Basic materials | Professional interpretation | Application and history of platinum catalyst in organosilicon industry

        康達科技集團(Qanta Group), 是全球领先的有机硅解决方案供应商之一,致力于提供个性化的有机硅解决方案。其拥有从金属硅到特种有机硅材料的全方位产品供应链。主要業務為特用化學品技術及特殊SILICONE與複合材料相關應用制程技術材料開發、設計、銷售。目前已有20年以上历史,与全球500强企业有合作销售经验,是一家集科研,开发,生产及销售为一体的国家级高新技术企业,拥有国际化品质,技术和管理及提供一条龙Silicone 材料应用整合。公司拥有广泛的销售和研发网络,可提供有利于未来可持续发展的创新技术和基于市场需求的解决方案。

铂金催化剂是用途广泛的贵金属催化剂之一,贵金属的资源稀缺性决定了其价格昂贵,但其独特的物化性能又决定了在多种催化反应中不可替代。铂金催化剂主要是以氯铂酸贵金属为主要原材料的铂金催化剂,采用金属网、铂黑或把铂载于氧化铝等载体上。

最大量的铂金催化剂是用于汽车尾气净化系统的三效转化器。燃料电池电极催化剂、石油化工中的催化重整选择加氢,以及各种精细化学品的合成都大量依赖于高效的负载型铂、钯等贵金属催化剂。铂金催化剂避免了有机锡、过氧化物等污染源,是一种高效环保的催化剂。

铂金催化剂在有机硅中的应用

由于铂金催化剂催化效率高,可以抑制Si-Vi和Si-H反应过程中伴随发生的副反应,避免了黑色物质的生成,克服了其它催化剂使用中产品出现发黄或变黑现象。因此可以制备高透明制品,透明度可以超过日本、美国、欧洲等国外同类产品。

由于铂金催化剂具有如此高的作用,因此在应用于液体胶、混炼胶的成型上作用很大。

专家解读-我所认识的铂催化剂在有机硅中的应用

氯铂酸,是最早在有机硅中使用的铂催化剂,现今依然在有机硅行业中宝刀不老。

氯铂酸(异丙醇溶液),最早是的John Speier发现在硅氢加成中的催化作用(三氯氢硅、甲基二氯硅烷与烯烃加成反应),因此,氯铂酸又叫Speier催化剂。基于对发现者的尊重,我下面均以Speier催化剂称谓。

Speier催化剂,最简单的合成方式:氯铂酸溶于异丙醇。注意,我用的是“合成”,因为,异丙醇在这里其实具有配位作用,并不是简单的溶解,此后也有用其它,比如四氢呋喃等等配位的。

氯铂酸的简单合成方式:铂溶于王水。通常有机硅行业人士是购买现成的,就我使用经验看,来源不同,质量有差异。不过,一般来说,只要纯度够高,均可以使用。

或许是Speier催化剂的固有不足,Willing David N( US3419593,1968) 和Karstedt B (US3775452,1973)对这个催化剂进一步做了改进,也就是以乙烯基四甲基二硅氧烷替代异丙醇类络合剂,得到的催化剂稳定性更好,与有机硅聚合物相容性更佳,催化效率更高(多数情况下)。

按照道理,Willing比Karstedt发明专利发表的更早,但从这两个专利来看,很明显Karstedt做的更科学,一是指出了烯基四甲基二硅氧烷的络合作用,二是将碱性物质(碳酸钠)用于这个催化剂的合成。从理论和实践上,Karstedt更胜一筹,从专利发表时间看,不知道Karstedt是不是受到了Willing的启发。实验中,Willing是120℃下将二烯基四甲基二硅氧烷与氯铂酸反应,而Karstedt是在碳酸钠辅助下,70℃左右,二烯基四甲基二硅氧烷与氯铂酸(盐)反应。就我对比,Willing方法,容易出现铂黑,产物少,而Karstedt方法,收率高,产物稳定,操作重现性不错。

 

此后,这个二烯基四甲基二硅氧烷铂络合物,被称作Karstedt催化剂,大概就是基于上述因素,也可能是商业因素。也有叫做Willing-Karstedt催化剂。


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