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
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 )Ôl 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