利用三氯氢硅副产物四氯化硅生产聚硅酸乙酯的制备工艺

摘要

本发明本发明涉一种利用三氯氢硅副产物四氯化硅生产聚硅酸乙酯的制备工艺，包括如下步骤：第一步，在85——95℃温度下，往高塔酯化釜中按体积比1：0.7-1加入四氯化硅与无水乙醇，反应1.5-2h，生成目标产物聚硅酸乙酯粗品和氯化氢气体等少量其他的副产物；氯化氢副产品通过降膜吸收器吸收，得到聚硅酸乙酯粗品；第二步，聚硅酸乙酯粗品通过中和、精馏工序除掉酸和乙醇副产物，得到温度为160-180℃馏分；第三步，将得到的馏分聚硅酸乙酯与水混合后，进行水解，得到水解产物聚硅酸乙酯Si-40。由于利用三氯氢硅生产过程中产生的副产物四氯化硅作为原料，既充分利用了资源，减少了副产物的排放，也节约了资金，一举多得。

说明书

技术领域

本发明涉及硅烷偶联剂的制备工艺技术领域，具体的说，是涉及一种利用三氯氢硅副产物四氯化硅生产聚硅酸乙酯的制备工艺。

背景技术

聚硅酸乙酯是制备有机硅树脂材料的重要原料，凡是含Si-C 键的化合物通称为有机硅化合物，习惯上也常把那些通过氧、硫、氮等使有机基与硅原子相连接的化合物当作有机硅化合物。其中，以硅氧键（-Si-O-Si-）为骨架组成的聚硅氧烷，是有机硅化合物中为数最多、研究最深、应用最广的一类，约占总用量的90%以上。有机硅由于兼备了无机材料与有机材料的性能，因而具有耐高低温、电气绝缘、耐臭氧、耐辐射、难燃、憎水、耐腐蚀、无毒无味以及生理惰性等优异特性。其主要功能有：密封、封装、粘合、润滑、涂层、层压、表面活性、脱膜、消泡、发泡、交联、防水、防潮、惰性填充等，因此被广泛应用于电子电气、建筑、化工、纺织、轻工、医疗等各行业。随着有机硅数量和品种的持续增长， 其应用领域不断拓宽，形成化工新材料界独树一帜的重要产品体系，许多品种则是其他化学品无法替代而又必不可少的。硅酸乙酯是一种硅有机化合物，通常所讲的硅酸乙酯是聚硅酸乙酯Si(OC₂H₅)₄。根据产品中SiO₂的含量，商品硅酸乙酯有多种牌号，聚硅酸乙酯SiO₂含量约为28 %（俗称Si-28）。工业上用到的还有Si-30，Si-32 等。聚硅酸乙酯被广泛应用于防腐涂料、有机硅等行业，用于制造耐化学品涂料和耐热涂料也用作制备有机硅的溶剂。近几年来,聚硅酸乙酯作为新材料合成常用的前驱体，日益受到人们的高度关注。

     目前行业中主要采用两种方法合成聚硅酸乙酯：一种是利用硅粉和无水乙醇在可溶性均相催化剂的催化下直接反应，生成聚硅酸乙酯，另一种方法是利用四氯化硅和无水乙醇反应制备聚硅酸乙酯，两种方法各有优缺点。目前行业中主要采用后者制备聚硅酸乙酯，主要采用间歇工艺和连续发工艺。

本发明正是基于现有技术中合成聚硅酸乙酯中两种方法各自的优点及缺陷开发出半连续生产工艺，结合了两者的优点，克服了各自缺陷。

发明内容

本发明的目的在于适应现实需要，提供一种利用三氯氢硅副产物四氯化硅生产聚硅酸乙酯的制备工艺。

为了实现本发明的目的，本发明采用的技术方案为：

一种利用三氯氢硅副产物四氯化硅生产聚硅酸乙酯的制备工艺，包括如下步骤：

第一步，在85——95℃温度下，往高塔酯化釜中按体积比1：0.7-1加入四氯化硅与无水乙醇，反应1.5-2 h，生成目标产物聚硅酸乙酯粗品和氯化氢气体等少量其他的副产物；氯化氢副产品通过降膜吸收器吸收，得到聚硅酸乙酯粗品；

第二步，聚硅酸乙酯粗品通过中和、精馏工序除掉酸和乙醇副产物，得到温度为160-180℃馏分；

第三步，将得到的馏分聚硅酸乙酯与水混合后，进行水解，得到水解产物聚硅酸乙酯Si-40。

无水乙醇通过乙醇蒸发罐形成乙醇蒸汽，乙醇蒸汽从乙醇蒸发罐出来后进入乙醇缓冲罐，从乙醇缓冲罐出来后先进入高塔进行醇解酯化，然后进入酯化釜，并用流量计控制流量；所述高塔与降膜吸收器连通，所述酯化釜与收集罐连通；所述四氯化硅由四氯化硅储罐流出，流经过滤器后由流量计控制流量进入高塔，然后进入酯化釜。

乙醇蒸汽从乙醇缓冲罐出来后，先开启无水乙醇高塔进气阀，将乙醇蒸汽的流量控制通过流量计控制在40±5m³/h，将塔顶温度控制在48±2℃；然后再开启四氯化硅进料端流量计，控制四氯化硅流量，打开酯化釜导热油进出口油阀，控制进油量，继续控制塔顶温度在50±2℃，待酯化釜温度升到约为170℃准备出料，检测抽检合格后，抽负压收集到收集罐中，得到聚硅酸乙酯粗品，抽检合格的指标设定为，聚硅酸乙酯粗品中聚硅酸乙酯的含量达到97——98%，ph值在5——6之间。

所述乙醇蒸发罐压力控制在0.1MPa以内，蒸发罐中液态乙醇控制在二分之一的液位以下，通过薄膜控制阀将乙醇蒸发罐中氮气输入压力控制在0.2-0.25MPa之间，开启乙醇缓冲罐乙醇蒸汽进气阀，打开导热油进出口阀，所述乙醇缓冲罐中导热油油温在170—190℃，罐内乙醇温度在140—160℃。

所述高塔与所述降膜吸收器一端的循环水冷系统连通，降膜吸收器的另一端与盐酸储罐泵连通，开启盐酸储罐泵，使所述降膜吸收器负压达到-0.03MPa，使系统保持稳定的负压状态，所述四氯化硅储罐的罐内氮气压力0.2-0.25MPa。

所述聚硅酸乙酯粗品在中和釜中进行中和，采用乙醇钠作为中和剂，中和后导入精馏釜精馏得到160-180℃的馏分，得到预产物聚硅酸乙酯。

将聚硅酸乙酯和水按照体积比1：0.28比例混合，通过控制冷却水流量控制精馏釜温度范围为40-60℃，然后在40min内慢慢加入酸性催化剂HCL水溶液，然后搅拌，防止水解缩聚过程放热聚集导致爆沸，继续反应1.5h，反应完毕后，控制120℃左右进行精馏，除去乙醇和水分，得到目标产物聚硅酸乙酯Si-40。            

本发明的有益效果在于：

1.本发明采用气相醇解酯化工艺，气体接触面积大，反应更充分，原料转化率可达到99%以上；

2.本发明采用的半连续生产工艺，与传统工艺相比，同时具有间歇工艺的灵活性，又具有连续法工艺的收率高、产量大、质量好、环境污染少等特点；

3.通过本发明工艺生产出的产品，聚硅酸乙酯Si-40，为无色透明液体，含量达到99%以上，SiO₂含量为39%-43%，酸度小于0.01，粘度为4-7 mpa.s；

4．同时，由于利用三氯氢硅生产过程中产生的副产物四氯化硅作为原料，既充分利用了资源，减少了副产物的排放，也节约了资金，一举多得。

附图说明

图1为本发明制备工艺的流程示意图；

图2为采用本发明的制备工艺得到的聚硅酸乙酯的技术指标。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

实施例：参见图1，图2。

本发明公开了一种利用三氯氢硅副产物四氯化硅生产聚硅酸乙酯的制备工艺，包括如下步骤：

第一步，在85——95℃温度下，往高塔酯化釜中按体积比1：0.7-1加入四氯化硅与无水乙醇，反应1.5-2 h，生成目标产物聚硅酸乙酯粗品和氯化氢气体等少量其他的副产物；氯化氢副产品通过降膜吸收器吸收，得到聚硅酸乙酯粗品；

具体步骤细化为：

（1）无水乙醇先通过乙醇蒸发罐形成乙醇蒸汽，所述乙醇蒸发罐压力控制在0.1MPa以内，蒸发罐中液态乙醇控制在二分之一的液位以下，通过薄膜控制阀将乙醇蒸发罐中氮气输入压力控制在0.2-0.25MPa之间。

（2）乙醇蒸汽从乙醇蒸发罐出来后，开启乙醇缓冲罐乙醇蒸汽进气阀，乙醇进入乙醇缓冲罐，打开导热油进出口阀，所述乙醇缓冲罐中导热油油温在170—190℃，罐内乙醇温度在140—160℃。

（3）乙醇蒸汽从乙醇缓冲罐出来后，先开启无水乙醇高塔进气阀进入高塔进行醇解酯化，将乙醇蒸汽的流量控制通过流量计控制在40±5m³/h，将塔顶温度控制在48±2℃；

（4）高塔与所述降膜吸收器一端的循环水冷系统连通，降膜吸收器的另一端与盐酸储罐泵连通，开启盐酸储罐泵，使所述降膜吸收器负压达到-0.03MPa，使系统保持稳定的负压状态；

（5）打开四氯化硅储罐输送阀，所述四氯化硅储罐的罐内氮气压力0.2-0.25MPa，然后再开启四氯化硅进料端流量计向高塔进料，控制四氯化硅流量，打开酯化釜导热油进出口油阀，控制进油量，继续控制塔顶温度在50±2℃，待酯化釜温度升到约为170±5℃准备出料，检测抽检合格后，抽负压收集到收集罐中，得到聚硅酸乙酯粗品，抽检合格的指标设定为，聚硅酸乙酯粗品中聚硅酸乙酯的含量达到97——98%，ph值在5——6之间。

第二步，聚硅酸乙酯粗品通过中和、精馏工序除掉酸和乙醇副产物，得到温度为160-180℃馏分；聚硅酸乙酯粗品在中和釜中进行中和，采用乙醇钠作为中和剂，中和后导入精馏釜精馏得到160-180℃的馏分，得到预产物聚硅酸乙酯。

第三步，将得到的馏分聚硅酸乙酯与水混合后，进行水解，得到水解产物聚硅酸乙酯Si-40。

第三步的水解工序为，将聚硅酸乙酯和水按照体积比1：0.28比例混合，通过控制冷却水流量控制精馏釜温度范围为40-60℃，然后在40min内慢慢加入酸性催化剂HCL水溶液，加入量控制在0.05比例之内，这个0.05是体积比，是HCL水溶液与聚硅酸乙酯与水的混合液的比例，然后搅拌，防止水解缩聚过程放热聚集导致爆沸，继续反应1.5h，反应完毕后，控制120℃左右进行精馏，除去乙醇和水分，得到目标产物聚硅酸乙酯Si-40。

本发明有效的利用了三氯氢硅合成生产中产生的副产物四氯化硅，并且采用了高塔酯化醇解工艺，对尾气氯化氢进行吸收，脱析等处理后送往三氯氢硅车间进行循环利用，减少了尾气的排放，并且更加环保。