DE3000782A1 - Verfahren zur kontinuierlichen herstellung von sioc-gruppen aufweisenden silanen oder sioc-gruppen aufweisenden polysiloxanen - Google Patents

Verfahren zur kontinuierlichen herstellung von sioc-gruppen aufweisenden silanen oder sioc-gruppen aufweisenden polysiloxanen

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DE3000782A1
DE3000782A1 DE19803000782 DE3000782A DE3000782A1 DE 3000782 A1 DE3000782 A1 DE 3000782A1 DE 19803000782 DE19803000782 DE 19803000782 DE 3000782 A DE3000782 A DE 3000782A DE 3000782 A1 DE3000782 A1 DE 3000782A1
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Georg Ach Engelsberger
Dipl.-Chem. Dr. Tassilo 8264 Mehring Lindner
Dipl.-Chem. Dr. Rudolf 8263 Burghausen Riedle
Anton 8263 Burghausen Schinabeck
Dipl.-Chem. Dr. Norbert Zeller
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Wacker Chemie AG
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Wacker Chemie AG
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    • C07F7/08Compounds having one or more C—Si linkages
    • C07F7/18Compounds having one or more C—Si linkages as well as one or more C—O—Si linkages
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    • C07F7/1872Preparation; Treatments not provided for in C07F7/20
    • C07F7/188Preparation; Treatments not provided for in C07F7/20 by reactions involving the formation of Si-O linkages
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
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Description

WACKER-CHEMIE München, 30. November 1979
GMBH ■ LC-PAT/Dr.Ru/ra
Wa 7935-S
Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von SiOC-Gruppen aufweisenden Silanen oder SiOC-Gruppen aufweisenden Polysiloxanen
Aus DE-AS 20 61 189, ausgelegt 25. April 1974, Anmelder: Wacker-Chemie GmbH, wobei dieser Auslegeschrift US 37 92 071, patentiert 12. Februar 1974, S. Nitzsche et al., Wacker-Chemie GmbH, entspricht, ist ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Alkoxysilanen oder Alkoxypolysiloxanen, also von SiOC-Gruppen aufweisenden Silanen oder SiOC-Gruppen aufweisenden Polysiloxanen, durch Umsetzung von Chlorsilan mit aliphatischer Verbindung mit einer alkoholischen Hydroxylgruppe und gegebenenfalls Wasser in einer mit Rückflußkühler versehenen, bei erhöhter Temperatur gehaltenen Kolonne bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren wird das Chlorsilan am ICopf der Kolonne, der Alkohol gasförmig von unten oder an einer Stelle zwischen dem unteren Ende und dem oberen Ende des unteren Drittels der Kolonne und gegebenenfalls Wasser an einer beliebigen Stelle der Kolonne eingeführt und das Reaktionsprodukt aus dem unteren Ende bzw. unterhalb der Einführungsstelle des Alkohols aus der Kolonne geführt. Gegenüber diesem bekannten Verfahren hat das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere die Vorteile, daß es höhere Raum-Zeit-Ausbeuten ermöglicht, ohne daß dafür ein höherer Gehalt von Chlorwasserstoff im Produkt in Kauf genommen werden muß, und daß unerwünschte Nebenreaktionen, wie Polymerisation von Silanen mit aliphatischer
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Mehrfachbindung/ in viel stärkerem Ausmaß vermieden werden.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von SiOC-Gruppen aufweisenden Silanen oder SiOC-Gruppen aufweisenden Polysiloxanen durch Umsetzung von Siliciumverbindung mit Si-gebundenem Chlor mit aliphatischer Verbindung mit einer alkoholischen Hydroxylgruppe und gegebenenfalls Wasser in einer mit Rückflußkühler versehenen, bei erhöhter Temperatur gehaltenen Kolonne, dadurch gekennzeichnet, daß
in einer 1. Stufe in einem 1. Reaktor in jeweils flüssiger Form Chlorsilan und aliphatische Verbindung mit einer alkoholischen Hydroxylgruppe in Mengen von 0,5 bis 0,9 Grammol alkoholischer Hydroxylgruppe je Grammatom Si-gebundenen Chlors im Gleichstrom eingeführt und in diesem Reaktor miteinander vermischt werden und das aus dem 1. Reaktor ausgetretene flüssige Reaktionsgemisch
in einer 2. Stufe am Kopf einer als 2. Reaktor verwendeten und bei erhöhter Temperatur gehaltenen Kolonne, aliphatische Verbindung mit einer alkoholischen Hydroxylgruppe in mindestens. zur vollständigen Umsetzung von restlichem Si-gebundenen Chlor in dem bei der 1. Stufe erhaltenen Reaktionsgemisch ausreichender Menge gasförmig am unteren Ende der Kolonne oder an einer Stelle zwischen dem unteren Ende und dem oberen Ende des unteren Drittels der Kolonne sowie gegebenenfalls Wasser an einer beliebigen Stelle der Kolonne eingeführt und das Reaktionsprodukt aus dem unteren Ende bzw. unterhalb der Einführungsstelle von aliphatischer Verbindung mit einer alkoholischen Hydroxylgruppe aus der Kolonne geführt wird.
Als Chlorsilane können auch im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens alle Chlorsilane eingesetzt werden, die bisher zur Herstellung von SiOC-Gruppen aufweisenden Silanen bzw. SiOC-Gruppen aufweisenden Siloxanen durch Umsetzung von Chlorsilan mit aliphatischer Verbindung mit einer alkoholischen Hydroxylgruppe und
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gegebenenfalls Wasser eingesetzt werden konnten. Es sind dies insbesondere Verbindungen der allgemeinen Formel
worin R gleiche oder verschiedene Atome oder organische Reste bedeutet, die gegenüber jeweils eingesetzter aliphatischer Verbindung mit einer alkoholischen Hydroxylgruppe unter den jeweiligen Reaktionsbedingungen inert sind, und η O, 1, 2 oder 3 ist.
Beispiele für R sind Wasserstoff und Kohlenwasserstoffreste, wie Methyl-, Vinyl-·, Phenyl- und Tolylreste; ferner durch unter den j' .veiligen Reaktionsbedingungen gegenüber jeweils eingesetzter Verbindung mit einer alkoholischen Hydroxylgruppe inerte Atome oder Gruppen substituierte Kohlenwasserstoffreste, bei denen die Kohlenstoffatome, an die Halogen gebunden ist, in alpha-Stellung oder mindestens in gamma-Stellung zum Si-Atom stehen, z. B. der gamma-Chlorpropylrest; und Halogenarylreste, z. B. Chlorphenylreste. Weitere Beispiele für geeignete substituierte Kohlenwasserstoffreste sind der beta-Cyanäthylrest und der gamma-Acry1-oxypropylrest sowie der gamma-Methacryloxypropylrest.
Es können Gemische verschiedener Chlorsilane verwendet werden. Dies kann insbesondere dann von Vorteil sein, wenn Wasser beim erfindungsgemäßen Verfahren mitverwendet wird.
Wenn bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Wasser mitverwendet wird, kann es zweckmäßig sein, das Chlorsilan mit einem inerten Lösungsmittel, dessen Siedepunkt höher ist als die Temperatur bei der die Kolonne der 2. Stufe betrieben wird, zu verdünnen, damit die Viskosität des entstandenen SiOC-Gruppen aufweisenden Polysiloxans die Entfernung dieses Produkts aus der Kolonne nicht behindert.
Als aliphatische Verbindungen mit einer alkoholischen Hydroxylgruppe können ebenfalls auch im Rahmen des erfindungsgemäßen
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Verfahrens alle aliphatischen Verbindungen mit einer alkoholischen Hydroxylgruppe eingesetzt werden, die bisher zur Herstellung von SiOC-Gruppen aufweisenden Silanen bzw. SiOC-Gruppen aufweisenden Siloxanen durch Umsetzung von Chlorsilan mit aliphatischer Verbindung mit alkoholischer Hydroxylgruppe und gegebenenfalls Wasser eingesetzt werden konnten und deren Siedepunkt unter dem des jeweils herzustellenden SiOC-Gruppen aufweisenden Silans oder Polysiloxans liegt und die unter dem jeweiligen Druck in der Kolonne sieden. Bevorzugt sind Älkanole und durch ein Äthersauerstoffatom substituierte Älkanole mit jeweils 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, wie Methanol, Ethanol, beta-Methoxyäthanol, n-Propanol und n-Hexanol.
Vorzugsweise wird aliphatische Verbindung mit einer alkoholischen Hydroxylgruppe in Mengen von 0,7 bis 0,9 Grammol alkoholischer Hydroxylgruppe je Grammatom Si-gebundenen Chlors bei der 1. Stufe eingesetzt.
Der 1. Reaktor kann z. B. aus einem Rührkessel oder einem Rohrreaktor, der beispielsweise ringförmig gebogen oder U-förmig und/ oder gewendelt sein kann, bestehen. Auch wenn es sich bei dem 1. Reaktor um einen Rohrreaktor handelt, so wird allein durch den bei der Umsetzung der in diesen Reaktor erfindungsgemäß eingeführten Reaktionsteilnehmer gebildeten Chlorwasserstoff eine gute Vermischung dieser Reaktionsteilnehmer miteinander und ein Produktkreislauf in einem solchen Rohrreaktor bewirkt. Falls erwünscht, kann jedoch der Inhalt des 1. Reaktors auch durch Anwendung einer Umwälzpumpe im Umlauf geführt werden. Dabei können z. B. Geschwindigkeiten von 10 cm bis 7000 cm und mehr je Minute angewendet werden. Ein solches zusätzliches Umwälzen ist jedoch keineswegs unbedingt erforderlich und wird auch vorzugsweise nicht angewandt.
Der Chlorwasserstoff wird an einer geeigneten Stelle aus dem 1. Reaktor geführt oder dem aus dem 1. Reaktor geführten Reaktionsgemisch vor dem Eintritt in den 2. Reaktor an einer Stelle der
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Leitung zwischen dem 1. und dem 2. Reaktor entnommen.
Die Temperatur im 1. Reaktor und damit auch die Temperatur, bei der das aus dem 1. Reaktor ausgetretene flüssige Reaktionsgemisch am Kopf der als 2. Reaktor verwendeten Kolonne eingeführt wird, beträgt vorzugsweise O bis 20 0C. Die Verweilzeit des Reaktionsgemisches im 1. Reaktor beträgt vorzugsweise 5 bis 15 Minuten.
Als Kolonne kann bei der 2. Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens jedes, meist mit Füllungen oder Einbauten versehene Rohr verwendet werden, das auch bei der fraktionierten Destillation zum Fraktionieren eingesetzt werden kann, beispielsweise eine Füllkörperkolonne. Vorzugsweise ist die Kolonne mindestens 90 cm la:.j. Die obere Grenze der Kolonnenlänge ist lediglich eine Frage der Wirtschaftlichkeit. Die bei der 2. Stufe des erfindungsgenäßen Verfahrens eingesetzte Kolonne kann mit einem Rückflußkühler ausgestattet sein.
Die Menge an aliphatischer Verbindung mit einer alkoholischen Hydroxylgruppe, die in die als 2. Reaktor verwendete Kolonne eingeführt wird, kann genau so groß sein, wie die Menge an aliphatischer Verbindung mit einer alkoholischen Hydroxylgruppe, die dem Inhalt der Kolonne durch vollständige Umsetzung mit restlichem Si-gebundenen Chlor in dem bei der 1. Stufe erhaltenen Reaktionsgemisch entzogen w£rd. Es kann aber auch überschüssige aliphatische Verbindung mit einer alkoholischen Hydroxylgruppe am Rückflußkühler sieden und/oder durch Entnahme, gegebenenfalls zusammen mit unerwünschten Nebenprodukten, am Rückflußkühler dem Kolonneninhalt entzogen werden, wenn überschüssige aliphatische Verbindung mit alkoholischer Hydroxylgruppe ^n die als 2. Reaktor verwendete Kolonne eingeführt wird.
Wenn bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Wasser mitverwendet wird, wird es vorzugsweise ebenfalls in Gasform in die Kolonne eingeführt. Das Wasser kann im Gemisch mit in die Kolonne eingeführter aliphatischer Verbindung mit einer alkoholischen Hydroxylgruppe oder getrennt davon in die Kolonne eingeführt werden. Wird es getrennt von aliphatischer Verbindung mit einer
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alkoholischen Hydroxylgruppe in die Kolonne eingeführt, so kann es an jeder beliebigen Stelle, die anders ist als diejenigen der Einführungsstellen der anderen Stoffe, die in die Kolonne eingeführt werden, in die Kolonne eingeführt werden.
Der Ausdruck "in Gasform" oder "gasförmig" in Verbindung mit aliphatischer Verbindung mit einer alkoholischen Hydroxylgruppe und/ oder mit Wasser bei der 2. Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens soll bedeuten, daß aliphatische Verbindung mit einer alkoholischen Hydroxylgruppe bzw. Wasser bei eier Temperatur, bei der sie bei dem in der Kolonne herrschenden Druck sieden, oder oberhalb dieser Temperatur und in verdampftem Zustand in die Kolonne eingeführt werden.
Die Temperatur in der als 2. Reaktor verwendeten Kolonne beträgt etwa 10 cm unterhalb der Stelle, wo das Reaktionsgemisch aus dem 1. Reaktor in die Kolonne eintritt, vorzugsweise mindestens 1/2 0C oberhalb des Siedepunkts des jeweils verwendeten Alkohols bei dem jeweils in der Kolonne herrschenden Druck.
Zweckmäßigerweise sind die Drücke im 1. und im 2. Reaktor gleich. Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise beim Druck der umgebenden Atmosphäre, also bei 1 bar oder etwa 1 bar, durchgeführt, weil beim Arbeiten unter dem Druck der umgebenden Atmosphäre der Aufwand z. B* für korrosionsfeste Pumpen entfällt. Es kann jedoch, falls es die Lage der Siedepunkte der Reaktionsteilnehmer erfordert oder zweckmäßig macht, auch bei höheren oder niedrigeren Drücken gearbeitet werden.
Beispiel 1
In das eine Ende eines ringförmig gebogenen Glasrohrs mit einer Länge von 1250 mm und einer lichten Weite von 100 mm als 1. Reaktor werden 310 Mol je Stunde Vinyltrichlorsilan und 810 Mol je Stunde Ethanol im Gleichstrom eingeführt. Die Temperatur des Inhalts des Rohrs beträgt 15 0C. Das aus dem anderen Ende des ringförmig gebogenen Glasrohrs ausgetretene flüssige Reaktionsgemisch, wird, nachdem aus ihm kurz nach dem Austreten aus dem
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Glasrohr an einer Stelle der Leitung zu der als 2. Reaktor verwendeten Kolonne der Chlorwasserstoff entweichen gelassen wurde, am Kopf dieser Kolonne eingeführt. Diese Kolonne hat eine Länge von 12000 mm und eine lichte Weite von 200 mm. Sie ist bis zu einer Länge von 10000 mm mit Porzellansattelkörpern (12 mm χ 12 mm) gefüllt.
9000 mm unterhalb der Stelle, wo das Reaktionsgemisch aus dem 1. Reaktor in die Kolonne eintritt, v/erden in die Kolonne 120 Mol Ethanol je Stunds in Gasform eingeführt. 1000 mm unterhalb der Stelle, wo das Reaktionsgemisch aus dem 1. Reaktor in die Kolonne eintritt, beträgt die Temperatur des Inhalts der Kolonne 80 °C. Das lus dem unteren Ende der Kolonne ausfließende Gut läuft über einen Siphon und einen Produktkühler in die Vorlage. Es werden kontinuierlich fast 310 Mol je Stunde Vinyltriethoxysilan mit einer gaschromatographisch bestimmten Reinheit von 99,7 % und einem Chlorwasserstoffgehalt von weniger als 5 ppm (Gewichtsteile je Million Gewichtsteile) erhalten.
Vergleichsversuch A
Die in Beispiel 1 beschriebene Arbeitsweise wird wiederholt mit der Abänderung, daß Vinyltrichlorsilan und Ethanol ohne vorheriges Reagieren miteinander in einem 1. Reaktor in die Kolonne eingeführt werden. Es können höchstens 150 Mol je Stunde Vinyltriethoxysilan erhalten werden, ohne daß der Chlorwasserstoffgehalt dieses Silans auf über 5 ppm steigt.
Beispiel 2
Die in Beispiel 1 beschriebene Arbeitsweise wird wiederholt mit den Abänderungen, daß anstelle von Vinyltrichlorsilan und Ethanol 190 Mol je Stunde gamma-Methacryloxypropyltrichlorsilan und 480 Mol je Stunde Methanol in den 1. Reaktor eingeführt werden und in die Kolonne 90 Mol je Stunde Methanol in Gasform eingeführt werden. Die Temperatur des Inhalts des 1. Reaktors beträgt
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5 0C. 1000 mm unterhalb der Stelle, wo das Reaktionsgemisch aus dem 1. Reaktor in die Kolonne eintritt, beträgt die Temperatur des Inhalts der Kolonne 66 °C.
Es werden fast 190 Mol gamma-Methacryloxypropyltrimethoxysilan mit einer gaschromatographisch bestimmten Reinheit von 99,2 % und einem Chlorwasserstoffgehalt von weniger als 5 ppm erhalten. Das Verfahren kann auch ohne Mitve-r* -ndung eines Polymerisations inhibitors über 2 Wochen ununterbrochen durchgeführt werden.
Vergleichsversuch B
Am Kopf der in Beispiel 1 beschriebenen Kolonne werden 60 Mol je Stunde gamma-Methacryloxypropyltrichlorsilan und 9000 mm darunter 180 Mol je Stunde Methanol in Gasform in die Kolonne eingeführt. Bereits nach 8 Stunden muß das Verfahren abgebrochen werden, weil die Kolonne mit Polymer verstopft ist.
Beispiel 3
Die in Beispiel 1 beschriebene Arbeitsweise wird wiederholt mit der Abänderung, daß anstelle von Vinyltrichlorsilan einmal 310 Mol je Stunde Methyltrichlorsilan, einmal 310 Mol je Stunde Dime thyldichlorsilan und einmal 310 Mol je Stunde Phenyltrichlorsilan verwendet werden. Beim Einsatz von Dimethyldichlorsilan werden außerdem 540 Mol je Stunde Ethanol statt der 810 Mol je Stunde Ethanol in den 1. Reaktor und 80 Mol je Stunde Ethanol statt der 120 Mol je Stunde Ethanol in-.Gasform in die Kolonne eingeführt. Es werden je Stunde fast 310 Mol Methyltriethoxysilan bzw. 310 Mol DimethyIdiethoxysilan bzw. 310 Mol Phenyltriethoxysilan jeweils in einer Reinheit von über 99 % und einem Chlorwasserstoffgehalt von weniger als 5 ppm erhalten.
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Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von SiOC-Gruppen aufweisenden Silanen oder -SiOC-Gruppen aufweisenden Polysiloxanen
Zusammenfassung
In einer 1. Stufe werden in einen 1. Reaktor in jeweils flüssiger Form Chlorsilan und aliphatische Verbindung mit einer alkoholischen Hydroxylgruppe im Gleichstrom eingeführt und in diesem Reaktor miteinander vermischt. Aliphatische Verbindung mit einer alkoholischen Hydroxylgruppe wird dabei in Mengen von 0,5 bis 0,1 Grammol alkoholischen Hydroxylgruppen je Grammatom Sigebundenen Chlors eingesetzt. Das aus dem 1. Reaktor ausgetretene flüssige Reaktionsgemisch wird in einer 2. Stufe am Kopf einer als 2. Reaktor verwendeten und bei erhöhter Temperatur gehaltenen Kolonne, aliphatische Verbindung mit einer alkoholischen Hydroxylgruppe in mindestens zur vollständigen Umsetzung von restlichen Si-gebundenem Chlor in dem bei der 1. Stufe erhaltenen Reaktionsgemisch ausreichender Menge gasförmig am unteren Ende der Kolonne oder an einer Stelle zwischen dem unteren Ende und dem oberen Ende des unteren Drittels der Kolonne sowie gegebenenfalls Wasser an einer beliebigen Stelle der Kolonne eingeführt und das Reaktionsprodukt, nämlich SiOC-Gruppen aufweisendes Silan oder SiOC-Gruppen aufweisendes Polysiloxan aus dem unteren Ende bzw. unterhalb der Einführungsstelle von aliphatischer Verbindung mit einer alkoholischen Hydroxylgruppe aus der Kolonne geführt.
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Claims (1)

  1. Patentanspruch
    Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von SiOC-Gruppen aufweisenden Silanen oder SiOC-Gruppen aufweisenden Polysiloxanen durch Umsetzung von Siliciumverbindung mit Si-gebundenem Chlor mit aliphatischer Verbindung mit einer alkoholischen Hydroxylgruppe und gegebenenfalls Wasser in einer mit Rückflußkühler versehenen, bei erhöhter' Temperatur gehaltenen Kolonne, dadurch gekennzeichnet, daß
    in einer 1. Stufe in einem 1. Reaktor in jeweils flüssiger Form Chlorsilan und aliphatische Verbindung mit einer alkoholischen Hydroxylgruppe in Mengen von 0,5 bis 0,9 Grammol alkoholischer Hydroxylgruppen je Grammatom Si-gebundenen Chlors im Gleichstrom eingeführt und in diesem Reaktor miteinander vermischt werden und das aus dem 1. Reaktor ausgetretene flüssige Reaktionsgemisch
    in einer 2. Stufe am Kopf einer als 2. Reaktor verwendeten und bei erhöhter Temperatur gehaltenen Kolonne, aliphatische Verbindung mit einer alkoholischen Hydroxylgruppe in mindestens zur vollständigen Umsetzung von restlichem Si-gebundenem Chlor in dem bei der 1. Stufe erhaltenen Reaktionsgemisch ausreichender Menge gasförmig am unteren Ende der Kolonne oder an einer Stelle zwischen dem unteren Ende und dem oberen Ende des unteren Drittels der Kolonne sowie gegebenenfalls Wasser an einer beliebigen Stelle der Kolonne eingeführt und das Reaktionsprodukt aus dem unteren Ende bzw. unterhalb der Einführungsstelle von aliphatischer Verbindung mit einer alkoholischen Hydroxylgruppe aus der Kolonne geführt wird.
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