[发明专利]3‑巯丙基三乙氧基硅烷的合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及有机合成领域，具体涉及一种3-巯丙基三乙氧基硅烷的合成方法。

背景技术

3-巯丙基三乙氧基硅烷是一种可以增进无机物质与有机物质之间粘合性能的助剂，巯丙基有机官能团可与不饱和脂、聚脂等作用，同时三乙氧基官能团水解生成硅醇可与无机物作用，从而将有机聚合物与无机填料牢固地粘合在一起。因此，3-巯丙基三乙氧基硅烷常被用于处理二氧化硅、炭黑等无机填料，并在橡胶、硅橡胶等聚合物中起活性剂、偶联剂、交联剂或补强剂的作用。另一方面，3-巯丙基三乙氧基硅烷可以填充树脂、弹性体、纤维、金属、矿物质、玻璃等，以提高体系机械与电气性能。3-巯丙基三乙氧基硅烷填充到白炭黑的胎面胶中可以降低胶料粘度，减少混炼段数，改善胶料加工性能，促进补强剂分散，提高胶料的动态力学性能；此外，还可以提高白炭黑胎面胶的耐老化性能，延长胶料储存时间，同时还能减少成品轮胎中挥发性有机物的含量。同时，使用3-巯丙基三乙氧基硅烷制备各种胎面料，不仅可以减少燃油使用量，并且耐磨、耐滑，在使用时能减少有害气体的排放。

目前已报道的3-巯丙基三乙氧基硅烷的合成路线较少，主要采用以下三条合成路线来合成：

(1)“硫脲法”：以3-氯丙基三乙氧基硅烷、无水乙醇和硫脲为原料，碘化物作为催化剂，经缩合反应后用乙二胺碱化制得3-巯丙基三乙氧基硅烷(CN200710132081.0)。该工艺产品收率高(大于90％)，反应周期短，副产物少。缺点在于：需要对原料3-氯丙基三乙氧基硅烷进行中性处理，增加了操作工序；对反应原料和设备均要求无水，反应条件较苛刻；产量较多的副产物胍盐臭味大，环境污染较严重。

(2)“硫化氢法”：在胺存在下，以卤代烷基烷氧基硅烷和硫化氢气体在高压条件下制备3-巯丙基三乙氧基硅烷(US3849471)。该方法操作简单，生产周期短，产物纯度高(大于98wt％)。不足之处是：使用的硫化氢是一种剧毒气体，需要在高压下进行，生产安全隐患大，对生产设备要求高。

(3)“硫氢化钠法”：以3-氯丙基三乙氧基硅烷和硫氢化钠为原料合成3-巯丙基三乙氧基硅烷。目前已有两个中国专利对该方法进行了报道。CN201110136927.4通过往反应体系中加入pH调节剂、两种不同的相转移催化剂和水解抑制剂的方法，提高了产品的纯度(大于99wt％)。CN201310396681.3以水为溶剂，在相转移催化剂作用下加热反应8～12小时制得成品(纯度大于98wt％)。这两种方法相对于上述的“硫脲法”和“硫化氢法”在生产工艺和产品品质上均有一定优势，但前者需要添加pH调节剂、水解抑制剂并分批加入不同的相转移催化剂，增加了生产成本和操作工序，后者需要8～12小时的生产周期，极大地增加了3-巯丙基三乙氧基硅烷的水解、缩合等副反应的发生。尽管该专利报道这种方法具有85～95％的产品收率，但本专利人采用该方法制备3-巯丙基三乙氧基硅烷时，发现生成不少由于硅烷水解、缩合、凝聚等副反应形成的白色凝胶物，制备的产品颜色略显淡黄色，收率仅在50％左右。

发明内容

作为各种广泛且细致的研究和实验的结果，本发明的发明人已经发现，在利用硫氢化钠和3-氯丙基三乙氧基硅烷为原料合成3-巯丙基三乙氧基硅烷的过程中，采用催化剂碘化钾与四丁基溴化铵的质量比为3∶8-13时，有助于快速提高合成效率和产物的纯度。基于这种发现，完成了本发明。

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种合成工艺简单、操作方便、生产周期短、臭味小、产率高、安全环保的3-巯丙基三乙氧基硅烷的合成方法。

本发明还有一个目的是通过使反应物在缓冲液和催化剂的条件下进行控温反应以快速合成3-巯丙基三乙氧基硅烷，以此省去在反应过程中添加pH调节剂和水解抑制剂等工序，提高了3-巯丙基三乙氧基硅烷的合成效率、产率和纯度。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种3-巯丙基三乙氧基硅烷的合成方法，在以硫氢化钠和3-氯丙基三乙氧基硅烷为原料合成3-巯丙基三乙氧基硅烷的过程中，采用催化剂碘化钾与四丁基溴化铵的质量比为3∶8-13。

优选的是，所述的3-巯丙基三乙氧基硅烷的合成方法，碘化钾与四丁基溴化铵的质量比为1∶3。

优选的是，所述的3-巯丙基三乙氧基硅烷的合成方法，硫氢化钠和3-氯丙基三乙氧基硅烷反应的温度控制在84-89℃。