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

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

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

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