СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКООБРАЗНОГО ГИДРОФОБИЗАТОРА - АЛКИЛСИЛИКОНАТА ЩЕЛОЧНОГО МЕТАЛЛА Российский патент 2003 года по МПК C08G77/04 C07F7/08 

Изобретение относится к способам получения кремнийорганических гидрофобизаторов, в частности порошкообразных алкилсиликонатов щелочных металлов.

Широко известны гидрофобизирующие кремнийорганические жидкости - ГКЖ в виде водных и водно-спиртовых растворов алкилсиликонатов щелочных металлов [Воронков М.Г. и др., Гидрофобизация, Киев, 1973, 239 (I); Соболевский М.В. и др. , Свойства и области применения кремнийорганических продуктов, М., 1975, 296 (II); авторское свидетельство СССР 427031, 1973, МПК² C 08 G 31/16 (III); патент ФРГ 2245927, 1974, МПК³ С 04 В 41/28 (IV)]. Однако жидкие гидрофобизаторы содержат мало функционального вещества и большие объемы растворителя, которые можно рассматривать как баласт при транспортировке и хранении продуктов. В этом отношении неоспоримым преимуществом по сравнению с ГКЖ имеют порошкообразные продукты, обладающие гидрофобизирующими свойствами (см. выше ссылку II).

Известен способ получения порошков полиоргано(гидрид)силсесквиоксанов [авторское свидетельство СССР 471029, 1975, МПК³ C 08 G 31/34) (V)], которые рекомендуется использовать в качестве добавки в бетонную смесь для придания цементобетонам гидрофобных и других полезных свойств. Но полиоргано(гидрид)силсесквиоксаны не растворимы в воде и других растворителях. Это приводит к образованию гетерогенной твердой фазы в цементном растворе, что затрудняет их применение в этой области.

Имеется сообщение о высокой эффективности введения 0,2 мас.% от массы цемента водорастворимых гидрофобизирующих кремнийорганических порошков (ГКП) силиконата натрия (см. выше ссылку II, стр. 148).

О способе получения водорастворимых метил- и этилсиликонатов натрия из алкилалкоксисиланов путем взаимодействия их со щелочью в присутствии каталитических количеств воды с последующей сушкой продукта, было сообщено Ю.Л. Балуковым на совещании по кремнийорганическим соединениям (Труды совещания, М., НИИТЭХИМ, 1967, V, 50-51).

Согласно способу, омылению подвергают алкилалкоксисиланы, полученные этерификацией алкилхлорсиланов (АХС). Алкилалкоксисиланы содержат непрореагировавшие хлор-ионы АХС (до 4%), которые ухудшают гидрофобизирующие свойства ГКП. Их удаление требует значительного расхода спирта с последующей энергоемкой стадией регенерации. Существенные энергозатраты и потеря реагентов имеют место также на стадии сушки ГКП, в процессе которой удаляют водный раствор бутанола, требующий абсолютирования для повторного использования в процессе.

При этом авторы утверждали, что из водных растворов невозможно "получать силиконаты в виде порошков, так как при высушивании водных растворов в присутствии щелочей происходит более глубокая гидролитическая конденсация, и сухой продукт, полученный таким методом, не растворим в воде".

Предложенный Ю.Л. Балуковым способ был принят нами за прототип.

Именно задача высушивания водных растворов алкилсиликонатов натрия и калия с получением водорастворимого сыпучего продукта ГКП была поставлена перед нами.

Решение задачи было достигнуто тем, что нами проведены научно-технические и экспериментальные исследования, в результате которых разработан способ получения водорастворимого алкилсиликоната щелочных металлов из алкилсилсесквиоксанов (АСС) путем омыления их водным раствором щелочи при температуре от 80 до 105^oС в течение 1-4 часов с введением в реакционную массу алкиленгликолей (моно-, ди-, три-, тетраэтилен- и монопропиленгликолей и др. ).

Сушку продукта осуществляют при нагревании до 100-180^oC под остаточным давлением от 100 Па до атмосферного. Количество добавляемого алкиленгликоля колеблется от 2 до 10 мас.% от реакционной массы.

Введение гликолей, вводимых в реакционную массу снижает энергозатраты при проведении сушки, увеличивает сыпучесть полученного ГКП. Вероятно, это объясняется разрушением кристаллогидратов алкилсиликоната щелочных металлов. Несмотря на содержание в нем остаточного количества гидрофильных ионов, тем не менее они не оказывают отрицательного действия на гидрофобизирующие свойства продукта.

Процесс не требует использования спиртов, больших расходов энергии и обеспечивает высокий выход (98-100 мас.%) от исходного АСС водорастворимого сыпучего ГКП, который содержит от 70 до 100 мас.% алкилсиликоната щелочных металлов.

Подробное описание предложенного способа можно проиллюстрировать следующими примерами.

Пример 1.

В колбу, снабженную мешалкой, обратным холодильником, загружают 450 г 23%-ного водного раствора гидроокиси натрия, 150 г метилсилсесквиоксана (продукта гидролиза метилгрихлорсилана), 24 г моноэтиленгликоля и выдерживают при перемешивании в течение 4 часов при 85^oС. Полученный продукт сушат в течение 3 часов при атмосферном давлении и температуре 180^oС. Получают гидрофобизирующий порошок - ГКП со следующими показателями качества, содержание основного вещества - 91,3%, содержание кремния - 23,1%, растворимость в воде - 99,5%.

Пример 2.

В колбу, снабженную мешалкой, обратным холодильником, загружают 100 г гидроокиси калия, 220 г 50%-ного водного метилсилсесквиоксана (продукта гидролиза метилтрихлорсилана), 220 г воды, 54 г диэтиленгликоля и выдерживают при перемешивании в течение одного часа при 105^oС. Полученный продукт сушат в течение 2 часов при остаточном давлении 2 кПа и температуре 100^oС. Получают гидрофобизирующий порошок ГКП со следующими показателями качества: содержание основного вещества - 86,3%, содержание кремния - 21,6%, растворимость в воде - 99,3%.

Пример 3.

В колбу, снабженную мешалкой, обратным холодильником, загружают 95 г гидроокиси натрия, 330 г 40%-ного этилсилсесквиоксана (продукта гидролиза этилтрихлорсилана), 120 г воды, 40 г триэтиленгликоля и выдерживают при перемешивании в течение 3 часов при 95^oС. Полученный продукт сушат в течение одного часа при остаточном давлении 4 кПа, и температуре 140^oС. Получают гидрофобизирующий порошок ГКП со следующими показателями качества: содержание основного вещества - 75,3%, содержание кремния - 15,8%, растворимость в воде - 98,7%.

Пример 4.

В колбу, снабженную мешалкой, обратным холодильником, загружают 430 г 24%-ного водного раствора гидроокиси натрия, 150 г метилсилсесквиоксана (продукта гидролиза метилтрихлорсилана) и выдерживают при перемешивании в течение 3 часов при 90^oС. К полученному продукту добавляют 35 г тетраэтиленгликоля и сушат в течение 3 часов при остаточном давлении 20 кПа и температуре 150^oС. Получен гидрофобизирующий порошок ГКП со следующими показателями качества: содержание основного вещества - 88,7%, содержание кремния - 21,3%, растворимость в воде - 100,0%.

Пример 5.

В колбу, снабженную мешалкой, обратным холодильником, загружают 450 г 23%-ного водвого раствора гидроокиси натрия, 150 г метилсилсесквиоксана (продукта гидролиза метилтрихлорсилана), 20 г монопропиленгликоля и выдерживают при перемешивании в течение 3 часов при 80^oС. Полученный продукт сушат в течение одного часа при остаточном давлении 100 Па качества: содержание основного вещества - 95,1%, содержание кремния - 25,1%, растворимость в воде - 99,0.

Пример 6.

В колбу, снабженную мешалкой, обратным холодильником, загружают 450 г 23%-ного водного раствора гидроокиси натрия, 150 г метилсилсесквиоксана (продукта гидролиза метилтрихлорсилана), 24 г моноэтиленгликоля и выдерживают при перемешивании в течение 4 часов при 60^oС. Полученный продукт сушат в течение 3 часов при остаточном давлении 100 Па и температуре 60^oС.

Получают гидрофобизирующий порошок - ГКП со следующими показателями качества: содержание основного вещества - 89,3%, содержание кремния - 22,1%, растворимость в воде - 99,0%.

Пример 7.

В колбу, снабженную мешалкой, обратным холодильником, загружают 450 г 23%-ного водного раствора гидроокиси натрия, 150 г метилсилсесквиоксана (продукта гидролиза метилтрихлорсилана), 10 г моноэтиленгликоля и выдерживают при перемешивании в течение 4 часов при 85^oС. Полученный продукт сушат в течение 3 часов при атмосферном давлении и температуре 180^oС. Получают гидрофобизирующий порошок - ГКП со следующими показателями качества: содержание основного вещества - 88,3%, содержание кремния - 21,2%, растворимость в воде - 87,5%.

В представленных примерах получены водорастворимые кремнийорганические порошки, характеризующиеся следующей гидрофобизирующей способностью. Эффективность определялась по водопоглощению цемента, обработанного ГКП в количестве 0,2% (в пересчете на 100%-ный) от веса цемента.

Как видно из примеров и таблицы, предложенный метод получения гидрофобизирующих порошков наряду с технологической эффективностью (отсутствие спирта в процессе получения и т.д.) приводит к получению ГКП повышенной эффективности по гидрофобизирующей способности по сравнению с известными.

Снижение температуры выдержки приводит к получению ГКП с пониженной эффективностью (гидрофобизирующей способностью) (см. пример 6). Уменьшение количества алкиленгликолей приводит к ухудшению сыпучести и растворимости ГКП (см. пример 7). Увеличение количества алкиленгликолей уменьшает содержание основного вещества в ГКП без дополнительного эффекта.

Способ позволяет получать высокоактивный порошкообразный гидрофобизатор, который находит применение в производстве строительных материалов для их объемной модификации и гидрофобизации, а также для обработки поверхности строительных сооружений и/или их частей.

Как следует из описания способа, объект изобретения соответствует критериям патентоспособности: обладает новизной, соответствует изобретательскому уровню и рекомендуется для реализации в промышленном масштабе (технология процесса отработана на укрупненной лабораторной установке).

Описывается способ получения порошкообразного гидрофобизатора - алкилсиликоната щелочного металла щелочным омылением кремнийорганического соединения, заключающийся во взаимодействии алкилсилсесквиоксанов с водным раствором щелочи при температуре от 80 до 105^oС в течение 1-4 ч с введением в реакционную массу алкиленгликолей в количестве от 2 до 10 мас.% от реакционной массы с последующей сушкой продукта при нагревании до 60-180^oС под остаточным давлением от 100 Па до атмосферного. Техническим результатом является получение продукта с высоким выходом 98-100 мас.%, который содержит от 70 до 100 мас.% алкилсиликоната щелочных металлов и обладает повышенной эффективностью по гидрофобизирующей способности по сравнению с существующими. 1 табл.

Способ получения порошкообразного гидрофобизатора - алкилсиликоната щелочного металла щелочным омылением кремнийорганического соединения, отличающийся тем, что водным щелочным раствором омыляют алкилcилсесквиоксаны при температуре от 80 до 105^oС в течение 1-4 ч с введением в реакционную массу алкиленгликолей в количестве от 2 до 10 мас. % от реакционной массы с последующей сушкой продукта при температуре в пределах 60-180^oС и давлении от остаточного 100 Па до атмосферного.