硅烷偶联剂nxt合成工艺研究(附件)
绿色橡胶轮胎不仅有效减少轮胎阻力，还具有较强的抗湿滑性能，因而近来引起业界的广泛关注。硅烷偶联剂可以有效地将白炭黑填料与橡胶分子有机地结合起来，从而提高橡胶制品的加工性能。本文研究了用Si-888和辛酰氯进行亲核取代的方法合成硅烷偶联剂NXT，探索了不同溶剂和三乙胺用量，不同反应时间和温度，不同的原料摩尔配比对NXT合成的影响。采用低温滴加-多次抽滤-减压蒸馏的实验方法合成NXT，并用傅里叶红外光谱仪（FTIR）和气相色谱仪（GC）等仪器进行表征。研究结果表明，合成NXT的最佳反应条件为n(Si-888)n(辛酰氯)=1:1（Si-888 100 g,辛酰氯 66 g），溶剂正己烷用量400 ml，三乙胺用量42 g，反应温度为5 ℃，反应时间约1.5 h。在此条件下，Si-888的转化率为99.1%，NXT的选择性为93.2%，平均收率可达92.36%。关键词 辛酰氯，硅烷偶联剂，转化率，选择性，减压蒸馏
目 录
1 绪论 1
1.1 硅烷偶联剂的概况 2
1.2 硅烷偶联剂的应用 3
1.3 硅烷偶联剂的偶联机理 4
1.4 含硫硅烷偶联剂种类 5
1.5 含硫硅烷偶联剂的偶联机理 7
1.6 硅烷偶联剂NXT合成研究进展 9
1.7 本课题的研究意义、研究手段及工艺路线 9
2 硅烷偶联剂NXT的合成 10
2.1 实验部分 10
2.2 实验原理 12
2.3 试验步骤、现象及检测 12
3 实验结果及讨论 13
3.1 反应时间对硅烷偶联剂NXT合成的影响 13
3.2 原料摩尔配比对硅烷偶联剂NXT合成的影响 14
3.3 溶剂用量对硅烷偶联剂NXT合成的影响 15
3.4 三乙胺用量对硅烷偶联剂NXT合成的影响 16
3.5 反应温度对硅烷偶联剂NXT合成的影响 17
3.6 优化反应条件的验证试验 18
3.7 谱图分析 18
结 论 21
致 谢 22
参 考 文 献 23 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
1 绪论
20世纪40年代至今，有机硅行业的创新与生产得到了突飞猛进的发展，在这七十余年中，有机硅在生产应用方面也发生了翻天覆地的变化。据悉，有机硅的成品也是丰富多样的，其中包括硅树脂、硅橡胶、表面活性剂和硅烷偶联剂等等。在如此广泛的有机硅成品中，已有10000多种具体成品被研发，4000多种在被广泛运用于化工、医疗、电子等等方面。在销售方面，市场交易额也过600多亿人民币。不可否认，有机硅已作为复合材料中成为发展最迅速和最能适应当代时代环境的合成材料之一[1,2]。
有机硅材料的制备中，Methyl chlorosilane是用量最大、最关键的有机硅单体。在当下的经济背景中，有机硅材料在国民经济占比中的地位不可撼动，许多发达国家把有机硅材料作为当下的重点新材料并给予研发和发展。自美国Dow Corning公司将有机硅产品实现工业化生产及应用以来，美、德、法、英、日、俄等十几个国家都对有机硅材料保持着高速的发展状态[3]。
表11 世界有机硅生产商（地）生产能力排名（万t/a）
生产商（地）
2003年
2006年
道康宁
22
35
GE有机硅
15
22
瓦克化学
13
21
信越
13
16.5
罗迪亚
6
6
中国（合计）
3
6
东欧（合计）
1
1
从表1中不难看出，有机硅市场主要分布在欧洲、亚洲以及北美地区，“三分天下”的有机硅市场局面映现在人们视野里，而其中交易额最大的地区是北美。由于各个国家的经济结构和国情不同，所以消费结构上也存在很大的差异。在北美，硅油作为当代人们的重要必需品，它广泛反应用于化妆、医疗、化工、涂料等领域；“三分天下”中的欧洲，化工、纺织、电子电器等方面对于硅油的需求也是大大提升；在亚洲地区，硅油还会被人们利用在食品、建筑、办公器械等领域[4]。
相较于其他发达国家，我国对于有机硅的探索与发展起步相对落后。20世纪50年代，沈阳化工院成功研发出了Methyl chlorosilane，这是中国有机硅发展史上一次重大的突破。21世纪初，从有机硅单体到成品，基础的成品种类都已开发的差不多了，如苯基氯硅烷、橡胶中的乙烯基硅橡胶、硅树脂、硅表面活性剂、RTV、LTV和硅烷偶联剂等有机硅单体都被研发了出来。目前为止，生产规模小、收率低、产量小、工艺不完整仍是我国有机硅工业发展路上的绊脚石[5]。近些年，我国通过与国外公司的合作，对有机硅工业产业进行调整，使得我国有机硅工业化生产发生了日新月异的变化。直至2005年，我国聚硅氧烷产量可达7.5万吨[5]。
在众多的有机硅成品中，硅树脂约占总产品的14%，硅橡胶和硅油约各占38%，偶联剂及其他产品约占10%。可以看出，占据我国有机硅材料应用2/3以上的领域主要在建筑、化妆、皮革、电子电器等等。相较于有机硅生产技术成熟的国家，我国的树脂、硅烷偶联剂在加工助剂、复合材料等市场有很大的发掘空间。
当今的社会经济条件中，有机硅工业仍不处于稳定的环境当中。中国的有机硅工业中心将渐渐从珠江三角洲向长江三角洲转移，并大力发展与研究。从一个依靠进口发展到自力更生，从一个有机硅工业空白小国发展到拥有庞大有机硅工业生产规模的泱泱大国，表明我国有机硅市场规格的重大改变。在如此竞争激烈的时代下，完善产业布局、延伸产业链、带动下游相关产业发展是我国有机硅工业发展迫在眉睫的任务[68]。
1.1 硅烷偶联剂的概况
硅烷偶联剂于1943年由美国Dow Corning公司和Union Carbide Corporation公司首先开发的，刚开始人们发现硅烷偶联剂可以对玻璃纤维进行表面处理从而增强塑料，后来主要用作以二氧化硅、硅酸盐为填料的橡胶加工及应用性能改进。1947年Ralphk等[9]发现要使聚酯复合材料可以拥有双倍的强度，就可以利用烯丙基三乙氧基硅烷处理玻璃纤维，至此，硅烷偶联剂的舞台不断扩大。往后的20年里，各种新式硅烷相继问世，耐热硅烷、改性含氮硅烷、阳离子硅烷都不断被研发出来，更让人们相信硅烷偶联剂的种类远不止这些[10]。硅烷偶联剂凭借它独特的性能与优良的改性效果使其发挥的空间不断扩大，也是相关高技术领域和复合材料中不可或缺的配套化学助剂。硅烷偶联剂被人们形象的比作“工业味精”也得力于其高技术含量和高附加值[11]。
目 录
1 绪论 1
1.1 硅烷偶联剂的概况 2
1.2 硅烷偶联剂的应用 3
1.3 硅烷偶联剂的偶联机理 4
1.4 含硫硅烷偶联剂种类 5
1.5 含硫硅烷偶联剂的偶联机理 7
1.6 硅烷偶联剂NXT合成研究进展 9
1.7 本课题的研究意义、研究手段及工艺路线 9
2 硅烷偶联剂NXT的合成 10
2.1 实验部分 10
2.2 实验原理 12
2.3 试验步骤、现象及检测 12
3 实验结果及讨论 13
3.1 反应时间对硅烷偶联剂NXT合成的影响 13
3.2 原料摩尔配比对硅烷偶联剂NXT合成的影响 14
3.3 溶剂用量对硅烷偶联剂NXT合成的影响 15
3.4 三乙胺用量对硅烷偶联剂NXT合成的影响 16
3.5 反应温度对硅烷偶联剂NXT合成的影响 17
3.6 优化反应条件的验证试验 18
3.7 谱图分析 18
结 论 21
致 谢 22
参 考 文 献 23 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
1 绪论
20世纪40年代至今，有机硅行业的创新与生产得到了突飞猛进的发展，在这七十余年中，有机硅在生产应用方面也发生了翻天覆地的变化。据悉，有机硅的成品也是丰富多样的，其中包括硅树脂、硅橡胶、表面活性剂和硅烷偶联剂等等。在如此广泛的有机硅成品中，已有10000多种具体成品被研发，4000多种在被广泛运用于化工、医疗、电子等等方面。在销售方面，市场交易额也过600多亿人民币。不可否认，有机硅已作为复合材料中成为发展最迅速和最能适应当代时代环境的合成材料之一[1,2]。
有机硅材料的制备中，Methyl chlorosilane是用量最大、最关键的有机硅单体。在当下的经济背景中，有机硅材料在国民经济占比中的地位不可撼动，许多发达国家把有机硅材料作为当下的重点新材料并给予研发和发展。自美国Dow Corning公司将有机硅产品实现工业化生产及应用以来，美、德、法、英、日、俄等十几个国家都对有机硅材料保持着高速的发展状态[3]。
表11 世界有机硅生产商（地）生产能力排名（万t/a）
生产商（地）
2003年
2006年
道康宁
22
35
GE有机硅
15
22
瓦克化学
13
21
信越
13
16.5
罗迪亚
6
6
中国（合计）
3
6
东欧（合计）
1
1
从表1中不难看出，有机硅市场主要分布在欧洲、亚洲以及北美地区，“三分天下”的有机硅市场局面映现在人们视野里，而其中交易额最大的地区是北美。由于各个国家的经济结构和国情不同，所以消费结构上也存在很大的差异。在北美，硅油作为当代人们的重要必需品，它广泛反应用于化妆、医疗、化工、涂料等领域；“三分天下”中的欧洲，化工、纺织、电子电器等方面对于硅油的需求也是大大提升；在亚洲地区，硅油还会被人们利用在食品、建筑、办公器械等领域[4]。
相较于其他发达国家，我国对于有机硅的探索与发展起步相对落后。20世纪50年代，沈阳化工院成功研发出了Methyl chlorosilane，这是中国有机硅发展史上一次重大的突破。21世纪初，从有机硅单体到成品，基础的成品种类都已开发的差不多了，如苯基氯硅烷、橡胶中的乙烯基硅橡胶、硅树脂、硅表面活性剂、RTV、LTV和硅烷偶联剂等有机硅单体都被研发了出来。目前为止，生产规模小、收率低、产量小、工艺不完整仍是我国有机硅工业发展路上的绊脚石[5]。近些年，我国通过与国外公司的合作，对有机硅工业产业进行调整，使得我国有机硅工业化生产发生了日新月异的变化。直至2005年，我国聚硅氧烷产量可达7.5万吨[5]。
在众多的有机硅成品中，硅树脂约占总产品的14%，硅橡胶和硅油约各占38%，偶联剂及其他产品约占10%。可以看出，占据我国有机硅材料应用2/3以上的领域主要在建筑、化妆、皮革、电子电器等等。相较于有机硅生产技术成熟的国家，我国的树脂、硅烷偶联剂在加工助剂、复合材料等市场有很大的发掘空间。
当今的社会经济条件中，有机硅工业仍不处于稳定的环境当中。中国的有机硅工业中心将渐渐从珠江三角洲向长江三角洲转移，并大力发展与研究。从一个依靠进口发展到自力更生，从一个有机硅工业空白小国发展到拥有庞大有机硅工业生产规模的泱泱大国，表明我国有机硅市场规格的重大改变。在如此竞争激烈的时代下，完善产业布局、延伸产业链、带动下游相关产业发展是我国有机硅工业发展迫在眉睫的任务[68]。
1.1 硅烷偶联剂的概况
硅烷偶联剂于1943年由美国Dow Corning公司和Union Carbide Corporation公司首先开发的，刚开始人们发现硅烷偶联剂可以对玻璃纤维进行表面处理从而增强塑料，后来主要用作以二氧化硅、硅酸盐为填料的橡胶加工及应用性能改进。1947年Ralphk等[9]发现要使聚酯复合材料可以拥有双倍的强度，就可以利用烯丙基三乙氧基硅烷处理玻璃纤维，至此，硅烷偶联剂的舞台不断扩大。往后的20年里，各种新式硅烷相继问世，耐热硅烷、改性含氮硅烷、阳离子硅烷都不断被研发出来，更让人们相信硅烷偶联剂的种类远不止这些[10]。硅烷偶联剂凭借它独特的性能与优良的改性效果使其发挥的空间不断扩大，也是相关高技术领域和复合材料中不可或缺的配套化学助剂。硅烷偶联剂被人们形象的比作“工业味精”也得力于其高技术含量和高附加值[11]。
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