[发明专利]使用非均相贵金属催化剂制备具有改善品质的有机硅产品的方法

说明书

技术领域

本发明涉及在催化剂的存在下通过硅氢化制备有机硅产品的方法。

背景技术

用于合成有机硅(即，有机硅氧烷或有机硅烷)产品的硅氢化反应是众所周知的，通常涉及在贵金属催化剂例如铂(Pt)、铑和钯的存在下用硅烷或包含反应性硅烷-氢和/或氢-硅氧基单元的硅聚合物催化硅氢化不饱和化合物。当使用常规的均相贵金属催化剂例如氯铂酸(CPA)溶液和Karstedt催化剂时，贵金属催化剂残留在包含有机硅产品的反应介质例如硅氧烷流或硅烷流中，引起显著的贵金属浪费、有机硅产品的高色度、以及由于缓慢的贵金属析出形成黑色粒子，导致消费者对有机硅产品诸如化妆品和个人用品的抱怨。

在某些有机硅产品中，存在低色度规格。例如，三乙氧基硅烷与1-辛烯的氢化硅烷化产品需要色度小于30pt/co(通过ASTM D1209测定)。然而，在产品中存在贵金属催化剂诸如铂引起产品色度，即，色度远大于30pt/co。结果是，需要强力蒸馏(heavy distillation)以除去贵金属和降低产品色度。该额外的强力蒸馏步骤不但降低了产品收率而且显著提高了最终产品的成本。

均相贵金属催化剂例如Speier等人(美国专利2,823,218)发明的氯铂酸溶液、Karstedt(美国专利3,775,452)发明的铂硅氧烷溶液、氯铂酸反应产品(美国专利3,220,972)等常在硅氢化反应中用于合成有机硅(即，有机硅氧烷或有机硅烷)产品。结果是，贵金属残留在最终有机硅产品中，引起显著的贵金属浪费、有机硅产品的高色度、以及由于缓慢的贵金属析出形成黑色粒子，导致消费者对有机硅产品诸如化妆品和个人用品的抱怨。

非均相贵金属催化剂在硅氢化反应中的使用是已知的。早在十九世纪五十年代，Wagner等人已经在硅氢化反应中使用铂黑、镀铂硅胶和镀铂石棉(美国专利2,632,013)、炭载铂(美国专利2,637,738)和担载在γ氧化铝上的铂(美国专利2,851,473)来制备有机硅烷产品。

美国专利7,038,001教导了通过具有包含至少一个含氧原子的烃环的单元的聚有机基氢化硅氧烷在商业的非均相催化剂(例如炭或炭黑担载的铂、氧化铝担载的铂等)的存在下的硅氢化制备有机硅油的方法。使用非均相催化剂能够(1)最小化在硅氢化和脱挥发性成分期间的开环聚合并产生恒定的低粘度产品；(2)减少不饱和的合成子的异构化；以及(3)降低产品铂含量、色度和浊度。然而，该发明披露的方法不是用于一般的硅氢化反应来制备有机硅氧烷和有机硅烷产品。然而，该发明中披露的方法采用硅油的脱挥发性成分，这在本发明中并不要求。

美国专利4,533,744教导了合成具有通过Pt-S连接基经硫有机硅氧基锚定在硅或铝的羟基化氧化物上的铂原子的新型非均相硅氢化催化剂，该催化剂可再利用。美国专利4,064,154教导了通过具有表面羟基的无机颗粒固体与含硫的有机硅化合物反应制备催化剂载体物质。该载体通过与铂或铑的化合物或络合物反应可转化为担载的催化剂。该催化剂可回收和再利用，以及用于硅氢化反应。美国专利5,347,027教导了一种用于制备硅氢化催化剂的无电镀方法，其中使基础金属与化学清洁剂接触，同时或随后在还原条件下用含贵金属物质处理所述基础金属，并且该催化剂是可回收和可再利用的。美国专利6,177,585教导了合成双金属非均相铂催化剂，其包含单质或化合物形式的活性氢化硅烷化金属诸如铂，以及在载体上单质或化合物形式的表面隔离金属诸如铜。该双金属催化剂显示显著改善的催化性能，与单贵金属催化剂相比。这4篇专利披露了合成用于硅氢化反应的新型非均相贵金属催化剂的方法，并且所述催化剂是可回收和可再利用的。然而，这些专利未教导非均相催化剂作为有效方式来改善有机硅产品质量(例如除去色度和消除黑色粒子的形成)以及简化有机硅制造工艺(例如消除用于除去贵金属的强力蒸馏步骤)的应用。

美国专利6,087,523教导了商业Pt/Al₂O₃非均相催化剂在硅氢化中制备有机硅烷的用途。该发明具体是指不饱和反应物的硅氢化，其中不饱和在反应物结构的内部，例如在环戊烯和环己烯中。

美国专利6,100,408教导了由烯丙基缩水甘油基醚和三烷氧基硅烷经铂催化的硅氢化制备3-缩水甘油基氧基丙基三烷氧基硅烷。所用的催化剂是自己合成的在非金属载体上的非均相铂(0)，并且该工艺优选是连续固定床工艺。该发明具体是指制备3-缩水甘油基氧基丙基三烷氧基硅烷，并且不包括其它有机硅产品。