[发明专利]用于制备功能化的硅烷和硅氧烷的方法

说明书

技术领域

本发明涉及改性Si-X键的经济方法，其中，X选自由O、Cl、Br、I基团以及可水解的基团组成的组。更具体地说，本发明涉及将所需的官能团引入含有Si-X键的化合物中的方法。

背景技术

对硅氧烷(R¹R²Si-O-SiR³R⁴)进行改性是为了在Si-O-Si键中加入各种官能团。因为Si-O-Si是一种稳固的键，所以不太容易引入其他官能团。

本发明公开了一种方法，通过该方法可以引入所需的官能团，如-NH(如六甲基二硅氮烷(HMDS)中的-NH)和-OH(如端羟基聚二甲基硅氧烷流体中的-OH)。但是该方法的用途并不局限于加入这些官能团，它也可以用于加入许多其它的官能团。

如下是传统和广泛使用的生产改性硅烷的方法。使用如下两步，由六甲基二硅氧烷(HMDO)来制备六甲基二硅氮烷(HMDS)：

方法I：

a)在存在脱水剂的条件下，使HMDO与无水HCl反应以生产三甲基氯硅烷(TMCS)。在该反应中，反应混合物的脱水通常使用浓硫酸来完成，所述浓硫酸允许稀释至约70％。因此，不得不弃去或用多级蒸发器来浓缩含有某些有机杂质的废酸。与HMDO反应所需的无水HCl通常用如下方法之一来生产，

i.用CaCl₂或者浓硫酸将含水HCl脱水；

ii.电解NaCl或者蒸馏含水HCl；

b)使氨与在步骤a中所生产的TMCS反应，以生成HMDS和氯化铵。

方法II：

由以使用金属硅与氯甲烷的直接法所生产的三甲基氯硅烷(TMCS)得到HMDS。使三甲基氯硅烷(TMCS)与氨反应，以生成HMDS和氯化铵。该氨基化导致氯硅烷工厂的氯循环效率的减小，所以该方法中也优选回收HCl形式的氯化物。

现有方法的缺点是，在方法I的情况中，无水HCl被用于以氯离子置换氧。

首先，在反应过程中形成水，所以不得不加入如98％的H₂SO₄那样的脱水剂，以吸收反应所生成的水。这就产生稀H₂SO₄的流出物流。

第二，某些HMDO溶于所述流出物流中，增加了损失。这又进一步减小了产物的产量。

第三，所生产的TMCS是挥发性的化合物，易于损失。这又进一步减小了产物的产量。

对市售的含水HCl进行脱水需要花费大量资金和能量，这增加了生产成本。

关于方法II的缺点，反应链中的必要的氨基化导致氯硅烷工厂的氯循环效率减小，因此增加了该反应方法的经济损失。这是因为不得不用HCl来替代转化为铵盐的氯，以进一步进行硅的氯化。

发明内容

本发明具有以下优点：

通过使用比无水HCl便宜的和更容易获得的化合物，降低将官能团引入硅氧烷的成本。

与现有方法相比，本发明不产生任何流出物。

通过用较便宜的硫酸根代替氯化物，可以由TMCS制备HMDS，并回收HCl。

所生产的磺化硅烷/硅氧烷与其氯化物相比是非挥发性的。所以蒸发损失可以最小化。

甚至连作为在磺化硅烷/硅氧烷的氨基化过程中的副产物而生成的硫酸铵也是肥料。

商业上用来制备端羟基聚二甲基硅氧烷流体的现有方法讨论如下：

方法I：

端羟基聚二甲基硅氧烷(反应性硅油)流体一般通过二甲基二氯硅烷(M2)的水解来制备。该水解产生环状和直链硅酮的混合物，该混合物被称为hydrol。环状的硅酮(DMC)可以从hydrol中蒸馏出来，剩下端羟基的低分子量硅酮(LMS)。

方法II：

该方法是：在水和挥发性极性非质子有机溶剂的混合物中，在存在催化量的强碱的条件下使六有机基团三硅氧烷(hexaorganotrisiloxane)开环聚合，再进行中和，进行水洗并通过蒸馏进行溶剂回收，从而制备端基为硅醇的硅氧烷(如美国专利No.6433204B中所述)。

方法III：

该方法是：将氯硅氧烷与挥发性甲基硅氧烷混合，再进行水解(优选在稀HCl溶液中进行水解)，并回收端羟基的直链硅氧烷，从而制备直链的端羟基直链硅氧烷(如美国专利No.6316655 B1中所述)。

在方法I的情况下制造低分子量的端羟基硅油的主要缺点是，由于M2中有极少量的甲基三氯硅烷(M1)，所获得的LMS可能含有低水平的杂质，特别是三官能的杂质。

在方法II的情况下制造低分子量的端羟基硅油的主要缺点如下：