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: 250

Скачиваний: 6

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

186

Гл. 9. Получение линейных

полиорганосилоксанов

кислоты. Катализатор применяют в виде пасты, получаемой смеше­ нием диметилциклосилоксанов, обезвоженного сульфата алюминия и серной кислоты. Реакция полимеризации протекает по схеме:

m[(CH 3 ) 2 SiOb — H O S O a O - [ - S i ( C H 3 ) 2 0 - ] m „ _ 1 - S i ( C H 3 ) 2 O H

После промывки эластомера

водой в макромолекуле

появляются

концевые гидроксильные группы:

 

H 0 S O 2 O - [ - S i ( C H 3 ) 2 0 - ] „ - H

_н°з£4 - H O - [ - S i ( C H 3 ) 2

0 - ] „ - H

В производстве полидиметилсилоксанового эластомера очень важна чистота исходного диметилдихлорсилана, так как примеси других мономеров заметно ухудшают свойства получаемого эласто­ мера и резин на его основе. Особенно сильное отрицательное влияние оказывает метилтрихлорсилан — при гидролизе диметилди­ хлорсилана, содержащего примеси этого мономера, линейный полидиметилсилоксан содержит и разветвленные метилсилсесквиоксановые звенья {Si(CH3 l i 5 ], что'резко снижает эластичность и меха­ нические показатели резин. Так, например, если резины на основе полидиметилсилоксана, полученного из диметилдихлорсилана с содер­ жанием хлора — 55% , имеют прочность при растяжении до 60 кгс/см3, то резины на основе этого же эластомера, но полученного из диметил­

дихлорсилана

с 55,7%

хлора

(что свидетельствует

о наличии при­

месей

метил трихлорсилана),

имеют

прочность

при растяжении

всего около 20 кгс/см2.

Поэтому технический

диметилдихлорсилан,

содержащий

довольно

значительное

количество

метилтрихлорси-

лана

(до 9%), подвергают дополнительной

ректификации. А по­

скольку температура кипения метилтрихлорсилана отличается от температуры кипения диметилдихлорсилана всего на 4 °С, для ректификации этой смеси нужны колонны с большим числом тео­ ретических тарелок.

Отечественная промышленность выпускает диметилдихлорсилан чистотой до 99,9% и с содержанием хлора 54,8—55%. Такой диметилдихлорсилан можно применять в качестве исходного сырья в производстве полидиметилсилоксанового эластомера без дополнительной ректификации.

Диметилдихлорсилан, применяемый в производстве полидиме­ тилсилоксанового эластомера, должен удовлетворять следующим техническим требованиям:

Внешний вид

 

Прозрачная бес­

Содержание, %

 

цветная жидкость

 

 

метилтрихлорсилана, не бо­

 

лее

. .

0,1

хлора

 

54,8—55,0

Диметилдихлорсилан, имеющий такие показатели, поступает далее на гидролиз. Принципиальная технологическая схема гид­ ролиза диметилдихлорсилана приведена на рис. 64.


Полидиметилсилоксановый

эластомер

187

Диметилдихлорсилан поступает в емкость 1 и насосом 2 через рассольный холодильник 3 подается в гидролизер 4; туда же по­ ступает фильтрованная вода после охлаждения в холодильнике 5.

Сода

J

 

 

Диметил­

 

 

 

 

 

 

дихлорсилан

1

 

 

 

 

 

 

 

 

г? канализпцинз'

Рис.

64.

Схема гидролиза диметилдихлорсилана:

 

J i 9, 12

емкости;

г , б —

н а с о с ы ;

3,5—холодильники;

4 — г и д р о ­

л и з е р ;

7 — г и д р а в л и ч е с к и й

з а т в о р ;

8 — ф л о р е н т и й с к и й

с о с у д ; 10—

н е й т р а л и з а т о р ; 11 — о т с т о й н и к .

 

 

Гидролизер представляет собой эмалированный аппарат с мешал­ кой и рубашкой, в которую подают рассол. Гидролиз ведут при температуре не выше 20 °С и в избытке воды — при объемном

соотношении

вода

диметилдихлорсилан

 

 

 

 

от

1,5 : 1

до

2 : 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Процесс

гидролиза

диметилдихлорсилана

 

 

 

 

эндотермичен

(поглощается

7,39

ккал

на 1 моль

 

 

 

 

диметилдихлорсилана), но при растворении в воде

 

 

 

 

хлористого водорода, образующегося в резуль­

 

 

 

 

тате гидролиза диметилдихлорсилана, выделяется

 

 

 

 

17,5

ккал

на

1

моль

HCl . Следовательно,

сум­

 

 

 

 

марный тепловой эффект процесса положителен,

 

 

 

 

и возникает необходимость отвода тепла. Если

 

 

 

 

своевременно

не

отводить

тепло,

в гидролизате

 

 

 

 

образуется

больше

высокомолекулярных

линей­

 

 

 

 

ных

продуктов,

что

повышает

его

 

вязкость

 

 

20

30

(рис.

65),

а

это

затрудняет

последующую

ней­

 

 

трализацию

гидролизата

вследствие

образова­

 

Температурами

 

ния

стабильных

эмульсий

при

его

смешении

Рис.

65.

Зависимость

вяз­

с раствором

соды.

Поэтому помимо

предва­

кости

гидролизата от тем­

рительного охлаждения компонентов,

 

поступа­

 

пературы

гидролиза.

 

ющих на гидролиз, для съема

основного количе­

 

 

 

 

 

ства тепла в рубашку гидролизера подают рассол.

Если воды, применяемой при Гидролизе, недостаточно для растворения всего выделяющегося хлористого водорода, суммарный тепловой эффект


188

Гл. 9. Получение линейных

полиорганосилоксанов

снижается,

а при объемном отношении вода : диметилдихлорсилан от 0,35 : 1 до

0,5 : 1 становится равным нулю. В этом случае свыше 50% образующегося хло­ ристого водорода приходится отводить из реактора в газообразном виде, что усложняет технологический процесс. Кроме того, гидролизат получается с по­ вышенной кислотностью (рис. 66).

На свойства и состав гидролизата большое влияние оказывает гидродинами­ ческий режим процесса. Например, с увеличением скорости вращения мешалки от 300 до 1000 оборотов в минуту содержание диметилциклосилоксанов возрастает с 28 до 43% , а кислотность и вязкость гидролизата заметно снижаются (рис. 67).

 

 

/

/- ѣ

 

 

 

 

 

 

 

\

 

12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

О;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=)

V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

!

 

 

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а;

 

'

 

'

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

"

1

2

 

3

b

 

Ж

Ш 600

800

1000

 

 

Соотношение

 

 

 

Число

оборотов

В минуту

 

Рис. 66.

Зависимость

вязкости

Рис. 67.

Зависимость кислотности (1),

вяз­

гидролизата

(1) и

концентрации

кости (2)

и содержания диметилциклосил­

HCl в нем (2) от объемного соот­

оксанов

(3) в

гидролизате

от

числа

ношения

вода : диметилдихлор­

оборотов

мешалки.

 

 

 

силан.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Гидролизат, представляющий собой смесь линейных и цикли­ ческих диметилсилоксанов и соляной кислоты, непрерывно по­ дается из гидролизера 4 во флорентийский сосуд 8 на разделение. Процесс разделения основан на разности плотностей гидролизата (0,96 кг/л) и соляной кислоты (1,12 кг/л) и на незначительной ра­ створимости гидролизата в соляной кислоте. Гидролизат в аппарате

8 остается в верхнем

слое,

а соляная

кислота

опускается

вниз.

При установившемся

режиме

гидролиза

соляную

кислоту

сливают

в цистерны, а гидролизат, содержащий до 0,4%

соляной

кислоты,

направляют в сборники 9 (на схеме показан один), откуда

азотом

передавливают в аппарат 10 для нейтрализации. Сборники 9 ра­ ботают периодически: пока в один из них принимают гидролизат, из другого аппарата гидролизат выводится на нейтрализацию.

Хлористый

водород из

гидролизера и

флорентийского сосуда

в гидравлическом затворе

7 нейтрализуется

5%-ным раствором соды.

Нейтрализация гидролизата

осуществляется

порошкообразной

кальцинированной содой. Смесь гидролизата и

соды

перемешивают

в течение

2 ч в нейтрализаторе

10, затем

в аппарат

подают воду

для растворения солей, образовавшихся при нейтрализации, и про­

должают перемешивание примерно 1 ч.

Количество

подаваемой

воды в ДО-20 раз превышает количество

соды. После

нейтрализа-


Полидиметилсилоксановый

эластомер

189

иди смесь сливают в отстойники 11 (на схеме показан один), где она расслаивается. Верхний слой — гидролизат с содержанием кислоты или щелочи не более 0,01% —направляют на последу­ ющую стадию производства эластомера — деполимеризацию, а ниж­ ний слой (водный раствор солей) после дополнительного отстаива­ ния в емкости 12 сливают в канализацию.

В результате гидролиза диметилдихлорсилана образуется смесь полидиметилсилоксанов с примерно одинаковым количеством ли­ нейных и циклических продуктов. С целью повышения выхода диметилциклосилоксанов процесс гидролиза можно вести в трубчатом

Гидролиэцющая

В атмоареру

Рис. 68. Схема гидролиза диметилдихлорсилана' не­ прерывным методом:

1 — р е а к т о р ;

2 — м е ш а л к а ;

з — р а з д е л и т е л ь н а я

к о л о н н а ;

4,5,8 — с б о р н и к и ;

6 — о с у ш и ­

т е л ь н а я к о л о н н а ; 7 — н е й т р а ­ л и з а т о р .

аппарате с пропеллерной мешалкой в присутствии растворителя и при объемном соотношении диметилдихлорсилана, воды и раство­ рителя, равном 1 : (1,45-^1,55) : (0,85-^0,75).

Непрерывная схема гидролиза диметилдихлорсилана по ука­ занному способу приведена на рис. 68. В трубчатый реактор 1 непрерывно подается диметилдихлорсилан и гидролизующая смесь (вода с растворителем); компоненты поступают на всасывающую сторону пропеллерной мешалки 2. Реакционная смесь непрерывно отводится с верха реактора в разделительную колонну 3. Гидролизат из верхней части колонны непрерывно отводится в сборник 5. Оттуда он через осушительную колонну 6, заполненную хлористым каль­ цием, направляется в нейтрализатор 7, куда (постоянно или перио­ дически, в зависимости от производительности установки) загру­ жают нужное количество сухой кальцинированной соды. Нейтрали­ зованный гидролизат поступает далее в сборник 8. Отстоявшаяся в нижней части колонны 3 соляная кислота поступает в сборник 4.

При описанном способе гидролиза диметилдихлорсилана можно повысить выход диметилциклосилоксанов на 8—10%, но полностью устранить побочное образование линейных полидиметилсилоксанов