Файл: Андрианов К.А. Технология элементоорганических мономеров и полимеров учеб. пособие.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.04.2024
Просмотров: 206
Скачиваний: 6
Замещение |
водорода |
в |
гидридхлорсиланах |
органическими |
радикалами |
85 |
||||||
Таблица |
15. Средний состав смеси, полученной при синтезе винилтрихлорсилана |
|||||||||||
|
|
П р о д у к т |
|
|
|
Ф о р м у л а |
Т . к и п . , |
|
С р е д н и й |
|||
|
|
|
|
|
°С |
с о с т а в , %. |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Легколетучие |
вещества |
(в |
том |
числе |
|
|
|
|
|
|
|
|
непрореагировавший |
хлористый ви- |
|
|
|
До 31 |
|
4 - 5 |
|||||
Трихлорсилан |
(непрореагировавший) |
|
|
|
|
|||||||
SiHCLj |
|
31,8 |
|
18—20 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
S i C l 4 |
|
57,7 |
|
2 - 4 |
||
|
|
|
|
|
C H 2 = C H S i C l 3 |
90,6 |
|
60—65 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
>90,6 |
|
10—12 |
|
фракция |
I , состоящая в основном |
из трихлорсилана, |
отби |
|||||||||
рается |
при |
температуре верха колонны |
до |
35 °С; |
|
|
|
|||||
фракция |
I I (в основном — четыреххлористый |
кремний) |
|
отби |
||||||||
рается |
в интервале |
55—59 °С; |
|
|
|
|
|
|
|
|||
фракция |
I I I (смесь четыреххлористого |
кремния и винилтрихлор |
||||||||||
силана) |
отбирается до |
88,5 °С; |
|
|
|
|
|
|
|
|||
фракция |
IV — целевая, |
содержащая |
винилтрихлорсилан, |
от |
||||||||
бирается в |
интервале |
88,5—91 °С. |
|
|
|
|
|
|
|
|||
Винилтрихлорсилан |
|
представляет |
собой |
бесцветную |
прозрач |
|||||||
ную жидкость (т. кип. 90,6 °С) со специфическим |
запахом |
хлор- |
ангидридов. Легко гидролизуется водой, дымит на воздухе, хороша растворяется в органических растворителях.
Технический винилтрихлорсилан должен удовлетворять сле дующим требованиям: не менее 93 объемн.% фракции 88,5—91 °С; 65,8-67,1 объемн.% хлора; df = 1,264-1,273.
Винилтрихлорсилан может применяться как исходное сырьедля получения различных кремнийорганических продуктов. Так„ согидролизом алкил(арил)хлорсиланов с винилтрихлорсиланом и последующей полимеризацией в присутствии перекисей бензоила или дикумила получают термостойкие полимеры. Кроме того, винил трихлорсилан находит применение для поверхностной обработки (аппретирования) стеклянной ткани и других изделий из стекла.
Получение метилвинилдихлорсилана. Синтез метилвинилдихлорсилана, подобно винилтрихлорсилану, осуществляется реакцией; высокотемпературной конденсации:
C H 3 S i H C l , + C H 2 = G H C l — • C H 3 ( C H 2 = C H ) S i C l 2
- H C l
,'Здесь тоже наблюдается побочная реакция, приводящая к обра зованию метилтрихлорсилана и этилена
С Н з 8 і Н С 1 2 + С Н 2 = С Н С 1 — * С Н з З і С І з + С Н ^ С Н з
а |
хлористый винил при температуре |
синтеза подвергается пиролизу |
с |
образованием водорода, метана, |
этана и углерода. |
|
|
Гл. 1. Получение |
органохлорсиланов |
Исходное |
сырье: метилдихлорсилан (фракция 40—44 °С; 60,5— |
||
63% |
хлора; |
0,86—0,89% активного водорода) и хлористый винил |
|
(газ; |
т. кип. —13,9 °С). Технологическая схема производства метил- |
||
винилдихлорсилана аналогична |
схеме для получения винилтрихлор |
силана, приведенной на рис. 30 (стр. 84). Оптимальными условиями
синтеза |
являются |
температура в |
реакторе 560—580 °С, мольное |
|||||
соотношение CH 3 SiHCl 2 |
и С Н 2 = С Н С 1 , равное 1 : 0,8 и время кон |
|||||||
такта реагентов ~3 0 сек. В результате реакции образуется |
конден |
|||||||
сат среднего состава, приведенного в табл. 16. |
|
|
||||||
Таблица |
16. |
Средний |
состав |
смеси, |
полученной |
|
|
|
при синтезе |
метилвинилдихлорсилана |
|
|
|
||||
|
|
П р о д у к т |
|
|
|
Ф о р м у л а |
T . к и п . , |
С р е д н и й |
|
|
|
|
|
°C |
с о с т а в , % |
||
Легколетучие вещества (в |
том |
|
|
|
|
|||
числе |
|
непрореагировавший |
|
— |
До 31 |
3 - 5 . |
||
|
|
|
|
|
|
|||
Метилдихлорсилан |
(непрореаги- |
|
S i H C l 3 |
31,8 |
10—15 |
|||
|
C H 3 S i H C l 2 |
40,6 |
20-23 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|||
Четыреххлористый кремний |
. . |
|
S i C l 4 |
57,7 |
4 - 6 |
|||
|
|
|
|
|
|
C H 3 S i C l 3 |
66,1 |
6—10 |
Метилвинилдихлорсилан . . . . |
C H 3 |
( C H 2 = C H ) S i C l a |
93,0 |
30—35 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
>93,0 |
8 - 12 |
После отгонки легколетучих продуктов конденсат подвергают ректификации на колоннах, заполненных кольцами Рашига. При
этом |
отбираются |
следующие |
фракции: |
|
|
|
|
|
|
|||||
I |
фракция |
(трихлорсилан) |
отгоняется |
в интервале |
31—35 °С; |
|||||||||
I I |
|
фракция |
(метилдихлорсилан) |
отгоняется в |
интервале |
40— |
||||||||
44 °С; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I I I |
фракция, |
состоящая |
из |
четыреххлористого |
кремния, |
отго |
||||||||
няется |
в интервале |
55—59 °С; |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
IV фракция, представляющая собой метилтрихлорсилан, отби |
||||||||||||||
рается |
в интервале 65—67 °С; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
V |
|
фракция |
(метилвинилдихлорсилан) |
отбирается |
в |
интервале |
||||||||
-90-93,5 °С. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Метилвинилдихлорсилан |
представляет |
собой |
бесцветную |
про |
||||||||||
зрачную жидкость |
(т. кип. 93 °С) со специфическим |
запахомхлор- |
||||||||||||
ангидридов. Легко |
гидролизуется водой, дымит на воздухе, хорошо |
|||||||||||||
растворяется |
в |
органических |
растворителях. |
|
|
|
|
|
||||||
Технический метилвинилдихлсгрсилан должен удовлетворять сле |
||||||||||||||
дующим требованиям: не менее |
95 объемн.% фракции |
90—93,5 °С; |
||||||||||||
50,20-51,55 объемн.% хлора; |
df |
= 1,078-1,090. |
|
|
|
|
Замещение водорода в гидридхлорсиланах |
органическими радикалами |
87" |
Метилвинилдихлорсилан применяется для синтеза полидиметилвинилсилоксановых эластомеров, а также в синтезе различных кремнийорганических полимеров для лаков.
Аналогично винилтрихлорсилану и метилвинилдихлорсилану, реакцией высокотемпературной конденсации получают аллилтрихлорсилан,этилвинилдихлорсилан, метилаллилдихлорсилан, винил - фенилдихлорсилан и другие непредельные кремнийорганические соединения с разными радикалами у атома кремния. В табл. 17 приведены физико-химические свойства некоторых алкенилхлорсиланов.
Таблица 17s Физико-химические |
свойства алкенилхлорсиланов |
|
||
|
С о е д и н е н и е |
T . к и п . , °C |
4 |
|
C H 2 |
- C H S i C l 3 |
90,6 |
1,2426 |
1,4295 |
C H 3 |
( C H 2 - C H ) S i C l 2 |
93,0 |
1,0868 |
1,4270 |
C 2 H 5 ( C H 2 - C H ) S i C l 2 |
123,7 |
1,0664 |
1,4385 |
|
С„Н6 ( C H 2 = C H ) S i C l 2 |
121 (при |
1,1960 |
1,5335 |
|
|
|
36 мм pm. cm.) |
(при 25 °C) |
(при 25 "С* |
C H 2 - C H C H 2 S i C l 3 |
117,5 |
1,2011 |
1,4460 |
|
C H 3 ( C H 2 = = C H C H 2 ) S i C l 2 . . . . |
119—120 |
1,0758 |
1,4419 |
Метод высокотемпературной конденсации оказался также очень удобным и экономичным для получения фенилтрихлорсилана, и за последние годы стал одним из основных промышленных методов синтеза этого вещества. Синтез фенилтрихлорсилана методом вы сокотемпературной конденсации осуществляется Цо реакции:
SiHCl3 + C6 H5 Cl — • Ce H5 SiCl3
- H C l
И здесь, как и в случае винилтрихлорсилана, в условиях синтеза (600—640 °С) наблюдается побочная реакция, приводящая к обра зованию четыреххлористого кремния и бензола:
smci 3 + с„н5 сі — > s i c i 4 + с „ н в
Однако, если вести процесс в присутствии инициатора (5% азометана), удается снизить температуру до 500—550 °С. Тогда побочная реакция идет с очень малой скоростью, поэтому выход фенилтрихлорсилана возрастает в 1,5 раза. Для подавления про цесса можно также добавлять в реакционную смесь бензол и четыреххлористый кремний. Увеличение выхода фенилтрихлорсилана и повышение степени превращения хлорбензола достигается также применением двух спаренных реакторов.
88 |
Гл. 1. Получение |
органохлорсиланов |
|
|
Метод, основанный на дегидрировании |
||
|
гидридхлорсиланов |
при их взаимодействии |
|
|
с ароматическими |
углеводородами |
|
Синтез |
арил(алкил)хлорсиланов |
методом дегидрирования основан |
на взаимодействии гидридхлорсиланов с ароматическими углеводо родами:
SiHClg + A r H >• ArSiClg |
R ' S i H C l 2 + A r H v A r R ' S i C l 2 |
- H , |
- н г |
R ' — а л к и л и л и а р и л
Получение арил(алкил)хлорсиланов этим методом осуществля ется в автоклаве при 240—300 °С и 15—200 am в присутствии ката лизатора. Катализаторами могут служить кислоты Льюиса, например AlClg, ВС13 или В(ОН)3 , в количестве 0,1—5%. Выход целе вых продуктов составляет 20—40%, ибо наряду с основной реак цией протекает и. побочная реакция диспропорционирования ор ганохлорсиланов. Этот метод удобен для получения органохлор силанов с разными радикалами у атома кремния.
Получение метилфенилдихлорсилана. Синтез метилфенилдихлор-
силана методом дегидрирования |
осуществляется |
взаимодействием |
метилдихлорсилана с бензолом |
при нагревании |
под давлением: |
C H 3 S i H C ] 2 + C 6 H 6 |
-—н,• C H 3 ( C e H 5 ) S i C l 2 |
Реакция проводится в присутствии катализатора — раствора борной кислоты в метилфенилдихлорсилане при мольном соотно шении исходных реагентов CH3 SiHCl2 : С 6 Н 6 = 1:3 . Избыток бен зола благоприятно сказывается на выходе метилфенилдихлорси лана. Следует иметь в виду, что в условиях синтеза наблюдается диспропорционирование метилдихлорсилана, приводящее к образо ванию побочных продуктов, например метилтрихлорсилана и диме тилдихлорсилана. Эти продукты могут быть выделены в процессе ректификации конденсата и добавлены в реакционную смесь при синтезе метилфенилхлорсилана для подавления реакции диспро порционирования.
Исходное сырье: метилдихлорсилан (не менее 95% фракции 40—44 °С; 60,5—63% хлора), бензол (df = 0,879) и техническая борная кислота. Процесс производства метилфенилдихлорсилана состоит из трех основных стадий: подготовки аппаратуры и при готовления реакционной смеси; синтеза метилфенилдихлорсилана; ректификации метилфенилдихлорсилана. Технологическая схема производства метилфенилдихлорсилана приведена на рис. 31.
Синтез метилфенилдихлорсилана осуществляется под давлением в реакторе автоклавного типа. Аппарат снабжен штуцерами, кар маном для термопары и сифоном для проверки степени его запол-
I
Замещение водорода в гидридхлорсиланах |
органическими радикалами |
89- |
нения. Перед началом синтеза автоклав следует проверить на гер метичность. Для этого в аппарате создают рабочее давление (100— 120 am) и выдерживают его 10 мин. За это время давление в авто клаве должно оставаться постоянным.
В смеситель 5 из мерника 1 сливают метилдихлорсилан, из мер ников 2 и 3 — бензол, а из мерника 4 — рециркулирующие метилхлорсиланы (после ректификации). Реакционную смесь перемешивают
Метилдихлорсилан
Бензол
Рис. 31. |
Схема |
производства |
метилфенилдихлорсилана: |
|
|
||||||
1, 2, 3, 4—мерники; |
5 — смеситель; |
6 — |
м е р н и к - д о з а т о р ; |
7 — ш т у ц е р |
д л я |
||||||
з а г р у з к и |
к а т а л и з а т о р а ; 8— |
а в т о к л а в ; |
9, |
15, |
23 — х о л о д и л ь н и к и ; |
ю — |
с е |
||||
п а р а т о р ; |
11, 18, 19, 27 — с б о р н и к и ; |
12, |
20 — |
к у б ы р е к т и ф и к а ц и о н н ы х |
к о |
||||||
л о н н ; 13, |
21 |
— р е к т и ф и к а ц и о н н ы е |
к о л о н н ы ; 14, 22 — д е ф л е г м а т о р ы ; 16, |
17, |
|||||||
24, 25, 26 — |
п р и е м н и к и . |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
в смесителе |
5 |
в течение |
20—30 |
мин, |
после |
чего |
анализируют |
на содержание хлора и на плотность. Приготовленная таким об разом смесь поступает далее в мерник-дозатор 6 и оттуда на синтез. Включают электрообогрев автоклава 8 (автоклав можно нагревать, подавая пар в рубашку) и подают из мерника-дозатора часть реак ционной смеси, а через специальный штуцер 7 в реактор загружают
катализатор |
— раствор борной кислоты |
в метилфенилдихлорсилане |
|||
(1,35—1,4% |
от |
количества |
реакционной смеси). Автоклав |
подогре |
|
вают до 240 |
± |
10 °С и выдерживают при этой температуре |
примерно |
||
30 мин до |
установления |
постоянного |
давления (120 am). |
При этих условиях в автоклав начинают подавать реакционную смесь из мерника-дозатора 6. Пары продуктов реакции из автоклава непрерывно поступают в холодильник 9, охлаждаемый рассолом (—15 °С), где они конденсируются, и через сепаратор 10 стекают