Hydrolysis and condensation kinetic studies of mercaptopropyl trimethoxysilane using in-situ Raman spectroscopy

水解 化学 催化作用 活化能 缩合反应 动力学 冷凝 反应速率 反应级数 溶剂 有机化学 反应速率常数 热力学 量子力学 物理
作者
Chien‐Chung Han,Jian Deng,Guangsheng Luo
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:469: 143887-143887
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.143887
摘要

The hydrolysis and condensation kinetic parameters of mercaptopropyl trimethoxysilane (MPTMS, HS(CH2)3Si(OCH3)3) have rarely been quantitatively studied due to the fast reaction rate with the presence of catalysts. In this work, we employed the in-situ Raman spectroscopy to monitor the hydrolysis and condensation reactions of MPTMS in real time. First, with CH3OH as the solvent and NH4OH as the catalyst, the hydrolysis kinetics of MPTMS was investigated via the initial rate method. The reaction orders with respect to MPTMS, H2O, and NH4OH are 1.0, 1.0, and 1.0, respectively. The activation energy (Ea) and pre-exponential factor (A) of MPTMS hydrolysis reaction are (28.4 ± 1.1) kJ/mol and 938.1 (mol/L)-2·min−1, respectively. Then, an ‘acid-catalyzed hydrolysis and base-catalyzed condensation’ two-step strategy was employed to decouple the hydrolysis and condensation reactions. With the hydrolysates, trihydroxy silanols HS(CH2)3Si(OH)3, as the starting reactant, the early-stage condensation reaction kinetics was studied. The reaction orders with respect to HS(CH2)3Si(OH)3 and NH4OH are 1.4 and 2.8, respectively. The activation energy (Ea) and pre-exponential factor (A) of the condensation reaction are (52.2 ± 0.4) kJ/mol and 7.5 × 1013 (mol/L)-3.2·min−1, respectively. The kinetic parameters determined in this work could provide quantitative guidance for the design and control of MPTMS reaction process.

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