[发明专利]利用通道反应装置制备巯基硅烷偶联剂的方法

说明书

本发明提供了一种利用通道反应装置制备巯基硅烷偶联剂的方法，在溶剂条件下，利用通道反应装置制备巯基硅烷偶联剂，其中，巯基硅烷偶联剂结构通式为：X_mSiC₃H₆S(C=O)_nY，式中，每个X独立地为烷基、烷氧基、羟基、R(OR’)_LO‑、‑ORO‑或N(RO‑)₃，至少一个X为烷氧基、羟基或N(RO‑)₃，Y为氢或烷基，R、R’分别独立地为直链的或者支链的烷基，L的平均值为1‑30，m为1、2或3，n为0或1；通道反应装置通道的折算直径为1微米‑数厘米；通道反应装置连接一个后处理装置。解决了大尺寸反应设备反应周期长、稳定性差、杂质聚合体等问题，尤其是消减了大尺寸反应设备生产带来的臭味问题。

技术领域

本发明属于化学合成技术领域，尤其涉及利用通道反应装置制备巯基硅烷偶联剂的方法。

背景技术

巯基硅烷偶联剂以及近年来出现的改型巯基硅烷偶联剂（以下简称巯基硅烷，含有的基础基团为SiC₃H₆S-），是白炭黑填充的绿色轮胎中必不可少的配套原材料，尤其是在国际、国内陆续出台相关政策推行绿色轮胎发展的大背景下，巯基硅烷的研发工作也成为了行业中的研究热点。目前已有批量生产的产品有3-巯丙基三甲氧基硅烷（俗称：KH-590）、3-巯丙基三乙氧基硅烷（俗称：KH-580）、3-巯丙基甲基二甲氧基硅烷、3-巯丙基甲基二乙氧基硅烷、3-巯丙基乙氧基二（十三烷基五聚乙醚基）硅烷（结构式如图1所示）、3-辛酰基硫代-1-丙基三乙氧基硅烷（结构式如图2所示）等产品，处在研究阶段的产品有3-巯丙基-2,2’,2’’-次氮基三乙氧基硅烷（结构式如图3所示）、3-巯丙基乙氧基二（丙基六聚丙醚基）硅烷（结构式如图4所示）、3-己酰基硫代-1-丙基三乙氧基硅烷（结构式如图5所示）、3-辛酰基硫代-1-丙基乙氧基（2-甲基-1,3-丙二醇亚基）硅烷（结构式如图6所示）等产品。

现有技术中制备巯基硅烷的生产工艺：（1）无溶剂，在氨或胺的存在下，卤代有机硅烷与硫化物反应；（2）在溶剂醇、高压条件下，卤代有机硅烷与硫化氢反应；（3）在溶剂醇、胺存在下，卤代有机硅烷与硫化物反应；（4）在溶剂、pH调节剂和相转移催化剂条件下，卤代有机硅烷与硫化物或硫代羧酸盐反应；（5）在溶剂条件下，巯基硅烷的碱金属盐与酸酐或酰氯反应；（6）巯基硅烷与醇或酯发生取代反应制备另一巯基硅烷等方法。

以上方法的大工业应用都是在常规的大尺寸设备中生产，几乎都是在釜式设备中进行。无溶剂工艺，需要处理庞大的固体副产盐，固体副产盐吸附部分产品造成产品损失得率低、副产盐难以处理，副产盐状态蓬松也难从产物中过滤掉。有机溶剂工艺多采用醇溶剂或苯类溶剂，由于该反应会有固体副产盐产生，而副产盐在溶剂中的溶解度不大，所以该工艺要么有大量的固体盐产生吸附大量的溶剂，要么用大量的溶剂溶解副产盐，在常规的反应釜中进行生产，这两种手段都易造成有机溶剂回收量小、消耗高，副产盐难处理，原料投入成本高等问题。水溶液相转移催化剂工艺，为两相反应，需加相转移催化剂一般为季铵盐类化合物，而季铵盐类化合物对热敏感尤其是在非中性条件下，原料和产品均对水敏感易水解聚合，稍有操作不当很容易导致催化剂分解失活、原料和产品水解聚合，产品报废，生产风险大。另外，有些溶剂工艺中有中间副产品酸产生，一般采取负压或加碱中和的手段消耗酸，否则中间副产品酸会引起原料和产品的水解聚合，在釜式间歇反应中表现尤为明显，虽然采取了除酸的手段，但是最终产品中总会存在一定量的非预期的副产聚合体。还有，无论上述的有机溶剂工艺还是水溶剂工艺，常规的工业生产几乎都是在反应釜中进行，原料从投入、接触、混合、反应需要很长时间，致使产品的生产周期一般很长，即使是小装置的生产周期也要几个小时甚至几十个小时；另外，该反应从实验室小试到工业大生产，由于设备尺寸变化使其具有明显的放大效应，导致转产操作困难和转产周期长。

除了上述问题，用釜式设备生产出的巯基硅烷都具有一定的臭味，这些臭味是由于使用大尺寸设备不可避免的副反应产生的含有硫醇基物质引起的，臭味限制了巯基硅烷的应用。