CN103145752A - 去除有机硅中金属离子的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种去除有机硅中金属离子的方法。根据本发明的方法，先将待提纯的有机硅与预定比例的金属络合剂混合形成混合物，随后再将所述混合物预热后进行精馏，并将精馏后的轻组分冷凝以获得高纯有机硅，由此可有效去除有机硅，尤其是环聚硅氧烷中K，Na等金属离子，使环聚硅氧烷中金属杂质含量达到CMOS级。
Description
技术领域
本发明涉及化学品的生产工艺领域，特别是涉及一种去除有机硅中金属离子的方法。
背景技术
高纯硅氧烷在电子工业中应用广泛，其提纯过程主要包括有机杂质、金属离子、及固体微粒的去除。其中，金属离子的去除难度较大。尤其是用于高端芯片的硅氧烷，其金属离子含量要求控制在10ppb以内。
例如，在专利号为US20050054211A1的美国专利文献中，公开了一种采用吸收塔来提纯有机硅的方法及系统，其通过吸收塔内的吸附物质来吸附液态有机硅（包括环聚硅氧烷，如八甲基环四硅氧烷）中有机杂质及金属离子，由此来提纯有机硅；而且，为了提高纯度，还可通过过滤单元来进一步过滤有机硅中的杂质等。
又例如，在专利号为US007879198B2的美国专利文献中，公开了一种采用精馏塔来提纯有机硅的系统及方法。
上述该些方法虽然工艺简单，设备投资适中，但无法满足电子级高纯硅氧烷对金属离子含量的要求，尤其对环聚硅氧烷体系，如，八甲基环四硅氧烷等。因为环聚硅氧烷独特的结构与Si-O键的负离子性使其易于与K+，Na+离子络合，故而通过精馏等难以完全有效除去金属离子。
为此，在专利号为US005312947A的美国专利文献中，公开了采用增加离子晶体平均尺寸后再过滤的方法，也就是在硅氧烷体系中先引入极性溶剂，在一定温度下充分搅拌后蒸发，基于金属离子晶体增大来实现滤除的目的。但如文献中所述，该方法也只能将金属离子控制在0.1ppm的级别，无法实现电子级高纯硅氧烷的制备。
此外，也有采用商业化的离子交换膜过滤器，如英特格（Entegris）有限公司的ProtegoPlus LTX系列和3M公司的Zeta Plus系列等，来过滤金属离子，但该类型过滤器运营费用极其昂贵。
因此，迫切需要一种低成本的有效去除有机硅中金属离子的方法，以获得电子级高纯有机硅，尤其是高纯硅氧烷。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种去除有机硅中金属离子的方法，用于解决有机硅中K，Na等金属离子含量过高的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种去除有机硅中金属离子的方法，其至少包括：
1）将待提纯的有机硅与预定比例的金属络合剂混合形成混合物；
2）将所述混合物预热后进行精馏，并将精馏后的轻组分冷凝以获得高纯有机硅。
优选地，所述金属络合剂包括冠醚及其衍生物、氧桥氮杂环杯香烃及其衍生物、或冠醚及其衍生物、和氧桥氮杂环杯香烃及其衍生物的混合剂。
优选地，前述步骤1）在预处理器中进行。
优选地，所述步骤2）在精馏塔中进行。
优选地，所述有机硅包括环聚硅氧烷。
如上所述，本发明的去除有机硅中金属离子的方法，具有以下有益效果：有效解决了有机硅，尤其是环聚硅氧烷中K，Na等金属离子含量过高的问题，使环聚硅氧烷中金属杂质含量达到CMOS级。
附图说明
图1显示为本发明的去除有机硅中金属离子的方法的流程图。
图2显示为本发明的去除有机硅中金属离子的方法所采用的优选精馏设备示意图。
元件标号说明
1 精馏设备
11 预处理器
12 预热器
13 精馏塔
14 冷凝器
15 再沸器
S1～S2 步骤
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1及图2。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图1所示，本发明提供一种去除有机硅中金属离子的方法。其中，本发明的方法可采用能将有机硅与金属络合剂混合、预热、精馏及冷凝的设备来进行，优选地，可采用包含预处理器、预热器、与所述预热器连接的精馏塔及连接所述精馏塔的冷凝器来进行。
例如，如图2所示，其为本发明的方法所采用的一种优选精馏设备。该精馏设备1包括预处理器11、预热器12、精馏塔13、设置在所述精馏塔13顶部的冷凝器14及设置在所述精馏塔13底部的再沸器15。
其中，所述预处理器11用于将工业级有机硅与金属络合剂混合；所述预热器12用于加热混合物；所述精馏塔13主要由石英制成，直径为50mm，柱高为1.5m，散堆石英填料填充高度为1m。
其中，有机硅包括但不限于：环聚硅氧烷；所述金属络合剂包括能与金属络合的化学品，优选地，包括但不限于：冠醚及其衍生物、氧桥氮杂环杯香烃及其衍生物、或者冠醚及其衍生物和氧桥氮杂环杯香烃及其衍生物的混合剂等。
其中，在制备高纯有机硅之前，图2所示的设备1的所有部件均经过5%电子级硝酸溶液浸泡12小时，再用超纯水浸泡清洗。
在步骤S1中，将待提纯的有机硅与预定比例的金属络合剂混合形成混合物。
其中，有机硅与金属络合剂的比例基于待提纯的有机硅中金属含量来确定，优选地，有机硅与金属络合剂质量百分比范围在500：1～50：1之间。
例如，将工业级八甲基环四硅氧烷，也即是纯度为98.6%、金属离子总含量为5.3ppm的八甲基环四硅氧烷与金属络合物以重量比100：1在预处理器11内混合。
在步骤S2中，将所述混合物预热后进行精馏，并将精馏后的轻组分冷凝以获得高纯有机硅。
例如，预热器12将预处理器11引入的混合物预热后引入减压操作的精馏塔13，保持精馏塔13的真空度150mmHg，塔顶轻组分经冷凝器14冷凝后部分回流，并接受沸点120°C左右的组分作为塔顶物流（f）引出。其中，沸点120°C左右的组分经GC-MS与ICP-MS分析，八甲基环四硅氧烷含量>99.99%，金属离子总含量为8.2ppb。
进一步地，重组分经精馏塔13塔底的再沸器15再沸后作为塔底物流（d）排放。
综上所述，本发明的去除有机硅中金属离子的方法引入金属络合剂对硅氧烷进行预处理，由此可以更好地除去难以分离的K，Na，Fe等金属杂质，使硅氧烷中金属杂质含量达到CMOS级。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (7)
1.一种去除有机硅中金属离子的方法，其特征在于，所述去除有机硅中金属离子的方法至少包括：
1）将待提纯的有机硅与预定比例的金属络合剂混合形成混合物；
2）将所述混合物预热后进行精馏，并将精馏后的轻组分冷凝以获得高纯有机硅。
2.根据权利要求1所述的去除有机硅中金属离子的方法，其特征在于：所述金属络合剂包括冠醚及其衍生物。
3.根据权利要求1所述的去除有机硅中金属离子的方法，其特征在于：所述金属络合剂包括氧桥氮杂环杯香烃及其衍生物。
4.根据权利要求1所述的去除有机硅中金属离子的方法，其特征在于：所述金属络合剂包括冠醚及其衍生物、和氧桥氮杂环杯香烃及其衍生物的混合剂。
5.根据权利要求1所述的去除有机硅中金属离子的方法，其特征在于：所述步骤1）在预处理器中进行。
6.根据权利要求1所述的去除有机硅中金属离子的方法，其特征在于：所述步骤2）在精馏塔中进行。
7.根据权利要求1所述的去除有机硅中金属离子的方法，其特征在于：所述有机硅包括环聚硅氧烷。
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Owner name: SHANGHAI ADVANCED RESEARCH INSTITUTE, CHINESE ACAD Free format text: FORMER OWNER: SHANGHAI ZHONGKE INSTITUTE FOR ADVANCED STUDY Effective date: 20131030 |
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Effective date of registration: 20131030 Address after: 201210 Shanghai city Pudong New Area Hartcourt Road No. 99 Applicant after: Shanghai Advanced Research Institute, Chinese Academy of Sciences Applicant after: Shanghai Apimerit Inc. Address before: 201210 Shanghai city Pudong New Area Hartcourt Road No. 99 Applicant before: Shanghai Zhongke Institute for Advanced Study Applicant before: Shanghai Apimerit Inc. |
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