一种含醚有机硅酸盐、其制备方法及应用技术

一种含醚有机硅酸盐，其特征在于，具有以下结构式：（ＭＯ）↓［３］ＳｉＣＨ↓［２］ＣＨ↓［２］ＣＨ↓［２］ＮＨ（ＣＨ↓［２］ＣＨ↓［２］Ｏ）↓［ｎ］Ｒ，Ｒ为Ｈ或ＣＨ↓［２］ＣＨ↓［２］ＮＨＣＨ↓［２］ＣＨ↓［２］－ＣＨ↓［２］Ｓｉ（ＯＭ）↓［３］；ｎ为１～１０的整数；Ｍ为Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、ＮＨ↓［４］、Ｍｇ、Ｃａ中任意一种或两种。所说的有机硅酸盐的制备方法包括：使γ－胺丙基三乙氧基硅烷或γ－胺丙基三甲氧基硅烷和二氯聚氧乙烯醚或二氯聚氧甲基丙烯醚在５０～１８０℃进行１～１０小时胺化反应，所得产物在５０～１５０℃进行０．５～５小时碱性水解，得到的最终产物。所说含醚有机硅酸盐可以作为水处理缓蚀剂单独使用，也可以与其它无磷缓蚀剂或无磷阻垢分散剂复合使用，不但具有良好的缓蚀效果，而且还具有良好的阻垢分散效果。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种含醚有机硅酸盐及其制备和应用方法。
技术介绍
随着工业和经济的迅速发展，水环境富营养化污染有越来越严重的趋势，使沿海水域、江河湖泊赤潮现象发生频繁，造成水质严重恶化，鱼虾大量死亡，经济损失惨重。引起赤潮现象发生频繁的主要原因在于水中磷酸盐浓度较高。因此，减少磷酸盐的使用和排放，对减轻和最终避免水体赤潮发生具有重要意义。含磷水处理剂由于它具有优良的缓蚀阻垢性能而得到广泛使用，如何减少和避免使用含磷水处理剂，就成为工业企业迫切需要解决的问题。将无机硅有机化是一种十分有效的方法，它不但提高了无机硅酸盐的缓蚀效果、降低了无机硅酸盐的结垢趋势，使处理效果能够满足工业生产装置的需要，而且彻底避免磷酸盐的使用。在工业水处理剂中，含磷水处理剂一般用作金属的缓蚀剂，阻垢分散剂多数不含磷。因此，实现水处理剂无磷化的关键是开发高效的无磷缓蚀剂。日本专利JP04,221,085报道一种含苯基磺酸盐的有机硅烷作稳定剂，典型的分子式为NaO3S-Ph-(CH2)3-SiO1.5。该化合物与Na2SiO3按照一定比例复合后用于处理pH值较高的乙二醇水溶液，可防止设备的腐蚀。Edwin P.Plueddemann等人在Silane Copling Agents杂志上报道含羧酸的硫代 和胺代有机硅酸盐作无机硅酸盐缓蚀剂的稳定剂，其结构式为一般以(CH3O)3SiCH2CH2SH或(CH3O)3SiCH2CH2CH2NH2为原料，与乙酸甲酯反应，然后在NaOH存在下水解得到所需产物。该化合物用于防冻液做缓蚀剂(防冻液组成乙二醇/水1/2，pH值10～11)，效果较好。欧洲专利EP163,494报道一种含季铵盐的有机硅酸酯(CH3O)3Si(CH2)3N+(CH3)2C18H37Cl-为阻垢剂，与其它药剂复配后应用于家用加湿器中，显示出较好的阻垢和缓蚀效果。日本专利JP04,221,085报道以γ-胺丙基三乙氧基硅烷与合成树脂为原料，用于含Zn、Ni、Cr铁合金设备的涂料，实验结果表明防腐蚀效果良好。但是，到目前为止，有机硅酸盐用于循环冷却水取代磷酸盐作为缓蚀剂尚不多见，主要原因在于有机硅酸盐的自身缓蚀效果较差，不能满足工业生产的需要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种新型含醚有机硅酸盐。本专利技术的另一个目的在于提供上述新型含醚有机硅酸盐的制备方法。本专利技术的再一个目的在于提供上述新型含醚有机硅酸盐作为水处理缓蚀剂的应用方法。本专利技术提供的新型含醚有机硅酸盐的结构式为(MO)3SiCH2CH2CH2NH(CH2CH2O)nR，R可以为H或CH2CH2NHCH2CH2-CH2Si(OM)3，优选CH2CH2NHCH2CH2CH2Si(OM)3；n为1～10的整数，优选2～4；M为Li、Na、K、NH4、Mg、Ca任意一种或两种，优选Na、K。本专利技术所说的有机硅酸盐的制备方法包括使γ-胺丙基三乙氧基硅烷或γ-胺丙基三甲氧基硅烷和二氯聚氧乙烯醚或二氯聚氧甲基丙烯醚在50～180℃，优选100～150℃进行1～10小时，优选2～5小时胺化反应，所得产物在50～150℃，优选80～120℃进行0.5～5小时，优选1～3小时碱性水解，得到的最终产物含醚有机硅酸盐。反应方程式示意如下1、 2、 本专利技术提供的有机硅酸盐可以作为水处理缓蚀剂单独使用，或与其它无磷缓蚀剂如氯化锌，硫酸锌，钼酸盐，钨酸盐，硅酸盐，苯并三氮唑类铜缓蚀剂等中的任意一种或几种复合使用，优选氯化锌，硫酸锌，钼酸盐中的一种或两种，缓蚀效果更好。本专利技术提供的有机硅酸盐缓蚀剂可以与其它无磷阻垢分散剂如聚丙烯酸或盐、聚马来酸酐、丙烯酸与丙烯酸酯的二元共聚物、丙烯酸与AMPS(2-丙烯酰胺-2-甲基丙基磺酸)的二元共聚物、丙烯酸与AMPS与聚马来酸酐三元共聚物中的任意一种或几种复合，优选丙烯酸/AMPS的二元共聚物、丙烯酸/AMPS/聚马来酸酐三元共聚物，不但具有良好的缓蚀效果，而且还具有良好的阻垢分散效果。本专利技术提供的有机硅酸盐缓蚀剂与无机硅酸钠相比，用于工业水处理具有更好的缓蚀效果、且不易形成硅酸盐水垢；与其他不含磷的水处理剂复合，得到的无磷水处理组合物有利于避免环境富营养化污染，处理效果可以满足工业生产装置运行的需要。本专利技术提供的有机硅酸盐缓蚀剂或与其它缓蚀剂、阻垢分散剂复合得到的组合物可以用于处理循环冷却水，如石油、化工、冶金、火力发电、中央空调等循环冷却水，也可用于其它水系统的缓蚀阻垢处理。具体实施例方式实施例1本实施例为N，N’-二(γ-丙基硅酸钠)-二聚氧乙烯醚的制备{2(CH2CH2OCH2CH2)}。在装有机械搅拌的250mL 4口圆底烧瓶中加入分子量为221.0、纯度为97％的γ-胺丙基三乙氧基硅烷95.7g(0.42mol)，开动搅拌，同时通氮气保护，用约15分钟慢慢加热烧瓶使反应物料升温到105℃，称取分子量为143.0、纯度为96％的α，ω-二氯二聚氧乙烯醚(Cl-CH2CH2OCH2CH2-Cl)29.8g(0.2mol)置于滴液漏斗中，当反应烧瓶物料温度为105℃时，开始慢慢用2小时均匀滴加到反应烧瓶中，滴加过程的反应温度维持在105～115℃，α，ω-二氯三聚氧乙烯醚滴加完毕，再在110～120℃反应2小时。反应完毕，将反应混合物的温度降低至80℃以下，并将反应混合物转移到150mL的圆底烧瓶中进行旋转真空蒸发分离，在残压3mmHg，温度180℃下将未反应的原料蒸出，烧瓶残液为所需产物。将烧瓶残液温度降低至80℃，并转移到带搅拌的三口圆底烧瓶中，开动搅拌，并加热将物料温度维持在75～85℃，用30分中均匀加入5.0mol氢氧化钠水溶液210g，加毕再在75～85℃下反应2小时后，将反应装置改为蒸馏装置，蒸出乙醇，得到最终产物，重量为83.3g(收率86％)。最终产物用NMR C13对最终产物进行结构分析，谱图各碳原子的化学位移归属如表1。表1含醚有机二硅酸钠的C13NMR谱峰归属 实施例2本实施例为N，N’-二(γ-丙基硅酸钠)-五聚氧乙烯醚的制备{2CH2CH2(OCH2CH2)4}。分别称取纯度为97％的γ-胺丙基三乙氧基硅烷95.7g(0.42mol)，275.0纯度为96％的α，ω-二氯五聚氧乙烯醚57.3g，操作步骤按照实施例1，得到100.7g产物(收率82％)。实施例3本实施例为N，N’-二(γ-丙基硅酸钠)-八聚氧乙烯醚的制备{2CH2CH2(OCH2CH2)7}。分别称取纯度为97％的γ-胺丙基三乙氧基硅烷95.7g(0.42mol)，纯度为95％的α，ω-二氯八聚氧乙烯醚85.7g，操作步骤按照实施例1，得到111.9g产物(收率75％)。实施例4本实施例为N，N’-二(γ-丙基硅酸钠)-五聚氧丙烯醚的制备{2CH2CH24}。分别称取纯度为97％的γ-胺丙基三乙氧基硅烷95.7g(0.42mol)，纯度为96％的α，ω-二氯五聚氧丙烯醚69.0g，操作步骤按照实施例1，得到103.3g产物(收率78％)。实施例5本实施例为N-(γ-丙基硅酸钠)-二聚氧乙烯醚-1-醇的制备。在装有机械搅拌的250mL 4口圆底烧瓶中加入分子量为143.0、纯度为96％的α，ω-二氯二聚氧乙烯醚59.6g(0.4mol)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含醚有机硅酸盐，其特征在于，具有以下结构式：（ＭＯ）↓［３］ＳｉＣＨ↓［２］ＣＨ↓［２］ＣＨ↓［２］ＮＨ（ＣＨ↓［２］ＣＨ↓［２］Ｏ）↓［ｎ］Ｒ，Ｒ为Ｈ或ＣＨ↓［２］ＣＨ↓［２］ＮＨＣＨ↓［２］ＣＨ↓［２］－ＣＨ↓［２］Ｓｉ（ＯＭ）↓［３］；ｎ为１～１０的整数；Ｍ为Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、ＮＨ↓［４］、Ｍｇ、Ｃａ中任意一种或两种。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李本高，冯兰珍，王秀，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]