一种以六甲基二硅氧烷为原料制备六甲基二硅氮烷的方法

摘要

本发明涉及化工制备领域，公开了一种以六甲基二硅氧烷为原料制备六甲基二硅氮烷的方法，包括：1）、将六甲基二硅氧烷投入到反应容器中，通入干燥氯化氢气体，生成三甲基氯硅烷和水；在反应过程中将水排除；当六甲基二硅氧烷与三甲基氯硅烷的混合液中三甲基氯硅烷占混合液质量的30%时，停止通氯化氢气体；2）、将得到的混合液转移至另一反应器中并进行搅拌，通入干燥氨气，生成六甲基二硅氮烷和氯化铵；3）、将步骤2）反应产物中的氯化铵分离，对剩余物进行精馏除去六甲基二硅氧烷，制得六甲基二硅氮烷。本发明方法工艺简单，绿色环保，安全可靠，在保证产品品质的前提下，大幅度降低了生产成本。

说明书

技术领域

本发明涉及化工制备领域，尤其涉及一种以六甲基二硅氧烷为原料制备六甲基二硅氮烷的方法。

背景技术

六甲基二硅氮烷为一种无色透明液体，是一种重要的有机硅化合物，在有机硅化学及有机合成领域有着广泛的应用。目前，六甲基二硅氮烷的制备一般都是以三甲基氯硅烷为原料，在惰性有机溶剂中与氨气反应制得。而作为原料的三甲基氯硅烷，六甲基二硅氮烷的生产厂家一般都是采购而得的，成本较高。而三甲基氯硅烷的制备，目前一般采用氯甲烷和硅粉在催化剂作用下直接合成，再经分馏得到纯品。但是这一制备方法的生产成本较高，而且生产具有一定的危险性。

申请号为200910164768.1的中国专利公开了一种六甲基二硅氮烷的制备工艺，包括以下步骤：（1）向反应釜内加入三甲基氯硅烷，搅拌，降温；（2）将氨通入三甲基氯硅烷中，控制加氨速度，使反应釜中温度≤100℃，压力≤0.2MPa；其中氨的加入量与三甲基氯硅烷的用量之间的摩尔质量比为3.03-3.2:2；（3）加入溶盐剂，停止搅拌，静置分层，上层为六甲基二硅氮烷粗产品。本发明简化生产工艺，提高产品收率，提高产品品质，采用无溶剂法一部完成合成反应，并保证反应完全彻底。在工艺技术上，一是采用强搅拌形式，解决在较好的流动状态下达到反应的依次彻底完成；而是克服产品易水解特性，产品水解需要一定的条件才能进行，采用水洗和特殊溶剂来除盐。

但是上述方法直接以三甲基氯硅烷作为原料，成本较高，且在生产过程中需要添加溶盐剂来除盐，后续需要额外的溶盐剂分离提纯工序中，工艺复杂，也进一步增加成本。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种以六甲基二硅氧烷为原料制备六甲基二硅氮烷的方法。本发明方法工艺简单，操作简便，安全可靠，在保证产品品质不变的情况下，充分利用各原料，大幅度降低了生产成本，且无“三废”产生，符合企业绿色生产政策。

本发明的具体技术方案为：一种以六甲基二硅氧烷为原料制备六甲基二硅氮烷的方法，包括如下步骤：

1）、将1000重量份的六甲基二硅氧烷投入到反应容器中，向所述反应容器中通入干燥氯化氢气体进行反应，生成三甲基氯硅烷和水；其中反应容器内的压力控制在0.4MPa以下，温度为5-50℃，反应容器内搅拌速度为30-100r/min；在反应过程中将生成的水从反应容器的底部排出。

在步骤1）中，氯化氢与六甲基二硅氧烷生成三甲基氯硅烷和水，由于六甲基二硅氧烷和三甲基氯硅烷均与水不溶，且水的密度较大，因此在一定的搅拌速度下，六甲基二硅氧烷和三甲基氯硅烷浮于水的上层，水层位于反应容器的底部，对反应容器底部的水分排除。

对反应容器中的物料定时取样进行色谱检测，当上述反应容器中六甲基二硅氧烷与三甲基氯硅烷的混合液中三甲基氯硅烷占所述混合液质量的30%时，停止通氯化氢气体，反应结束。

将三甲基氯硅烷的含量控制在30%，是为了多余的六甲基二硅氧烷作为后续反应的溶剂，将三甲基氯硅烷的含量控制在30%时，能够刚好保持反应液的流动性，如果三甲基氯硅烷的含量过高，后续反应中生成的氯化铵过多，物料搅拌不开，不利于反应；，如果三甲基氯硅烷的含量过低，则导致影响最终产物的生产效率。

2）、将上述得到的六甲基二硅氧烷与三甲基氯硅烷的混合液转移至另一反应器中并进行搅拌，向反应器中通入干燥氨气，生成六甲基二硅氮烷和氯化铵，其中反应器内压力为0.1-0.4MPa，温度为10-60℃。

在步骤2）中，三甲基氯硅烷与氨气生成六甲基二硅氮烷和氯化铵，此时步骤1）产物中六甲基二硅氧烷起到溶剂的作用，将氯化铵进行稀释溶解，有效增加物料的流动性，有利于搅拌，便于反应。

3）、将步骤2）反应产物中的氯化铵进行分离，然后对剩余物进行精馏除去六甲基二硅氧烷，最终制得六甲基二硅氮烷。

作为优选，步骤1）中反应容器的压力控制在0.1-0.3MPa，温度为20-40℃，搅拌速度为50-80r/min。

对步骤1）反应的工艺参数进行优化，能够提高反应效率，提高产物品质。

在步骤3）中，将氯化铵分离、离心、烘干包装，还能够将其进行销售，进一步利用了资源。而对剩余物进行精馏除去六甲基二硅氧烷后（精馏过程为本领域技术人员所熟知的常规手段），即最终制得六甲基二硅氮烷。而精馏出的六甲基二硅氧烷又能作为反应原料重复利用，大幅提升了其产品附加值，有效降低了成本。且在整个反应过程中，无“三废”产生，绿色环保。

作为优选，步骤1）中所述反应容器的底部通过管道连接有接水槽，且所述接水槽与反应容器之间的管道上还设有观察视镜，接水槽的底部设有阀门；所述接水槽的容量与六甲基二硅氧烷添加质量的比值为0.03L/kg。

步骤1）的反应容器的底部连接接水槽，并且规定接水槽的容量，当接水槽满水后，反应容器中三甲基氯硅烷的含量刚好符合30%的要求，简单方便，无需定时对反应容器中的样品进行含量检测。

作为优选，步骤2）的反应时间为4-6h，氨气的通入速度为30-40重量份/h，反应器内压力控制在0.2-0.3Mpa，温度为30-40℃。

对步骤2）反应的工艺参数进行优化，能够提高反应效率，提高产物品质。

作为优选，步骤2）中氨气在反应期间的通入速度30-40重量份/h之间，且通入速度先快后慢。由于步骤2）的反应为带压反应，氨气的通入速度前期大，后期小，不仅能够位置反应器内的压力，而且符合反应趋势，能够提升反应效率。

作为优选，步骤3）中使用氯化铵分离稠厚器将反应产物中的氯化铵分离，所述氯化铵分离稠厚器包括罐体，所述罐体由底部至顶部依次分为氯化铵稠厚层、氯化铵分离层和产品层；罐体的顶部设有进料管，所述进料管的出口端位于所述氯化铵分离层，所述产品层的侧壁设有产品溢流管，所述氯化铵分离层的侧壁上设有氯化铵饱和溶液进料管，所述氯化铵稠厚层的侧壁连接有出料管，所述出料管与循环泵连接，所述循环泵与离心机连接，所述氯化铵饱和溶液进料管与离心机的一个出口接通。

考虑到耐腐蚀及强度要求，氯化铵分离稠厚器材质选用钛钢。从步骤2）胺解反应来的混合产物，通过泵打入到稠厚器分离层分离，油层产品上浮到上层产品层，氯化铵下沉到下层氯化铵稠厚层。上层产品满了后从溢流管流走，下层氯化铵过饱和液通过循环泵打入到离心机，经过离心机出来的滤饼烘干，包装销售，经离心机抽离的氯化铵过饱和液则再次进入罐体内。传统工艺的离心分离，压滤分离，易挥发，污染空气，同时产品损失大。本工艺过程控制简单，操作简便。

氯化铵饱和溶液经过打料泵进入到稠厚器分离层，维持稠厚器物料平衡，同时起到冲洗设备的作用，避免设备结晶堵塞。

作为优选，所述氯化铵分离稠厚器中氯化铵饱和溶液进料管的出口端的位置高于所述进料管的出口端位置。

作为优选，所述氯化铵分离稠厚器中罐体的底部设有底阀，所述底阀和循环泵通过回流管连通。

如此设计，部分氯化铵通过底阀再次冲入到稠厚器底部，防止设备堵塞。

作为优选，所述罐体的底部呈锥形。

与现有技术对比，本发明的有益效果是：本发明方法工艺简单，操作简便，安全可靠，在保证产品品质不变的情况下，充分利用各原料，大幅度降低了生产成本，且无“三废”产生，符合企业绿色生产政策。

附图说明

图1为本发明中氯化铵分离稠厚器的结构示意图；

图2为本发明中反应容器的结构示意图。

附图标记为：罐体1、循环泵2、离心机3、反应容器4、接水槽5、观察视镜6、阀门7、氯化铵稠厚层11、氯化铵分离层12、产品层13、进料管14、产品溢流管15、出料管16、氯化铵饱和溶液进料管17、回流管18。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

本发明步骤1）中所用的反应容器如图2所示：所述反应容器4的底部通过管道连接有接水槽5，且所述接水槽与反应容器之间的管道上还设有观察视镜6，接水槽的底部设有阀门7。所述接水槽的容量与六甲基二硅氧烷添加质量的比值为0.03L/kg。

本发明步骤3）中所用的氯化铵分离稠厚器如图1所示：所述氯化铵分离稠厚器包括罐体1，所述罐体由底部至顶部依次分为氯化铵稠厚层11、氯化铵分离层12和产品层13；罐体的顶部设有进料管14，所述进料管的出口端位于所述氯化铵分离层，所述产品层的侧壁设有产品溢流管15，所述氯化铵分离层的侧壁上设有氯化铵饱和溶液进料管17，所述氯化铵稠厚层的侧壁连接有出料管16，所述出料管与循环泵2连接，所述循环泵与离心机3连接。所述氯化铵分离稠厚器中罐体的底部呈锥形，且底部设有底阀，所述底阀和循环泵通过回流管18连通，所述氯化铵饱和溶液进料管与离心机的一个出口接通。

其中，所述氯化铵分离稠厚器的材质为钛钢，所述氯化铵饱和溶液进料管的出口端的位置高于所述进料管的出口端位置。

实施例1

一种以六甲基二硅氧烷为原料制备六甲基二硅氮烷的方法，包括如下步骤：

1）、将1000kg的六甲基二硅氧烷投入到容量为1500L反应容器中，向所述反应容器中通入干燥氯化氢气体进行反应，生成三甲基氯硅烷和水；其中反应容器内的压力控制在0.2MPa左右，温度为30℃，反应容器内搅拌速度为65r/min。在反应过程中将生成的水从反应容器的底部排出。

当上述反应容器中六甲基二硅氧烷与三甲基氯硅烷的混合液中三甲基氯硅烷占所述混合液质量的30%时，停止通氯化氢气体，反应结束。

2）、将上述得到的六甲基二硅氧烷与三甲基氯硅烷的混合液转移至另一容量为3000L反应器中并进行搅拌，向反应器中通入干燥氨气，生成六甲基二硅氮烷和氯化铵，其中反应器内压力为0.25MPa左右，温度为35℃，反应时间为5h。

3）、将步骤2）反应产物中的氯化铵通过氯化铵分离稠厚器进行分离，然后对剩余物进行精馏除去六甲基二硅氧烷，最终制得六甲基二硅氮烷。

实施例2

一种以六甲基二硅氧烷为原料制备六甲基二硅氮烷的方法，包括如下步骤：

1）、将1000kg的六甲基二硅氧烷投入到容量为1500L反应容器中，向所述反应容器中通入干燥氯化氢气体进行反应，生成三甲基氯硅烷和水；其中反应容器内的压力控制在0.1MPa左右，温度为5℃，反应容器内搅拌速度为30r/min。在反应过程中将生成的水从反应容器的底部排出。

当上述反应容器中六甲基二硅氧烷与三甲基氯硅烷的混合液中三甲基氯硅烷占所述混合液质量的30%时，停止通氯化氢气体，反应结束。

2）、将上述得到的六甲基二硅氧烷与三甲基氯硅烷的混合液转移至另一容量为3000L的反应器中并进行搅拌，向反应器中通入干燥氨气，生成六甲基二硅氮烷和氯化铵，其中反应器内压力为0.1MPa左右，温度为10℃，反应时间4h。

3）、将步骤2）反应产物中的氯化铵通过氯化铵分离稠厚器进行分离，然后对剩余物进行精馏除去六甲基二硅氧烷，最终制得六甲基二硅氮烷。

实施例3

一种以六甲基二硅氧烷为原料制备六甲基二硅氮烷的方法，包括如下步骤：

1）、将1000kg的六甲基二硅氧烷投入到容量为1500L反应容器中，向所述反应容器中通入干燥氯化氢气体进行反应，生成三甲基氯硅烷和水；其中反应容器内的压力控制在0.4MPa，温度为50℃，反应容器内搅拌速度为100r/min，在反应过程中将生成的水从反应容器的底部排出。

当上述反应容器中六甲基二硅氧烷与三甲基氯硅烷的混合液中三甲基氯硅烷占所述混合液质量的30%时，停止通氯化氢气体，反应结束。

2）、将上述得到的六甲基二硅氧烷与三甲基氯硅烷的混合液转移至另一容量为3000L反应器中并进行搅拌，向反应器中通入干燥氨气，生成六甲基二硅氮烷和氯化铵，其中反应器内压力为0.4MPa，温度为60℃，反应时间6h。

3）、将步骤2）反应产物中的氯化铵通过氯化铵分离稠厚器进行分离，然后对剩余物进行精馏除去六甲基二硅氧烷，最终制得六甲基二硅氮烷。

实施例4

一种以六甲基二硅氧烷为原料制备六甲基二硅氮烷的方法，包括如下步骤：

1）、将1000kg的六甲基二硅氧烷投入到容量为1500L反应容器中，向所述反应容器中通入干燥氯化氢气体进行反应，生成三甲基氯硅烷和水；其中反应容器内的压力控制在0.1MPa，温度为20℃，反应容器内搅拌速度为50r/min，在反应过程中将生成的水从反应容器的底部排出。

当上述反应容器中六甲基二硅氧烷与三甲基氯硅烷的混合液中三甲基氯硅烷占所述混合液质量的30%时，停止通氯化氢气体，反应结束。

2）、将上述得到的六甲基二硅氧烷与三甲基氯硅烷的混合液转移至另一容量为3000L反应器中并进行搅拌，向反应器中通入干燥氨气，生成六甲基二硅氮烷和氯化铵，其中反应器内压力为0.2MPa，温度为30℃，反应时间5h。

3）、将步骤2）反应产物中的氯化铵通过氯化铵分离稠厚器进行分离，然后对剩余物进行精馏除去六甲基二硅氧烷，最终制得六甲基二硅氮烷。

实施例5

一种以六甲基二硅氧烷为原料制备六甲基二硅氮烷的方法，包括如下步骤：

1）、将1000kg的六甲基二硅氧烷投入到容量为1500L反应容器中，向所述反应容器中通入干燥氯化氢气体进行反应，生成三甲基氯硅烷和水；其中反应容器内的压力控制在0.3MPa，温度为40℃，反应容器内搅拌速度为80r/min，在反应过程中将生成的水从反应容器的底部排出。

当上述反应容器中六甲基二硅氧烷与三甲基氯硅烷的混合液中三甲基氯硅烷占所述混合液质量的30%时，停止通氯化氢气体，反应结束。

2）、将上述得到的六甲基二硅氧烷与三甲基氯硅烷的混合液转移至另一容量为3000L的反应器中并进行搅拌，向反应器中通入干燥氨气，生成六甲基二硅氮烷和氯化铵，其中反应器内压力为0.3MPa，温度为40℃，反应时间5.5h。

3）、将步骤2）反应产物中的氯化铵通过氯化铵分离稠厚器进行分离，然后对剩余物进行精馏除去六甲基二硅氧烷，最终制得六甲基二硅氮烷。

本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。