直接法合成三烷氧基硅烷的研究

论文摘要

三烷氧基硅烷是一种重要的有机硅中间体,以其为原料生产的硅烷偶联剂等广泛应用于涂料、电子等工业中。以三氯氢硅醇解等方法制备的三烷氧基硅烷由于含有氯等杂质而不能用于制备半导体用多晶硅材料,且生产工艺复杂、收率低,反应过程中产生大量的氯化氢气体腐蚀设备、污染环境、成本也高。直接法工艺简单,操作方便,无污染,弥补了旧工艺的缺点,可以更大地促进有机硅烷偶联剂及太阳能电池等电子产业的发展。因此,对直接法合成三烷氧基硅烷的工艺进行深入研究具有重要意义。以乙酸铜、双二乙基磷酸铜、水洗氯化亚铜以及自制氯化亚铜作为催化剂,分别用于硅粉和乙醇合成三乙氧基硅烷的催化。实验及表面分析结果表明,几种催化剂中以自制氯化亚铜的催化效果最好。系统地研究了在氯化亚铜催化剂及高沸点有机介质作用下,由硅粉和乙醇直接合成三乙氧基硅烷的工艺条件,优化了制备工艺,获得了预处理方式、反应温度、催化剂用量、搅拌速度等反应条件的优化参数。实验发现,在反应前,将硅粉和CuCl用微波进行预处理可以提高反应活性及硅粉转化率。优化条件下得到三乙氧基硅烷的选择性为95.3%,硅粉转化率为94.2%。对三乙氧基硅烷和乙醇的分离进行了研究,实验发现,加LiCl精馏分离效果较好。通过正交实验,系统的研究了温度、滴加速度、硅粉用量、催化剂比例对三甲氧基硅烷合成反应中三甲氧基硅烷选择性、硅粉转化率及三甲氧基硅烷产率的影响,确定出了优化的工艺条件。优化条件下得到三甲氧基硅烷的产率为77.2%。并对三甲氧基硅烷和甲醇的分离方法进行了研究,实验发现,加LiCl萃取分离效果较好。通过SEM和X射线衍射对反应前后的混合物进行分析,研究了微波处理合成三烷氧基硅烷的反应机理。发现微波处理后,有硅烯生成,它是反应的活性中心。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 烷氧基硅烷研究进展
• 1.2.1 烷氧基硅烷的合成方法
• 1.2.2 烷氧基硅烷的应用
• 1.3 直接法合成三烷氧基硅烷研究现状
• 1.3.1 实验装置
• 1.3.2 原料和溶剂
• 1.3.3 催化剂
• 1.3.4 硅粉与催化剂混合物预处理
• 1.3.5 产物分离和纯化
• 1.4 主要研究内容
• 第2章 实验装置与研究方法
• 2.1 试剂与仪器
• 2.1.1 实验药品
• 2.1.2 主要仪器
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 实验装置
• 2.2.2 实验步骤
• 2.3 分析测试方法
• 2.3.1 产物的检测分析方法
• 2.3.2 物性表征方法
• 第3章 直接法合成三乙氧基硅烷
• 3.1 催化剂对反应的影响
• 3.1.1 乙酸铜催化合成三乙氧基硅烷
• 3.1.2 双二乙基磷酸铜催化合成三乙氧基硅烷
• 3.1.3 水洗氯化亚铜催化合成三乙氧基硅烷
• 3.1.4 自制氯化亚铜催化合成三乙氧基硅烷
• 3.2 氯化亚铜催化合成三乙氧基硅烷
• 3.2.1 预处理方式对反应的影响
• 3.2.2 搅拌速度对反应的影响
• 3.2.3 反应温度对反应的影响
• 3.2.4 催化剂用量对反应结果的影响
• 3.2.5 微波预处理功率对反应的影响
• 3.2.6 微波预处理时间对反应的影响
• 3.3 三乙氧基硅烷的分离
• 3.3.1 三乙氧基硅烷分离中盐的选择
• 3.3.2 三乙氧基硅烷和乙醇分相能力的研究
• 3.3.3 加盐精馏
• 3.4 本章小结
• 第4章 直接法合成三甲氧基硅烷
• 4.1 氯化亚铜催化合成三甲氧基硅烷
• 4.1.1 正交实验设计
• 4.1.2 数据分析
• 4.2 三甲氧基硅烷的分离
• 4.2.1 三甲氧基硅烷分离中盐的选择
• 4.2.2 三甲氧基硅烷和甲醇分相能力的研究
• 4.3 本章小结
• 第5章 微波处理合成三烷氧基硅烷的机理探讨
• 5.1 反应前后混合物的分析
• 5.1.1 反应前混合物的物相及表面分析
• 5.1.2 反应中混合物的物相及表面分析
• 5.1.3 反应后混合物的物相及表面分析
• 5.2 反应机理的推测
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢