CN114854020A - 一种甲氧基封端结构化控制剂硅油的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种甲氧基封端结构化控制剂硅油的合成方法，具体涉及精细化工领域，包括以下合成步骤：步骤S1：将二甲基二甲氧基硅烷与二甲基硅氧烷混合环体(DMC)在反应釜内充分混合；步骤S2：加入碱金属催化剂或季胺碱催化剂并升温至80℃‑135℃的温度恒温反应3‑8小时，反应温度使DMC开环；步骤S3：待步骤S2中DMC完全开环，通过添加终止剂或者高温破除催化剂停止反应；步骤S4：将步骤S3中终止反应物降温后得到低分子甲氧基硅油。本发明通过低分子甲氧基硅油合成方法，较传统的羟基硅油而言，能提高有机硅橡胶品质，与白炭黑Si‑OH反应生成甲醇，后加工更容易，提高制品品质，工艺简单环保，几乎无三废产品，能耗低。
Description
技术领域
本发明涉及精细化工技术领域，更具体地说，本发明涉及一种甲氧基封端结构化控制剂硅油的合成方法。
背景技术
在有机硅橡胶加工工艺中，常用白炭黑来补强热硫化硅橡胶，由于白炭黑表面含有的活性Si-OH会与硅橡胶生胶分子中的Si-O键或端Si-OH作用，生成氢键或发生缩合，使得白炭黑很难均匀分散在硅橡胶胶料中，并且混炼好的胶料在存放过程中会慢慢变硬，可塑性降低，无法返练，加工性能降低，产生“结构化”现象。为了改善硅橡胶粒子和填料粒子之间的亲和性，减少氢键的生成，改善填充剂在胶料中的分散性，改善混炼工艺和储存稳定性，防止和减弱这种延续结构化现象，需在胶料中加入结构控制剂。结构控制剂通过与白炭黑表面的Si-OH基团发生作用，从而抑制粒子间氢键的形成。
低粘度羟基硅油(粘度为20～30cSt)是常用的结构化控制剂之一。低粘度羟基硅油的羟基在生胶与白炭黑混炼过程中与白炭黑的Si-OH发生反应脱除H2O,以改善橡胶粒子和填料粒子之间的亲和性，减少氢键的生成，改善填充剂在胶料中的分散性，改善混炼工艺和储存稳定性，防止和减弱这种延续结构化现象。但是由此带来的水分子难以完全排出，会以水汽形式残留在橡胶内部，会影响橡胶制品品质，如影响透明性，发粘，电绝缘性能等。
甲氧基硅油在生胶与白炭黑混炼过程中与白炭黑的Si-OH发生反应脱除甲醇,以改善橡胶粒子和填料粒子之间的亲和性，减少氢键的生成，改善填充剂在胶料中的分散性，改善混炼工艺和储存稳定性，防止和减弱这种延续结构化现象。脱除的甲醇很容易排出到橡胶外部，不影响橡胶透明性，使橡胶干爽，不影响电绝缘性能等，可用于电子产品等；介于此，如何生产一种更适于有机硅橡胶加工工艺使用的低粘度羟基硅油就成为了已经亟待解决的技术问题。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种甲氧基封端结构化控制剂硅油的合成方法，本发明所要解决的技术问题是：如何解决现有机硅橡胶加工中与白炭黑反应生成H2O，难以完全排除，影响制品品质；如水汽偏高，产品发雾，影响透明性，制品发粘，后加工困难，影响电绝缘性能的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种甲氧基封端结构化控制剂硅油的合成方法，包括以下合成步骤：
步骤S1：将二甲基二甲氧基硅烷与二甲基硅氧烷混合环体(DMC)在反应釜内充分混合；
步骤S2：加入碱金属催化剂或季胺碱催化剂并升温至80℃-135℃的温度恒温反应3-8小时，反应温度使DMC开环；
步骤S3：待步骤S2中DMC完全开环，通过添加终止剂或者高温破除催化剂停止反应；
步骤S4：将步骤S3中终止反应物降温后得到低分子甲氧基硅油。
在一个优选地实施方式中，所述步骤S1中二甲基二甲氧基硅烷与二甲基硅氧烷混合环体(DMC)的重量比列为1：1-1.5。
在一个优选地实施方式中，所述步骤S2中碱金属催化剂设置为KOH，季胺碱催化剂设置为四甲基氢氧化铵或四丁基氢氧化铵，其中碱金属催化剂或季胺碱催化剂剂量为50-500ppm。
在一个优选地实施方式中，所述步骤S3中使用的终止剂设置为磷酸盐或者有机酸。
在一个优选地实施方式中，所述磷酸盐设置为磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、磷酸氢钙、磷酸钙、焦磷酸钙或磷酸二氢钾中的任意一种，所述有机酸设置为亚磺酸、乙酸、甲酸或磺酸中的任意一种。
在一个优选地实施方式中，所述终止剂量与催化剂摩尔比设置为1：1-1.5，量化终止剂量与催化剂的配比，在保证终止反应的前提下有效避免过多杂质的增加。
在一个优选地实施方式中，所述步骤S3中高温破除催化剂停止反应的温度设置为180℃-220℃，利用高温破坏催化剂的结晶表面，使催化剂失去活性，从而终止反应。
本发明的技术效果和优点：
本发明通过低分子甲氧基硅油合成方法，较传统的羟基硅油而言，能提高有机硅橡胶品质，与白炭黑Si-OH反应生成甲醇，后加工更容易，提高制品品质，工艺简单环保，几乎无三废产品，能耗低。
具体实施方式
下面将结合本发明中的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
本发明提供了一种甲氧基封端结构化控制剂硅油的合成方法，其中包括以下合成步骤：
步骤S1：将二甲基二甲氧基硅烷与二甲基硅氧烷混合环体(DMC)在反应釜内充分混合，二甲基二甲氧基硅烷与二甲基硅氧烷混合环体(DMC)的重量比列为1：1-1.5；
步骤S2：加入碱金属催化剂或季胺碱催化剂并升温至80℃-135℃的温度恒温反应3-8小时，碱金属催化剂设置为KOH，季胺碱催化剂设置为四甲基氢氧化铵或四丁基氢氧化铵，其中碱金属催化剂或季胺碱催化剂剂量为50-500ppm，反应温度使DMC开环；
步骤S3：待步骤S2中DMC完全开环，通过添加终止剂或者高温破除催化剂停止反应，使用的终止剂设置为磷酸盐或者有机酸，磷酸盐设置为磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、磷酸氢钙、磷酸钙、焦磷酸钙或磷酸二氢钾中的任意一种，所述有机酸设置为亚磺酸、乙酸、甲酸或磺酸中的任意一种，终止剂量与催化剂摩尔比设置为1：1-1.5，量化终止剂量与催化剂的配比，在保证终止反应的前提下有效避免过多杂质的增加；高温破除催化剂停止反应的温度设置为180℃-220℃，利用高温破坏催化剂的结晶表面，使催化剂失去活性，从而终止反应；
步骤S4：将步骤S3中终止反应物降温后得到低分子甲氧基硅油；
而具体到本实施例中，其中包括以下合成步骤：
步骤S1：将二甲基二甲氧基硅烷与二甲基硅氧烷混合环体(DMC)在反应釜内充分混合，二甲基二甲氧基硅烷与二甲基硅氧烷混合环体(DMC)的重量比列为1：1；
步骤S2：加入碱金属催化剂或季胺碱催化剂并升温至80℃的温度恒温反应8小时，碱金属催化剂设置为KOH，季胺碱催化剂设置为四甲基氢氧化铵或四丁基氢氧化铵，其中碱金属催化剂或季胺碱催化剂剂量为50ppm，反应温度使DMC开环；
步骤S3：待步骤S2中DMC完全开环，通过添加终止剂或者高温破除催化剂停止反应，使用的终止剂设置为磷酸盐或者有机酸，磷酸盐设置为磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、磷酸氢钙、磷酸钙、焦磷酸钙或磷酸二氢钾中的任意一种，所述有机酸设置为亚磺酸、乙酸、甲酸或磺酸中的任意一种，终止剂量与催化剂摩尔比设置为1：1，量化终止剂量与催化剂的配比，在保证终止反应的前提下有效避免过多杂质的增加；高温破除催化剂停止反应的温度设置为180℃，利用高温破坏催化剂的结晶表面，使催化剂失去活性，从而终止反应；
步骤S4：将步骤S3中终止反应物降温后得到低分子甲氧基硅油。
实施例2：
本发明提供了一种甲氧基封端结构化控制剂硅油的合成方法，其中包括以下合成步骤：
步骤S1：将二甲基二甲氧基硅烷与二甲基硅氧烷混合环体(DMC)在反应釜内充分混合，二甲基二甲氧基硅烷与二甲基硅氧烷混合环体(DMC)的重量比列为1：1-1.5；
步骤S2：加入碱金属催化剂或季胺碱催化剂并升温至80℃-135℃的温度恒温反应3-8小时，碱金属催化剂设置为KOH，季胺碱催化剂设置为四甲基氢氧化铵或四丁基氢氧化铵，其中碱金属催化剂或季胺碱催化剂剂量为50-500ppm，反应温度使DMC开环；
步骤S3：待步骤S2中DMC完全开环，通过添加终止剂或者高温破除催化剂停止反应，使用的终止剂设置为磷酸盐或者有机酸，磷酸盐设置为磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、磷酸氢钙、磷酸钙、焦磷酸钙或磷酸二氢钾中的任意一种，所述有机酸设置为亚磺酸、乙酸、甲酸或磺酸中的任意一种，终止剂量与催化剂摩尔比设置为1：1-1.5，量化终止剂量与催化剂的配比，在保证终止反应的前提下有效避免过多杂质的增加；高温破除催化剂停止反应的温度设置为180℃-220℃，利用高温破坏催化剂的结晶表面，使催化剂失去活性，从而终止反应；
步骤S4：将步骤S3中终止反应物降温后得到低分子甲氧基硅油；
而具体到本实施例中，其中包括以下合成步骤：
步骤S1：将二甲基二甲氧基硅烷与二甲基硅氧烷混合环体(DMC)在反应釜内充分混合，二甲基二甲氧基硅烷与二甲基硅氧烷混合环体(DMC)的重量比列为1：1.25；
步骤S2：加入碱金属催化剂或季胺碱催化剂并升温至100℃的温度恒温反应5.5小时，碱金属催化剂设置为KOH，季胺碱催化剂设置为四甲基氢氧化铵或四丁基氢氧化铵，其中碱金属催化剂或季胺碱催化剂剂量为275ppm，反应温度使DMC开环；
步骤S3：待步骤S2中DMC完全开环，通过添加终止剂或者高温破除催化剂停止反应，使用的终止剂设置为磷酸盐或者有机酸，磷酸盐设置为磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、磷酸氢钙、磷酸钙、焦磷酸钙或磷酸二氢钾中的任意一种，所述有机酸设置为亚磺酸、乙酸、甲酸或磺酸中的任意一种，终止剂量与催化剂摩尔比设置为1：1.25，量化终止剂量与催化剂的配比，在保证终止反应的前提下有效避免过多杂质的增加；高温破除催化剂停止反应的温度设置为200℃，利用高温破坏催化剂的结晶表面，使催化剂失去活性，从而终止反应；
步骤S4：将步骤S3中终止反应物降温后得到低分子甲氧基硅油。
实施例3：
本发明提供了一种甲氧基封端结构化控制剂硅油的合成方法，其中包括以下合成步骤：
步骤S1：将二甲基二甲氧基硅烷与二甲基硅氧烷混合环体(DMC)在反应釜内充分混合，二甲基二甲氧基硅烷与二甲基硅氧烷混合环体(DMC)的重量比列为1：1-1.5；
步骤S2：加入碱金属催化剂或季胺碱催化剂并升温至80℃-135℃的温度恒温反应3-8小时，碱金属催化剂设置为KOH，季胺碱催化剂设置为四甲基氢氧化铵或四丁基氢氧化铵，其中碱金属催化剂或季胺碱催化剂剂量为50-500ppm，反应温度使DMC开环；
步骤S3：待步骤S2中DMC完全开环，通过添加终止剂或者高温破除催化剂停止反应，使用的终止剂设置为磷酸盐或者有机酸，磷酸盐设置为磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、磷酸氢钙、磷酸钙、焦磷酸钙或磷酸二氢钾中的任意一种，所述有机酸设置为亚磺酸、乙酸、甲酸或磺酸中的任意一种，终止剂量与催化剂摩尔比设置为1：1-1.5，量化终止剂量与催化剂的配比，在保证终止反应的前提下有效避免过多杂质的增加；高温破除催化剂停止反应的温度设置为180℃-220℃，利用高温破坏催化剂的结晶表面，使催化剂失去活性，从而终止反应；
步骤S4：将步骤S3中终止反应物降温后得到低分子甲氧基硅油；
而具体到本实施例中，其中包括以下合成步骤：
步骤S1：将二甲基二甲氧基硅烷与二甲基硅氧烷混合环体(DMC)在反应釜内充分混合，二甲基二甲氧基硅烷与二甲基硅氧烷混合环体(DMC)的重量比列为1：1.5；
步骤S2：加入碱金属催化剂或季胺碱催化剂并升温至135℃的温度恒温反应3小时，碱金属催化剂设置为KOH，季胺碱催化剂设置为四甲基氢氧化铵或四丁基氢氧化铵，其中碱金属催化剂或季胺碱催化剂剂量为500ppm，反应温度使DMC开环；
步骤S3：待步骤S2中DMC完全开环，通过添加终止剂或者高温破除催化剂停止反应，使用的终止剂设置为磷酸盐或者有机酸，磷酸盐设置为磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、磷酸氢钙、磷酸钙、焦磷酸钙或磷酸二氢钾中的任意一种，所述有机酸设置为亚磺酸、乙酸、甲酸或磺酸中的任意一种，终止剂量与催化剂摩尔比设置为1：1.5，量化终止剂量与催化剂的配比，在保证终止反应的前提下有效避免过多杂质的增加；高温破除催化剂停止反应的温度设置为220℃，利用高温破坏催化剂的结晶表面，使催化剂失去活性，从而终止反应；
步骤S4：将步骤S3中终止反应物降温后得到低分子甲氧基硅油。
实施例4：
分别取上述实施例1-3所制得的低分子甲氧基硅油用于有机硅橡胶的加工，并附以羟基硅油制备有机硅橡胶的对比例，并对制得的橡胶进行性能测试，得到以下数据：
由上表可知，实施例1-3的方法制备的甲氧基硅油替换羟基硅油用于有机硅橡胶的加工，使得加工后的有机硅橡胶内无水雾残留，从而保证有机硅橡胶的制品品质，保证有机硅橡胶的高透明性，防止橡胶制品发粘现象的发生，使得介电强度在30MV/m以上，保证有机硅橡胶的电绝缘性能。
最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种甲氧基封端结构化控制剂硅油的合成方法，其特征在于：包括以下合成步骤：
步骤S1：将二甲基二甲氧基硅烷与二甲基硅氧烷混合环体(DMC)在反应釜内充分混合；
步骤S2：加入碱金属催化剂或季胺碱催化剂并升温至80℃-135℃的温度恒温反应3-8小时，反应温度使DMC开环；
步骤S3：待步骤S2中DMC完全开环，通过添加终止剂或者高温破除催化剂停止反应；
步骤S4：将步骤S3中终止反应物降温后得到低分子甲氧基硅油。
2.根据权利要求1所述的一种甲氧基封端结构化控制剂硅油的合成方法，其特征在于：所述步骤S1中二甲基二甲氧基硅烷与二甲基硅氧烷混合环体(DMC)的重量比列为1：1-1.5。
3.根据权利要求1所述的一种甲氧基封端结构化控制剂硅油的合成方法，其特征在于：所述步骤S2中碱金属催化剂设置为KOH，季胺碱催化剂设置为四甲基氢氧化铵或四丁基氢氧化铵，其中碱金属催化剂或季胺碱催化剂剂量为50-500ppm。
4.根据权利要求3所述的一种甲氧基封端结构化控制剂硅油的合成方法，其特征在于：所述步骤S3中使用的终止剂设置为磷酸盐或者有机酸。
5.根据权利要求4所述的一种甲氧基封端结构化控制剂硅油的合成方法，其特征在于：所述磷酸盐设置为磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、磷酸氢钙、磷酸钙、焦磷酸钙或磷酸二氢钾中的任意一种，所述有机酸设置为亚磺酸、乙酸、甲酸或磺酸中的任意一种。
6.根据权利要求4所述的一种甲氧基封端结构化控制剂硅油的合成方法，其特征在于：所述终止剂量与催化剂摩尔比设置为1：1-1.5。
7.根据权利要求1所述的一种甲氧基封端结构化控制剂硅油的合成方法，其特征在于：所述步骤S3中高温破除催化剂停止反应的温度设置为180℃-220℃。
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