «Методы элементоорганической химии. Кремний», Москва, Наука, 1968, с.699). Однако получаемый данным способом продукт плохо растворим в горячей щелочи, содержит значительные количества адсорбированного органического растворителя, который практически невозможно удалить отмывкой водой.

Наиболее близким к заявленному по технической сущности является гидролиз МТХС осуществляемый путем прибавления его при охлаждении в отмеренное количество воды (В.М.Михайлов и др. «Производство мономерных и полимерных кремнийорганических соединений», Москва, Химия, 1972, с.105-107). Процесс сильно экзотермичен, поэтому при его осуществлении путем охлаждения реактора водой поддерживается определенная температура реакционной смеси, которая не должна превышать 50°С. В результате образуется дисперсный продукт состава (CH₃SiOi_1,5)_xnH₂O, который трудно выделить фильтрованием, поэтому на его выделение и отмывку затрачивается большое количество времени и воды, процесс проводят в нескольких аппаратах.

Таким образом имеется необходимость в разработке нового способа гидролиза МТХС, который можно было бы осуществить в одном реакторе, за более короткий срок, при этом сэкономить используемое количество воды и получить с большим выходом гранулированный продукт гидролиза МТХС, который имел бы повышенную растворимость в горячей щелочи и легко выделялся из реакционной смеси.

Поставленная задача решается способом гидролиза МТХС путем введения МТХС в воду с последующим выделением и промывкой продукта гидролиза, отличающийся тем, что проводят при 40-60°С 2-3 циклами при массовом соотношении МТХС : вода от 1:8 до 1:12, причем в каждом цикле 30-50 об.% от общего количества МТХС постепенно вводят в 30-50 об.% от общего количества воды, перемешивают и отделяют водный раствор образовавшейся соляной кислоты. В результате получают продукт с выходом 95,2-96,8% по отношению к исходному МТХС, который легко выделяется из реакционной смеси и имеет повышенную растворимость в горячей щелочи.

Ниже приводятся примеры способа гидролиза МТХС.

Пример 1 (по прототипу). В реактор с водяной рубашкой помещают 1200 л воды и прибавляют в течение 10 часов 200 л (254 кг) метилтрихлорсилана. Температуру процесса 50°С поддерживают за счет охлаждения реактора холодной водой.

После отстаивания и уплотнения осадка в течение 20 часов, образовавшийся раствор соляной кислоты сливают через верхний патрубок в сборник. В реактор заливают воду и образовавшуюся массу передавливают в друк-фильтр и фильтруют через латунную сетку. Полученный дисперсный осадок промывают водой через друк-фильтр 12 раз до достижения необходимой кислотности промывных вод. Общий объем промывных вод составляет 25700 л. Выход гидромассы состава (СН₃SiO_1,5)_х·3,4Н₂О составляет 180 кг или 82,6% по отношению к исходному МТХС.

Пример №2. В реактор (без водяной рубашки) заливают 200 л воды и прибавляют при перемешивании в течение 70 минут 25 л МТХС, смесь перемешивают в течение 30 минут и после выключения мешалки отделяют образовавшуюся соляную кислоту фильтрованием в течение 12 мин. После этого цикл повторяют. При осуществлении данного процесса реакционная смесь разогревалась до температуры 60°С. Промывку продукта, образовавшегося в результате осуществления двух циклов, проводят в том же реакторе до достижения кислотности промывных вод, равной рН 5,0.

Синтез по примерам №№3-6 проводили аналогично описанному в примере №2. Параметры и результаты синтеза приведены в табл.1.

Из приведенных в табл.1 данных следует, что новый способ получения продукта гидролиза МТХС имеет значительные преимущества перед известным (прототип). Так, новый способ позволяет осуществить синтез с экономией по времени 1,5-2,2 раза, дает возможность более чем в 5 раз уменьшить расход воды на отмывку и увеличить на 12,6-14,2% выход готового продукта.

Соединения по примерам №№2-6, полученные по заявляемому способу, анализировали на содержание воды, кремния, углерода и водорода. Воду определяли путем изотермического нагревания образцов до постоянной массы при температуре 100-110°С, кремний - весовым методом в виде SiO₂, углерод и водород - на CHN-анализаторе фирмы "Карло-Эрба" (Италия). Кроме того, измерялись параметры, характеризующие продукт в качестве исходных веществ для синтеза гидрогелей метилкремниевой кислоты: определяли внешний вид (ГОСТ 20841.1-75), размер гранул, насыпную плотность, растворимость в 45% водном растворе NaOH. Размер гранул определяли визуально, перенося выборку до 50 г продукта на лист черной бумаги и измеряя метрической линейкой диаметр гранул от наименьших до наибольших; насыпную плотность (d_Н=m/V, г/см³) определяли путем заполнения продуктом (с легкой вибрацией) цилиндра определенного объема и последующего взвешивания. Растворимость продукта гидролиза МТХС гранулированного влагосодержащего полиметилсиланола в щелочи определяли следующим образом: 50 г предварительно высушенного при 150-200°С продукта помещали в колбу и прибавляли нагретый до 100°С 45% водный раствор NaOH, содержащий рассчитанное количество 100% щелочи (X), которое определяли по формуле:

Х-0,65 (100-α), г,

где α - массовая доля влаги, определенная по ГОСТ 12597-67, 0,65 - экспериментально установленный коэффициент.

После перемешивания в течение 15 мин содержимое колбы охлаждали до комнатной температуры, не растворившуюся часть отделяли фильтрованием, промывали 100 мл дистиллированной воды и сушили до постоянной массы.

Растворимость рассчитывали по формуле:

где m₁ - навеска образца гранулированного влагосодержащего полиметилсиланола, взятая для испытаний, г;

m₂ - масса фильтра, г;

m₃ - масса фильтра с осадком, г.

Результаты идентификации соединений, синтезированных по примерам 1-6, приведены в табл.2. Из полученных данных следует, что соединения в отличие от известных имеют большую растворимость, выделяются из реакционной смеси в виде гранул с размером от 3,0 до 10,0 мм, а данные по содержанию элементов и удаляемой при нагревании воды свидетельствуют о том, что соединения в своем составе имеют еще дополнительно и структурно связанную воду.

1. Способ гидролиза метилтрихлорсилана путем введения метилтрихлорсилана в воду с последующим выделением и промывкой продукта гидролиза, отличающийся тем, что процесс проводят при температуре 40-60°С 2-3 циклами при массовом соотношении метилтрихлорсилан: вода от 1:8 до 1:12, причем в каждом цикле 30-50 об.% от общего количества метитрихлорсилана постепенно вводят в 30-50 об.% от общего количества воды, перемешивают и отделяют водный раствор образовавшейся соляной кислоты.

2. Продукт гидролиза метилтрихлорсилана, отличающийся тем, что он получен способом по п.1.