[发明专利]一种硅粉一步法生产正硅酸烷基酯的方法

说明书

本发明提供了一种硅粉一步法生产正硅酸烷基酯的方法，将催化剂加入到反应器中，采用氮气对反应器进行置换，排出反应器内的空气；启动反应器顶部的搅拌器进行搅拌混匀，同时开启反应器外部热源进行加热；加入一定量的正硅酸烷基酯，混匀后再加入一定量的硅粉；当反应器内的混合物料达到一定温度、压力后，以一定的速率连续加入烷基醇，反应启动，产物即为正硅酸烷基酯。生成的正硅酸烷基酯以气相的形式从反应器顶部离开，进行进一步的精馏、提纯。采用该方法制备正硅酸烷基酯与传统的四氯化硅醇解法相比，生产过程更绿色、环保，生产成本更低，反应物硅粉和烷基醇转化率高，产物正硅酸烷基酯选择性高，适合工业推广。

技术领域

本发明涉及一种硅粉一步法生产正硅酸烷基酯的方法，包括正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸丙酯，属于有机硅生产技术领域。

背景技术

正硅酸烷基酯，俗称四甲氧基硅烷，是一种重要的有机硅化合物，广泛应用于MQ硅树脂合成、硅基气凝胶制备、电子元器件粘结剂、精密铸件及抗热、耐腐蚀油漆制备等领域。正硅酸烷基酯传统的合成方法为四氯化硅与甲醇进行液液反应，反应过程副产大量的氯化氢气体，对设备、管道腐蚀较大，且极易造成环境污染。此外，大量的氯化氢存在于液液反应体系中，不利于反应正向进行，副反应较多，正硅酸烷基酯收率较低。同时，作为反应原料的四氯化硅为多晶硅和有机硅生产过程的副产物，随着多晶硅、有机硅合成技术的进步，副产物四氯化硅的量越来越少，价格逐年攀升。而采用硅粉与甲醇一步法合成正硅酸烷基酯，反应过程释放氢气，无其他有害产物产生，产生的氢气可回收制备高纯氢气，也可进入焚烧炉焚烧后产生蒸汽，环境更友好。

中国专利CN 107216348 A公布了一种直接法制备四甲氧基硅烷的方法，该方法以氧化铜或氧化亚铜为催化剂，在固定床反应器内，220～260℃高温下，气相甲醇与硅粉进行气固相催化反应合成四甲氧基硅烷。但该方法反应温度较高，能耗大；使用贵金属铜的氧化物作为催化剂，成本较高；副反应较多，四甲氧基硅烷的选择性不超过90％；且固定床床层传热系数较小，容易产生局部过热，催化剂颗粒更换也比较麻烦，给工业化放大带来一定困难。中国专利CN108640943A公布了一种利用硅粉生产正硅酸乙酯的方法，该方法也选用铜和铜的氧化物作为催化剂，但催化剂的制备过程极其繁琐，且须在1000rpm/min高转速下搅拌10小时以上，对工业化生产过程提出较大挑战；此外，反应压力较高，反应时间较长，不利于提高生产效率。中国专利CN 1027508 C公布了一种直接法合成烷氧基硅烷的方法，该方法也采用铜系催化剂，并添加Mn、Co和Sb等金属元素作为助剂，而反应产物主要为三烷氧基硅烷。

因此，寻找一种环境更友好、生产成本更低、利于工业化放大的新工艺取代传统四氯化硅醇解工艺势在必行。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种硅粉一步法生产正硅酸烷基酯的方法，该方法环境更友好、生产成本更低、利于工业化生产。

为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：硅粉一步法生产正硅酸烷基酯的方法，其特征在于将催化剂加入到反应器中，采用氮气对反应器进行置换，排出反应器内的空气；启动反应器顶部的搅拌器进行搅拌混匀，同时开启反应器外部加热装置进行加热，升温至60℃后停留0.5h；再升温至100℃停留0.5h，最后升温至130℃停留1h；加入一定量的正硅酸烷基酯，混匀后再加入一定量的硅粉；当反应器内的混合物料达到一定温度、压力后，以一定的速率连续加入烷基醇，反应启动，产物即为正硅酸烷基酯。生成的正硅酸烷基酯以气相的形式从反应器顶部气相出口离开，气相经冷凝收集后，冷凝液进入后续工段进一步的精馏、提纯，得到高纯度的正硅酸烷基酯。

优选的，所述的正硅酸烷基酯是指正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸丙酯。

优选的，所述反应器为浆态反应器，反应器带搅拌器，搅拌器转速可调节，加入硅粉前搅拌转速30～150rpm/min，加入硅粉后搅拌转速100～300rpm/min。