Способ получения органозамещенных силанов

 

Описывается способ получения органозамещенных силанов путем взаимодействия гранулированного магния, полученного грануляцией в магнитном поле, с органогалогенидом и тетрафункциональным силаном при повышенной температуре, заключающийся в том, что в качестве гранулированного магния используют магний, полученный грануляцией в магнитном поле в присутствии гелиево-воздушной атмосферы. Техническим результатом является снижение вязкости продукта синтеза и сокращение продолжительности индукционного периода.

Изобретение относится к химии кремнийорганических соединений, в частности к способам получения органозамещенных силанов, и может быть использовано при получении кремнийорганических жидкостей и смол различных типов.

Известен способ получения органозамещенных силанов (Авт. свид. СССР 477626, опубл. БИ 30 1985 г.) путем взаимодействия гранулированного магния с органогалогенидом и тетраалкоксиланом. Магний используют в виде гранул с размером до 0,6 мм.

Однако использование магния этого типа не позволяет осуществить непрерывный синтез. Небольшие размеры частиц не дают возможности достигнуть нужной скорости подачи смеси органогалогенида и тетраалкооксисилана из-за возникновения гидротранспорта, что приводит к снижению степени использования магния.

Известен также способ получения органозамещенных силанов (Авт. свид. СССР 726825, опубл. БИ 30 1985 г.) путем взаимодействия гранулированного магния с размером гранул 1-20 мм с органогалогенидом и тетраалкооксисиланом при повышенной температуре.

Однако использование гранулированного магния этого типа приводит к получению продукта с высокой вязкостью и значительным содержанием в нем магния. Другим недостатком процесса является значительная дороговизна этого типа магния, связанная с отсутствием отечественного (российского) производства такого типа магния и монопольностью производителя.

Наиболее близким к предложенному по количеству общих признаков является способ получения органозамещенных силанов (патент РФ 2079502, опубл. БИ 14, 20.05.1997 г.) путем взаимодействия гранулированного магния с размером гранул 1-20 мм, полученного грануляцией в магнитном поле в атмосфере воздуха, с органогалогенидом и тетрафункциональным силаном при повышенной температуре.

Недостатками этого способа получения органозамещенных силанов являются значительная вязкость продуктов синтеза, существенная продолжительность индукционного периода, ограниченная конверсия органомагнийгалогенида (не более 94,4% для этилмагнийхлорида и не более 50,4% для фенилмагнийхлорида). А также используемый гранулированный магний, полученный в магнитном поле в воздушной атмосфере, обладает низким качеством за счет попадания газовых включений из воздуха в гранулы магния, кроме того, форма гранул в игольчатом виде не позволяет ускорить синтез силанов.

Задачей изобретения является устранение недостатков прототипа, а именно снижение вязкости продукта синтеза и сокращение продолжительности индукционного периода.

Технический результат направлен на увеличение конверсии органомагнийгалогенида Задача решается тем, что в способе получения органозамещенных силанов путем взаимодействия гранулированного магния, полученного грануляцией в магнитном поле, с органогалогенидом и тетрафункциональным силаном при повышенной температуре, новым является то, что в качестве гранулированного магния используют магний, полученный грануляцией в магнитном поле в присутствии гелиево-воздушной атмосферы.

Использование гранулированного магния, полученного в магнитном поле в присутствии гелиево-воздушной атмосферы, более высокого качества и сферической формы позволяет снизить вязкость продукта синтеза, сократить продолжительность индукционного периода, что в итоге приведет к увеличению конверсии органомагнийгалогенида.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными (идентичными) всем существенным признакам изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности признаков аналога позволил установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном способе, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного способа. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований для достижения технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

Получение гранулированного магния в магнитном поле в гелиево-воздушной атмосфере производили следующим образом. Включали электропечь и нагревали магний в емкости до температуры плавления, подали напряжение с трансформатора на металлопровод с диспергатором и прогрели их до 700-750^oС, включили подачу гелия под колокол. Так как плотность гелия на порядок меньше плотности воздуха, то он вытеснил воздух из колокола и создал слой заданной толщины. Перед подачей металла в диспергатор включили электромагнит и создали магнитное поле напряженностью свыше 1,610⁵ А/м, а на электроды камеры диспергирования подали напряжение от источника переменного поля. Частоту колебаний установили от 400 до 800 Гц. Капли сфероидезировались в слое инертного газа (гелия) и после охлаждения в атмосфере воздуха падали в виде гранул в емкость для сбора готового продукта (подробно в патенте РФ 2117553).

Пример 1.

В двухлитровую четырехгорлую колбу, снабженную мешалкой с гидрозатвором, термометром, обратным холодильником и делительной воронкой, загрузили 73 кг магния, полученного грануляцией в магнитном поле в гелиево-воздушной атмосфере, с размером гранул 1-3 мм сферической формы и 630 мл тетраэтоксисилана. Содержимое колбы подогрели до 150-160^oC и из делительной воронки ввели часть (20-40 мл) смеси 310 мл хлористого бензола с 20 мл бромэтила и 40 мл фенилтрихлорсилана. Синтез начался тот час же, без индукционного периода. Остальную часть ввели при температуре 140-170^oС в течение трех часов. Тепло реакции отводили охлаждением колбы на масляной бане. После перемешивания содержимого реактора в течение трех часов при температуре 150-160^oС процесс прекращали.

Получили продукт с вязкостью 18 сСт.

Состав фенилзамещенных силанов, мас.%: Тетраэтоксисилан - 39 Фенилтриэтоксисилан - 30 Дифенилдиэтоксисилан - 14 Рассчитанная по составу продукта синтеза конверсия фенилмагнийхлорида составила 70%.

Пример 2 - по прототипу.

В двухлитровую четырехгорлую колбу, снабженную мешалкой с гидрозатвором, термометром, обратным холодильником и делительной воронкой, загрузили 73 кг магния, полученного грануляцией в магнитном поле в атмосфере воздуха, с размером гранул 1-8 мм (преимущественно в форме игл в размером 4-8 мм) и 630 мл тетраэтоксисилана. Содержимое колбы подогрели до 150-160^oС и из делительной воронки ввели часть (20-40 мл) смеси 310 мл хлористого бензола с 20 мл бромэтила и 40 мл фенилтрихлорсилана. Синтез начался через 15 минут. Остальную часть ввели при температуре 140-170^oС в течение трех часов. Тепло реакции отводили охлаждением колбы на масляной бане. После перемешивания содержимого реактора в течение трех часов при температуре 150-160^oС процесс прекращали.

Получили продукт с вязкостью 50 сСт.

Состав фенилзамещенных силанов, мас.%: Тетраэтоксисилан - 39 Фенилтриэтоксисилан - 29 Дифенилдиэтоксисилан - 10 Рассчитанная по составу продукта синтеза конверсия фенилмагнийхлорида составила 62%.

Как видно из примеров 1 и 2, предлагаемый способ получения фенилзамещенных силанов приводит к снижению вязкости продукта синтеза с 50 до 18 сСт, устранению индукционного периода, увеличению конверсии фенилмагнийгалогенида с 62 до 70%.

Пример 3.

В двухлитровую четырехгорлую колбу, снабженную мешалкой с гидрозатвором, капельной воронкой и обратным холодильником, загрузили 73 кг магния (3,0 г-ат), полученного грануляцией в магнитном поле в гелиево-воздушной атмосфере, с размером гранул 1-3 мм сферической формы. Содержимое колбы подогрели до 60-70^oС и из делительной воронки ввели часть (10-20 мл смеси) этилхлорида (126 мл, 1,800 моля), тетраэтоксисилана (168 мл; 0,750 моля) и 300 мл толуола. Реакция начиналась сразу же или через две минуты и характеризовалась подъемом температуры до 75-90^oС. Остальную часть ввели при охлаждении и температуре 40-60^oС за 30 минут. Затем в колбу сразу же или через полчаса ввели смесь этилхлорида (84 мл; 1.200 моля), тетрахлорсилана (69 мл; 0,600 моля) с 253 мл толуола также при охлаждении и температуре 40-60^oС за 30 минут.

Получили продукт вязкостью 2,7 сСт.

Состав этилзамещенных силанов, мас.%:
Диэтилдиэтоксисилан - 43
Триэтилэтоксисилан - 16
Гексаэтилдисилоксан - 1
Рассчитанная по составу продукта синтеза конверсия этилмагнийхлорида составила 97,8%.

Пример 4.

В двухлитровую четырехгорлую колбу, снабженную мешалкой с гидрозатвором, капельной воронкой и обратным холодильником, загрузили 73 кг магния (3,0 г-ат), полученного грануляцией в магнитном поле в воздушной атмосфере, с размером гранул 1-8 мм (преимущественно в форме игл с размером 4-8 мм). Содержимое колбы подогрели до 60-70^oС и из делительной воронки ввели часть (10-20 мл смеси) этилхлорида (126 мл, 1,800 моля), тетраэтоксисилана (168 мл; 0,750 моля) и 300 мл толуола. Реакция начиналась сразу же или через две минуты и характеризовалась подъемом температуры до 75-90^oС. Остальную часть ввели при охлаждении и температуре 40-60^oС за 30 минут. Затем в колбу сразу же или через полчаса ввели смесь этилхлорида (84 мл; 1,200 моля), тетрахлорсилана (69 мл; 0,600 моля) с 253 мл толуола также при охлаждении и температуре 40-60^oС за 30 минут.

Продолжительность индукционного периода 10-20 минут.

Получили продукт вязкостью 9,0 сСт.

Состав этилзамещенных силанов, мас.%:
Этилтриэтоксисилан - 7
Диэтилдиэтоксисилан - 55
Триэтилэтоксисилан - 8
Этилтрихлорсилан - 3
Диэтилдихлорсилан - 19
Триэтилхлорсилан - 5
Гексаэтилдисилоксан - 2
Рассчитанная по составу продукта синтеза конверсия этилмагнийхлорида составила 93%.

Как видно из примеров 3 и 4, предлагаемый способ получения этилзамещенных силанов приводит к снижению вязкости продукта синтеза с 9 до 2,7 сСт, устранению или сокращению продолжительности индукционного периода до двух минут, увеличению конверсии этилмагнийгалогенида с 93 до 97,8%.

Формула изобретения

Способ получения органозамещенных силанов путем взаимодействия гранулированного магния, полученного грануляцией в магнитном поле, с органогалогенидом и тетрафункциональным силаном при повышенной температуре, отличающийся тем, что в качестве гранул магния используют гранулы, полученные в магнитном поле в гелиево-воздушной атмосфере.