异氰酸酯基丙基烷氧基硅烷及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种异氰酸酯基丙基烷氧基硅烷及制备方法，包括如下步骤：A.原料加入，向反应瓶中依次加入N、N’‑双[(三烷氧硅基)丙基]尿、碳酸二甲酯、催化剂；B.第一次加热反应，加热至140℃～160℃反应2小时；C.第二次加热反应，再加热至240℃～260℃反应2小时；经240℃～260℃高温反应，中间体裂解成产品；D.将反应液在125℃/25mmHg条件下减压蒸馏得到产物。本发明专利技术的有益效果是工艺路线简单，原料价廉易得，毒性低、无腐蚀，副产物少，没有小分子氨类杂质残留，最终产品色度低，折光率接近理论值，最终产品可长时间储存不变质。

【技术实现步骤摘要】
异氰酸酯基丙基烷氧基硅烷及制备方法
本专利技术属于硅烷偶联剂
，具体涉及一种异氰酸酯基丙基烷氧基硅烷及制备方法。
技术介绍
带有异氰酸酯基团的硅烷，在粘合剂和密封剂中作为交联剂和助粘剂使用。可以粘附于各种常见的和不常见的基底，并且还具有出众的湿性粘附性能在玻璃、金属和其他无机基底上；还可以较好的粘附于难以粘附的基底，如尼龙和其他塑料产品。在大气湿度存在下可以快速水解，且具有非常好的热稳定性、化学稳定性和抗紫外稳定性，适合的聚合物种类非常广泛。对含异氰酸酯基团的硅烷较早的合成研究中，主要采取氯硅烷和异氰酸钠或者钾盐在醇溶剂存在下，反应生成含异氰酸酯基团的硅烷，或者直接采用硅氢化合物与不饱和异氰酸酯，在贵金属铂、钯等催化剂作用下合成含异氰酸酯基团的硅烷。这两种方法都存在原材料稀少并且价格昂贵，同时如异氰酸钠或者钾盐原料属巨毒原料，因而给研究或者生产带来诸多不便。中国专利申请，申请号CN200310112706.9，申请日2003.12.22，授权公告号CN100349902C，授权公告日2007.11.21，公开了含异氰酸酯基团的硅烷的制备方法，主要包括如步骤：(1)采用氨基硅烷和碳酸酯为原料，在碱性催化剂作用下反应生成含硅基有机氨基甲酸酯的混合物；(2)然后用中和试剂中和上述的反应混合物；(3)将上述混合物过滤后，得到含硅基有机氨基甲酸酯的清液；(4)最后对上述的清液进行减压精馏裂解，制得含异氰酸酯基团的硅烷。本专利技术的优点是：工艺路线简单，原料价廉易得，毒性低；同时少量固体盐形成，基本对环境没有什么污染。产品含异氰酸酯基团的硅烷的纯度大于98％，收率在90％以上，反应选择性高，达97％以上。异氰酸酯基丙基烷氧基硅烷是带有异氰酸酯基团的硅烷中一个重要分支，目前已公开的异氰酸酯基丙基烷氧基硅烷的制备方法及缺点大致分为以下几点：1)专利CN105541897A采用3-氨丙基三甲氧基硅烷、尿素、硫酸等原料制备异氰酸酯基丙基烷氧基硅烷，该工艺的缺点是使用尿素、硫酸会造成副产物较多，其中影响最大的是氨类小分子杂质的残留，会造成产物缓慢聚合变质，影响最终产品品质，并影响储存或运输等。2)专利CN109232638A采用的方法是以[3-(三甲氧基硅烷)丙基]氨基甲酸甲酯为原料，与甲基三氯硅烷反应，一步法合成3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷，该工艺的缺点是含活性氯类的原料腐蚀性强，且反应过程会有腐蚀性气体氯化氢(HCl)生成，该生产工艺对设备抗腐蚀性及维护要求较高，即使加入缚酸剂也会有大量的副产物(胺类盐酸盐)需要处理，对大规模生产造成较大的环保废料处理压力。3)专利CN1631893A采用的方法是氨基硅烷和碳酸酯为原料，在碱性催化剂作用下反应生成含硅基有机氨基甲酸酯的混合物，然后用中和试剂中和上述混合物，最后对上述混合物清液进行减压精馏裂解，制得含异氰酸酯基团的硅烷。该方法的缺点是反应步骤繁琐，且中和过程会有过量碱残留产生副产物从而影响后续纯化，造成最终产品的缓慢聚合及分解。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种异氰酸酯基丙基烷氧基硅烷及制备方法，工艺路线简单，原料价廉易得，毒性低、无腐蚀，副产物少，没有小分子氨类杂质残留，最终产品色度低，折光率接近理论值，最终产品可长时间储存不变质。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：异氰酸酯基丙基烷氧基硅烷的制备方法，其特点是包括如下步骤：A.原料加入，向反应瓶中依次加入N、N’-双[(三烷氧硅基)丙基]尿、碳酸二甲酯、催化剂；B.第一次加热反应，加热至140℃～160℃反应2小时；140℃～160℃反应条件是为了让N、N’-双[(三烷氧硅基)丙基]尿裂解出产品以及3-氨丙基三甲氧基硅烷，然后3-氨丙基三甲氧基硅烷与碳酸二甲酯和催化剂反应的活性中间体发生反应，中间体是一个混合物，不是单一结构；C.第二次加热反应，再加热至240℃～260℃反应2小时；经240℃～260℃高温反应，中间体裂解成产品；D.将反应液在125℃/25mmHg条件下减压蒸馏得到产物。反应方程式如下所示：其中R为甲基(-CH3)或者乙基(-C2H5)。在本专利技术一个具体的实施例中，所述N、N’-双[(三烷氧硅基)丙基]尿的结构式为：其中R为甲基(-CH3)或者乙基(-C2H5)。在本专利技术一个具体的实施例中，所述N、N’-双[(三烷氧硅基)丙基]尿与碳酸二甲酯的用量摩尔比为1∶1.15。在本专利技术一个具体的实施例中，所述催化剂为聚吡咯、聚吡咯啉中的任意一种或者组合。在本专利技术一个具体的实施例中，所述催化剂用量为N、N’-双[(三烷氧硅基)丙基]尿质量的1％～5％。在本专利技术一个具体的实施例中，所述异氰酸酯基丙基烷氧基硅烷的结构式为：其中R为甲基(-CH3)或者乙基(-C2H5)。本专利技术的另一个目的在于提供一种异氰酸酯基丙基烷氧基硅烷，其特点是该异氰酸酯基丙基烷氧基硅烷的化学结构式为：其中R为甲基(-CH3)或者乙基(-C2H5)。本专利技术制备异氰酸酯基丙基烷氧基硅烷的反应机理为N、N’-双[(三烷氧硅基)丙基]尿在140℃～160℃时分解出部分异氰酸酯基产品以及部分3-氨丙基三甲氧基(或三乙氧基)硅烷，然后此时碳酸二甲酯和催化剂聚吡咯或聚比吡咯啉反应生成甲氧羰基聚吡咯或甲基羰基聚吡咯啉活性中间体，然后该中间体与刚分解出的3-氨丙基三甲氧基(或三乙氧基)硅烷反应生成一边是丙基三甲氧基(或三乙氧基)硅烷，一边是聚吡咯啉或聚吡咯基的非对称脲活性中间体，该非对称脲活性中间体在240℃～260℃发生裂解反应生成对应的异氰酸酯基产品。本专利技术与现有技术的主要区别点以及有益之处是：工艺路线简单，原料价廉易得，毒性低、无腐蚀，副产物少，没有小分子氨类杂质残留，最终产品色度低，折光率接近理论值，最终产品可长时间储存不变质。具体实施方式为了使本专利技术所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例1一种异氰酸酯基丙基烷氧基硅烷的制备方法，首先向反应瓶中加入N、N’-双[(三甲氧硅基)丙基]尿385克，然后加入碳酸二甲酯103克，最后加入聚吡咯4克，紧接着先加热至140℃反应2小时，再加热至260℃反应2小时。最后将反应液在125℃/25mmHg条件下减压蒸馏得到3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷195克，含量98.9％，收率95％，色度8(Pt-Co)，折光率1.4190(25℃)，比重1.071，65℃烘烤12小时后色度8(Pt-Co)，比重1.073在正常波动范围内。实施例2一种异氰酸酯基丙基烷氧基硅烷的制备方法，首先向反应瓶中加入N、N’-双[(三甲氧硅基)丙基]尿385克，然后加入碳酸二甲酯103克，最后加入聚吡咯12克，紧接着先加热至160℃反应2小时，再加热至240℃反应2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.异氰酸酯基丙基烷氧基硅烷的制备方法，其特征在于包括如下步骤：/nA.原料加入，向反应瓶中依次加入N、N’-双[(三烷氧硅基)丙基]尿、碳酸二甲酯、催化剂；/nB.第一次加热反应，加热至140℃～160℃反应2小时；/nC.第二次加热反应，再加热至240℃～260℃反应2小时；/nD.将反应液在125℃/25mmHg条件下减压蒸馏得到产物。/n

【技术特征摘要】
1.异氰酸酯基丙基烷氧基硅烷的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
A.原料加入，向反应瓶中依次加入N、N’-双[(三烷氧硅基)丙基]尿、碳酸二甲酯、催化剂；
B.第一次加热反应，加热至140℃～160℃反应2小时；
C.第二次加热反应，再加热至240℃～260℃反应2小时；
D.将反应液在125℃/25mmHg条件下减压蒸馏得到产物。


2.根据权利要求1所述异氰酸酯基丙基烷氧基硅烷的制备方法，其特征在于：所述N、N’-双[(三烷氧硅基)丙基]尿的结构式为：

其中R为甲基(-CH3)或者乙基(-C2H5)。


3.根据权利要求1或2所述异氰酸酯基丙基烷氧基硅烷的制备方法，其特征在于：所述N、N’-双[(三烷氧硅基)丙基]尿与碳酸二甲酯的用量摩尔比为1∶1...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴国栋，曹娜，陆海媛，周立新，张丽亚，
申请(专利权)人：江苏华盛锂电材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32