[发明专利]一种连续制备含特殊基团有机硅单体的装置以及使用该装置的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于化工原料制备技术领域，具体涉及一种连续制备含特殊基团有机硅单体的装置以及使用该装置的制备方法。

背景技术

目前，国内外普遍采用的格氏合成法生产有机硅单体的工艺，其优缺点表现如下，优点在于：产物组分较少，可以把大部分烷基、芳基、不饱和基团（烯类，炔类）等引入到硅原子上以制备特殊的有机硅单体，也可以制得在一个硅原子上连有不同有机基团的混合烃基硅烷，能副产金属盐；缺点在于：反应时需要大量使用易燃的乙醚或其他溶剂，不仅消耗量大，且易燃易爆，生产不安全；工艺步骤多而复杂；原料格氏试剂价格昂贵，成本高，不宜于进行工业大生产。所以，在有机硅胶领域中，主要的硅胶原材料如：甲基硅烷单体和苯基硅烷单体等，均不采用格氏法合成，已经被其他方法代替。但是，要合成特种有机硅单体，非格氏法合成还不可，可见格氏合成法仍具有其非常的重要地位。

通过格氏合成原理，无溶剂的情况下，一步法制备含特殊基团有机硅单体，是在氮气保护下，将氯代烃、镁屑、烷氧基硅烷和一定量的催化剂加入到反应釜中，充分搅拌使其反应；反应结束后过滤，对滤液进行减压蒸馏，就可以得到含不同取代基的烷氧基硅烷单体，其通式表示为：R_X（R¹)_YSi(OR²)_4-X-Y ，

式中R、R¹及R²表示烃基和芳基，0≦X＜4，0≦Y＜4，X、Y不能同时为零。

R、R¹及R²=Alkyl（烷基、烃基），H（氢），Vl（烯基），Allyl（烯丙基），Ar（芳基）， 其中R’=H，Cl，F，CH₃，OCH₃

利用这种原理进行各种有机物合成应用的文献，在国内外都可以有许多参考，但是他们解决不了工业化大生产的相关设备应用问题。引发和散热是卤代烃工业上合成格氏试剂的关键环节。中国专利文献CN200510025651.7 中提出的方法是先在实验室制得少量格氏试剂，然后加入到反应釜中引发反应 ；中国专利文献CN200410051433.6 提出用超声波来引发反应；中国专利文献 CN200610127730.3 中提出通过微波辐射来引发反应。以上引发方法均存在明显缺陷，采用超声波或微波辐射来引发反应，由于超声波和微波穿透金属的能力有限，无法在工业装置上应用；采用实验室制备的格氏试剂转移到工业反应釜中必然要增加相应的加料系统。此外，当反应引发时和反应进行过程中，由于以气体卤代烃生产格氏试剂的反应放热比较剧烈，容易发生冲料现象 ( 反应的原料从反应釜冲出)，甚至直接爆炸。可见，为了实现格氏反应的安全进行，必须根据格氏反应的特点设计制备装置。以气态卤代烃在工业上生产格氏试剂时，通常是在一定压力状态下进行的，还要向反应系统中通入大过量的卤代烃，其原因是 ：(1) 促使价格较高的金属镁尽量的转化为格氏试剂 ；(2) 该反应为固液反应，反应开始阶段速度一般较慢 ；(3) 反应进行过程中，因温度上升导致的卤代烃在溶液中溶解度降低。为了解决以上问题，中国专利文献 CN200710112884.X 提出一种经过改进的以氯甲烷生产甲基氯化镁的方法，该反应釜中的压力0.25MPa，但由于反应是在一套密闭的系统中进行的，格氏反应剧烈的温升容易造成釜中压力急剧增大，导致冲料或爆炸事故。格氏反应完成以后，由于格氏试剂有一定的粘度，且一旦温度降低，很容易结晶 析出，所以剩余原料镁屑既不便于过滤而出，也会沉积到管道以及阀门中，导致生产不能 顺利进行，分离格氏试剂和剩余原料镁屑也是一个难题。为解决上述难题，中国专利文献 CN200910272217.7 设计了一套气态卤代烃工业化生产格氏试剂的设备系统，包括两个反应釜通过导管以串联形式进行格氏试剂的制备。THF或其它醚类溶剂与氯乙烯分别通过流量计计量后进入两个釜，镁加料仓通过快开法兰单独和反应釜连接。该方法中气态氯乙烯可以通过导管进入反应釜，但是反应速度慢，所用的镁屑颗粒必须较细，增加了制备格氏试剂的成本。无独有偶，中国专利文献CN102603775 A也设计了一套气态卤代烃工业化连续生产格氏试剂的设备系统，其提到以固定床反应器进行反应，由于没有搅拌，格氏反应是一种非常热烈的放热反应，在反应过程中，镁屑的表面会生成大量的固体把镁屑包裹，存在反应突然中止的危险，而且反应收率也会大大降低。