一种脱水剂脱水及辅助催化合成烷氧基硅烷的方法

技术领域

本发明涉及烷氧基硅烷的合成，特别是正硅酸四壬酯剂正硅酸四癸酯的合成。

技术背景

有机烷氧基硅烷的制备主要有氯硅烷醇解法及低级脂肪醇与单质硅直接反应两种方法。两种方法均以单质硅为起点，原料成本高，能耗大，污染严重。本发明以硅藻土和硅酸为硅源制备有机烷氧基硅烷。硅藻土在自然界储量丰富，廉价易得；硅酸是由硅酸盐与酸作用来制取，操作简单，成本低廉，易大量获取。硅藻土的主要矿物成分为蛋白石(SiO

故本发明以硅藻土、硅酸为原料与醇直接合成烷氧基硅烷的方法，选择合适的催化剂及脱水剂，直接使用在体系内部脱水的方法，将反应所生成的水及时的结合反应掉。氧化钙与过程中生成的水反应生成的氢氧化钙为强碱，可辅助催化硅源与醇的反应。这种方法用于辅助催化硅藻土和硅酸这种反应过程中会产生较多水的硅源与醇的反应，效果甚佳，且用到的脱水剂也是廉价易得，环境友好的。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明的目的在于发明一种脱水剂脱水及辅助催化合成烷氧基硅烷的方法。包括以下步骤：取适量硅源加入过量醇中，加热至150-160 ℃下，保温搅拌0.5-1小时，氮气置换后降温至室温，氮气保护下快速加入催化剂和脱水剂，氮气氛围下进行保温反应，反应完成后过滤，滤液经氮气置换后减压蒸馏除去未反应的醇，蒸馏残余物加入有机溶剂搅拌后过滤，滤液减压蒸馏除去溶剂，得到烷氧基硅烷。

上述方案中，硅源为硅藻土或硅酸。

上述方案中，醇为正壬醇或正癸醇。

上述方案中，所述的催化剂为无水氯化镁或无水氯化铝。

上述方案中，脱水剂为氧化钙，且硅源与氧化钙的摩尔比为1：1~3。

保温反应温度为210 ℃~250 ℃，保温反应时间为4-12 h。

首先将硅源与醇的混合物加热，使硅源初步分解出水分，降低其在反应时分解的水分；醇在高温下分解出的烷氧基自由基（-OR）在催化剂的作用下与硅源反应得到烷氧基硅烷，反应伴有副产物水的生成，氧化钙吸收水分生成氢氧化钙；氢氧化钙提供了碱性环境，促进烷氧基自由基（-OR）的生成，烷氧基自由基与硅源反应生成烷氧基硅烷。

本发明的有益效果如下：1）本发明采用硅藻土等廉价硅源，降低生产成本；2）本发明直接以硅藻土及硅酸为硅源，规避了二氧化硅还原为单质硅及二氧化硅制备的过程，反应流程短，能耗低，且环境友好。

附图说明

图1为实施例1制备得到的正硅酸四壬酯红外谱图。

图2为实施例7制备得到的正硅酸四癸酯红外谱图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面对本发明作进一步详细描述。

实施例1

取1.95 g硅酸加入过量正壬醇中，搅拌加热至155 ℃，保温搅拌0.5小时，氮气置换3次，降温至25 ℃。氮气保护下，快速加入0.95 g无水氯化镁和1 g氧化钙，氮气置换后，氮气氛围下220 ℃保温反应4 h，降温至40 ℃过滤。滤液氮气置换后140 ℃减压蒸馏除去未反应的正壬醇，蒸出的正壬醇收集回收利用。残余物加入乙醇搅拌1小时后过滤，滤液60℃下旋蒸除去乙醇，得到油状正硅酸四壬酯，收率为63.2%。其红外图谱如图1所示，1455cm

实施例2

取1.90 g硅酸加入过量正壬醇中，搅拌加热至150 ℃，保温搅拌0.5小时，氮气置换3次，降温至25 ℃。氮气保护下，快速加入0.98 g无水氯化镁和1.2 g氧化钙，氮气置换后，氮气氛围下217 ℃保温反应5 h，降温至40℃过滤。滤液氮气置换后140 ℃减压蒸馏除去未反应的正壬醇，馏出的正壬醇收集回收利用。残余物加入甲醇搅拌1小时后过滤，滤液40 ℃下旋蒸除去甲醇，得到油状正硅酸四壬酯，收率为66.1%。

实施例3

取1.64 g硅藻土加入过量正壬醇中，搅拌加热至155 ℃，保温搅拌0.5小时，氮气置换3次，降温至25 ℃。氮气保护下，快速加入1.01 g无水氯化镁和1.6 g氧化钙，氮气置换后，氮气氛围下218 ℃保温反应5 h，降温至40℃过滤。滤液氮气置换后150 ℃减压蒸馏除去未反应的正壬醇，馏出的正壬醇收集回收利用。残余物加入异丙醇搅拌1小时后过滤，滤液80 ℃下旋蒸除去异丙醇，得到油状正硅酸四壬酯，收率为61.3%。

实施例4

取1.7 g硅藻土加入过量正壬醇中，搅拌加热至155 ℃，保温搅拌0.5小时，氮气置换3次，降温至25 ℃。氮气保护下，快速加入0.96 g无水氯化镁和2 g氧化钙，氮气置换后，氮气氛围下222 ℃保温反应5 h，降温至40℃过滤。滤液氮气置换后140 ℃减压蒸馏除去未反应的正壬醇，馏出的正壬醇收集回收利用。残余物加入乙醇搅拌1小时后过滤，滤液60 ℃下旋蒸除去乙醇，得到油状正硅酸四壬酯，收率为59.8%。

实施例5

取1.80 g硅藻土加入过量正壬醇中，搅拌加热至155 ℃，保温搅拌0.5小时，氮气置换3次，降温至25 ℃。氮气保护下，快速加入0.99 g无水氯化镁和1.3 g氧化钙，氮气置换后，氮气氛围下220 ℃保温反应6 h，降温至40 ℃过滤。滤液氮气置换后145 ℃减压蒸馏除去未反应的正壬醇，馏出的正壬醇收集回收利用。残余物加入乙醇搅拌1小时后过滤，滤液60 ℃下旋蒸除去乙醇，得到油状正硅酸四壬酯，收率为60.2%。

实施例6

取2.00 g硅酸加入过量正壬醇中，搅拌加热至155 ℃，保温搅拌0.5小时，氮气置换3次，降温至25 ℃。氮气保护下，快速加入0.95 g无水氯化镁和1.6 g氧化钙，氮气置换后，二氧化碳氛围下218 ℃保温反应6 h，降温至40 ℃过滤。滤液氮气置换后140 ℃减压蒸馏除去未反应的正壬醇，馏出的正壬醇收集回收利用。残余物加入异丙醇搅拌1小时后过滤，滤液80 ℃下旋蒸除去异丙醇，得到油状正硅酸四壬酯，收率为66.7%。

实施例7

取1.80 g硅藻土加入过量正癸醇中，搅拌加热至153 ℃，保温搅拌0.5小时，氮气置换3次，降温至25 ℃。氮气保护下，快速加入0.95 g无水氯化镁和1 g氧化钙，氮气置换后，氮气氛围下235 ℃保温反应6 h，降温至40 ℃过滤。滤液氮气置换后160 ℃减压蒸馏除去未反应的正癸醇，馏出的正癸醇收集回收利用。残余物加入乙醇搅拌1小时后过滤，滤液60 ℃下旋蒸除去乙醇，得到油状正硅酸四癸酯，冷却至25 ℃凝固得到蜡状固体，收率为58.9%。其红外图谱如图2所示，其红外光谱如图2所示，1468 cm

实施例8

取2.01 g硅酸加入过量正癸醇中，搅拌加热至153 ℃，保温搅拌0.5小时，氮气置换3次，降温至25 ℃。氮气保护下，快速加入.01 g无水氯化镁和2.00 g氧化钙，氮气置换后，氮气氛围下240 ℃保温反应6 h，降温至40 ℃过滤。滤液氮气置换后170 ℃减压蒸馏除去未反应的正癸醇，馏出的正癸醇收集回收利用。残余物加入甲醇搅拌1小时后过滤，滤液45 ℃下旋蒸除去甲醇，得到油状正硅酸四癸酯，冷却至25 ℃凝固得到蜡状固体，收率为68.1%。

实施例9

取1.91 g硅酸加入过量正癸醇中，搅拌加热至153 ℃，保温搅拌0.5小时，氮气置换3次，降温至25 ℃。氮气保护下，快速加入0.98 g无水氯化镁和1.10 g氧化钙，氮气氛围下230 ℃保温反应6 h，降温至40℃过滤。滤液氮气置换后160 ℃减压蒸馏除去未反应的正癸醇，馏出的正癸醇收集回收利用。残余物加入异丙醇搅拌1小时后过滤，滤液80 ℃下旋蒸除去异丙醇，得到油状正硅酸四癸酯，冷却至25 ℃凝固得到蜡状固体，收率为65.5%。

实施例10

取1.71 g硅藻土加入过量正癸醇中，搅拌加热至153 ℃，保温搅拌0.5小时，氮气置换3次，降温至25 ℃。氮气保护下，快速加入0.96 g无水氯化镁和1.00 g氧化钙，氮气置换后，氮气氛围下235 ℃保温反应5 h，降温至40℃过滤。滤液氮气置换后160 ℃减压蒸馏除去未反应的正癸醇，馏出的正癸醇收集回收利用。残余物加入乙醇搅拌1小时后过滤，滤液60 ℃下旋蒸除去乙醇，得到油状正硅酸四癸酯，冷却至25 ℃凝固得到蜡状固体，收率为58.1%。

实施例11

取1.75 g硅藻土加入过量正癸醇中，搅拌加热至153 ℃，保温搅拌0.5小时，氮气置换3次，降温至25 ℃。氮气保护下，快速加入0.95 g无水氯化镁和1.20 g氧化钙，氮气置换后，氮气氛围下230 ℃保温反应5 h，降温至40℃过滤。滤液氮气置换后165 ℃减压蒸馏除去未反应的正癸醇，馏出的正癸醇收集回收利用。残余物加入甲醇搅拌1小时后过滤，滤液50 ℃下旋蒸除去甲醇，得到油状正硅酸四癸酯，冷却至25 ℃凝固得到蜡状固体，收率为59.6%。

对比例1

取1.92 g硅酸加入过量正壬醇中，搅拌加热至153 ℃，保温搅拌0.5小时，氮气置换3次，降温至25 ℃。氮气保护下，快速加入0.99 g无水氯化镁，氮气置换后，氮气氛围下217 ℃保温反应5 h，降温至40 ℃过滤。滤液氮气置换后140 ℃减压蒸馏除去未反应的正壬醇，馏出的正壬醇收集回收利用。残余物加入甲醇搅拌1小时后过滤，滤液40 ℃下旋蒸除去甲醇，得到油状正硅酸四壬酯，收率为5.5%。

对比例2

取1.65 g硅藻土加入过量正壬醇中，搅拌加热至153 ℃，保温搅拌0.5小时，氮气置换3次，降温至25 ℃。氮气保护下，快速加入0.98 g无水氯化镁，氮气置换后，氮气氛围下217 ℃保温反应5 h，降温至40℃过滤。滤液氮气置换后140 ℃减压蒸馏除去未反应的正壬醇，馏出的正壬醇收集回收利用。残余物加入甲醇搅拌1小时后过滤，滤液40 ℃下旋蒸除去甲醇，得到油状正硅酸四壬酯，收率3.1%。