CN103180246B - 选择性分解高级硅烷的方法 - Google Patents
选择性分解高级硅烷的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103180246B CN103180246B CN201180054019.9A CN201180054019A CN103180246B CN 103180246 B CN103180246 B CN 103180246B CN 201180054019 A CN201180054019 A CN 201180054019A CN 103180246 B CN103180246 B CN 103180246B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- silane
- equal
- formula
- oligomeric
- silicon
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
- B01J21/06—Silicon, titanium, zirconium or hafnium; Oxides or hydroxides thereof
- B01J21/08—Silica
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/06—Washing
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
- C01B33/04—Hydrides of silicon
- C01B33/043—Monosilane
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
- C01B33/08—Compounds containing halogen
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
- C01B33/08—Compounds containing halogen
- C01B33/107—Halogenated silanes
- C01B33/1071—Tetrachloride, trichlorosilane or silicochloroform, dichlorosilane, monochlorosilane or mixtures thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
- C01B33/08—Compounds containing halogen
- C01B33/107—Halogenated silanes
- C01B33/1071—Tetrachloride, trichlorosilane or silicochloroform, dichlorosilane, monochlorosilane or mixtures thereof
- C01B33/10742—Tetrachloride, trichlorosilane or silicochloroform, dichlorosilane, monochlorosilane or mixtures thereof prepared by hydrochlorination of silicon or of a silicon-containing material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
- C01B33/08—Compounds containing halogen
- C01B33/107—Halogenated silanes
- C01B33/10773—Halogenated silanes obtained by disproportionation and molecular rearrangement of halogenated silanes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/02—Impregnation, coating or precipitation
- B01J37/0215—Coating
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
- C01B33/08—Compounds containing halogen
- C01B33/107—Halogenated silanes
Abstract
本发明涉及通过在卤化氢存在下,在含氮催化剂上使低聚硅烷反应,由低聚无机硅烷制备含有卤素和/或氢的单体和/或二聚体硅化合物的方法,其中该低聚无机硅烷具有至少三个直接共价相连的硅原子,其取代基选自卤素、氢和/或氧。
Description
本发明涉及通过在卤化氢存在下在含有氮的催化剂上使低聚无机硅烷反应,而由低聚无机硅烷制备含有卤素和/或氢的单体和/或二聚体硅化合物的方法,其中所述低聚无机硅烷具有至少三个彼此直接共价相连的硅原子,其取代基选自卤素、氢和任选的氧。
在半导体和太阳能工业中使用高纯度多晶硅化合物。在制备多晶硅时,在不同的子过程中产生高沸点、低聚硅烷,例如尤其也是分子中含有3-4个硅原子的低聚氯硅烷。尽管这些低聚氯硅烷由于制备方法引起而具有高的纯度,但是它们迄今为止没有高的工业应用的重要性。
WO 2006/125425 A1公开了一种由卤硅烷制备大块硅的两阶段方法。在第一阶段中,优选在氢气存在下将卤硅烷,如氟硅烷或氯硅烷暴露于等离子体放电中。在接下来的第二阶段中,将由第一阶段得到的聚硅烷混合物在自400℃起,优选自700℃起的温度下热解成硅。在四氯硅烷存在下将低聚氯硅烷转化为热解二氧化硅是已知的(DE 10 2006 009953A1)。
六氯二硅烷作为用以制备氮化硅层的低温-前体是非常令人感兴趣的。
本发明的目的在于,使低聚氯硅烷可用于工业应用,以及使用它们来制备令人感兴趣的硅烷,特别是低分子量的硅烷。此外,本发明的目的在于,提供可以使低聚硅化合物转化成单体和/或二聚体硅烷的经济的方法。本发明的目的也是在制备多晶硅或其它转化卤硅烷的方法的范围内将作为副产物产生的纯低聚氯硅烷分解为单体或二聚体硅烷。在本发明的方法中应该也可以使用借助于各种基于等离子体放电的方法得到的和任选作为副产物产生的较高分子量的低聚卤硅烷。
该目的根据独立权利要求得以实现,优选的实施方式描述于从属权利要求中以及详述于说明书中。
令人惊奇地已发现,低聚卤硅烷在一定的工艺条件下可以分解成低分子量的卤硅烷,特别是直至分解成二聚体和/或单体化合物。此外令人惊奇的是,该方法可用于特别是根据通式II、III和/或IV的低聚全卤硅烷(Halogensilane)、低聚卤氢硅烷和低聚氢硅烷,并且通常得到通式I的低分子量卤氢硅烷或全卤硅烷。令人惊奇地,如果在含氮催化剂存在下将所述低聚硅烷与卤化氢,优选氯化氢接触,则足以分解所述低聚硅烷。该分解在室温下已经可以进行,其中该转化或分解反应优选在20-200℃,特别优选在50-150℃,特别是在80-120℃的温度下和在10mbar-10bar,特别优选100mbar-2bar特别是0.8-1.2bar的压力下进行。因此,本发明的主题也是一种方法,在该方法中可以将式I的单体的和任选二聚体的硅化合物在没有单独的能量输入,特别是在没有热能输入的情况下与低聚硅烷分离,优选可以蒸馏分离。如果该催化剂相比反应物或沸腾的反应混合物具有显著更高的沸腾温度,例如高于70℃,优选高于90℃,特别是>110℃,是固体或者该反应是多相催化的,即将含氮催化剂化学固定在载体上,则在工艺技术上对于转化产物与催化剂的可分离性来说是特别优选的。
因此,本发明的主题是通过在卤化氢存在下在含氮催化剂上将低聚硅烷或其混合物转化成通式I的硅化合物,由具有至少三个硅原子的低聚无机硅烷或含有所述低聚无机硅烷的混合物制备通式I的单体和/或二聚体硅化合物的方法,其中硅原子上的取代基选自卤素和氢。当例如低聚硅烷接触潮湿时,该低聚硅烷任选也可以具有通过氧原子键接的取代基。
因此,本发明的主题同样是由低聚无机硅烷或包含低聚无机硅烷的混合物通过如下方式制备通式I的单体和/或二聚体硅化合物的方法:在卤化氢存在下在含氮的催化剂上使所述低聚硅烷或所述混合物反应生成通式I的硅化合物,其中所述低聚硅烷具有至少三个直接共价相连的硅原子,特别是至少一个·Si-Si-Si·片段,并且硅原子上的其它取代基选自卤素、氢和/或氧,而且所述混合物任选也包含低聚硅烷的水解产物,因此硅烷或所述混合物也可以包含具有额外的Si-OH和/或Si-O-Si片段的硅烷,而在通式I中X独立地为卤素,并且所述卤素尤其彼此独立地选自氯、溴、碘和氟,X优选为氯,H为氢,n为1或2,和x为0-6之间的整数,即0、1、2、3、4、5或6,当n=1或n=2时x优选0或1,y为0-6之间的整数,当n=1时y优选3或4或者当n=2时y优选5或6,条件是,(y+x)=(2n+2),
(I)。
举例来说,可以理想地通过下列反应方程式表示在HCl和含氮催化剂存在下八氯三硅烷的分解:
可以按照下列反应方程式表示十氯四硅烷的分解:
低聚无机硅烷优选是指具有至少三个彼此共价相连的硅原子的硅烷直至聚合的其自由价电子基本上被氢和/或卤素饱和的无机硅烷。聚合无机硅烷稠粘直至固态存在,并具有多于4个,优选平均5-50个,特别是9-25个或8-20个硅原子。这样一种硅烷或这些硅烷的混合物任选也可以包含所述硅烷的水解产物和任选的缩合产物,因此低聚无机硅烷或其混合物的概念也是指具有硅氧烷键和/或硅烷醇基团的硅烷。本发明的一个特别的优点在于,对于用于根据本发明的方法的低聚无机硅烷没有对其在溶剂中的溶解性提出特别的要求。所述低聚硅烷优选可以溶解或分散在原料中或在液态低聚硅烷中。通过实施本方法,可以将通常源自使用高纯度的原料和产物的过程的高纯度低聚硅烷经济地分解成高纯度的式I的硅化合物。可以不进行复杂而耗费的净化步骤。本领域技术人员清楚,在分解粘稠到固态的低聚硅烷时会需要加热所述硅烷,以便起始分解和/或也以便将所得到的硅化合物完全蒸馏分离。原则上可以连续地或分批进行该方法。
在根据本发明的方法中,作为低聚硅烷或作为含有低聚硅烷的混合物优选使用全卤硅烷、氢卤硅烷或氢硅烷、高级同系卤代聚硅烷以及混合氢化卤化的聚硅烷和任选其水解产物和/或这些的混合物。在本方法中,特别优选使用基本上以全卤硅烷形式存在的低聚硅烷,以将其分解成氢卤硅烷和氢硅烷。此外,所述低聚无机硅烷或低聚硅烷的混合物优选包括下列低聚硅烷:三硅化合物、四硅化合物、五硅化合物、六硅化合物、七硅化合物、八硅化合物、九硅化合物和/或十硅化合物和/或最高至高级的多硅化合物,其可以分别独立地以全卤硅烷、卤氢硅烷化合物或氢硅烷的形式存在。此外,所述硅烷可以作为链状硅烷、环状硅烷,和/或支化或交联地存在。此外,它们可以作为多硅二卤化物、多硅一卤(Polysilicium- monohalogene)和具有一定含量的氢存在。
在本发明的方法中,特别优选可以使用八氯三硅烷、十氯四硅烷、十二氯五硅烷、十四氯六硅烷、十氯环五硅烷或含有这些的混合物作为低聚无机硅烷。
所述低聚无机硅烷特别优选选自
- 直链或支链的通式II的硅烷
(II)
其中m、a和b分别独立地为整数,其中m大于等于3,特别是m=3-100,优选m=3-50,特别优选m=3、4、5、6、7、8、9、10,或者优选m=3-25,优选m=3-20,a等于0或大于等于1,且b等于0或大于等于1,其中条件是a+b=2m+2,在优选的实施方式中,a=0或在硅烷中存在小于等于4重量%到小于等于2重量%的氢,和/或
- 环状的、交联的和/或聚合的通式III的硅烷
(III),优选为[SiX2]o
其中o、p和q分别独立地为整数,其中o大于等于3,特别是o=3-100,优选o=5-50,特别优选o=3、4、5、6、7、8、9、10,或者优选o=3-25,优选o=3-20;p等于0或大于等于1,且q等于0或大于等于1,其中p+q=2o,在优选的实施方式中,p=0或在硅烷中存在小于等于4重量%到小于等于2重量%的氢,和/或
- 聚合的通式IV的硅烷
(IV),优选为[SiX]r,
其中r、s和t分别独立地为整数,其中r大于等于3,特别是r=3-100,优选r=6-50,特别优选r=6、7、8、9、10、11、12、13、14、15,或者优选r=6-25,优选r=6-20;s等于0或大于等于1,且t等于0或大于等于1,其中s+t=r,在优选的实施方式中,s=0或在硅烷中存在小于等于4重量%到小于等于2重量%的氢,和
- 其中在式II、III和/或IV中X分别独立地为卤素,如氯、溴、氟、碘;特别是氯和/或溴,优选氯,而且所述低聚硅烷任选也包含式III、IV和/或IV的硅烷的水解产物。根据本发明,X是氯。
按照根据本发明的方法,得到通式I的硅化合物SinHxXy (I),其中n=1或2并且特别优选X为氯,其中特别优选当n=1时,x=0表示四氯硅烷,x=1表示三氯硅烷,x=2表示二氯硅烷,x=3表示一氯硅烷。对于n=2,优选x=0和y=6表示六氯二硅烷,以及x=1和y=5表示五氯二硅烷。但是,除了这些优选的、主要是单体的化合物,也可以制备其它二聚体硅烷或包含六氯二硅烷、五氯氢二硅烷或四氯二氢二硅烷的单体和二聚体化合物的混合物。此外,可以制备溴化的单体和/或二聚体硅烷或相应的碘化或氟化以及混合卤化的硅烷。这些例如是六溴二硅烷、六碘二硅烷、六氟二硅烷、四溴硅烷、三溴硅烷、二溴硅烷、四碘硅烷、三碘硅烷、二碘硅烷、四氟硅烷、三氟硅烷和/或二氟硅烷,它们可以由相应的溴化、碘化或氟化的低聚硅烷通过分解而得到。
通常,所述通式I的硅化合物可以包含全卤硅烷、卤氢硅烷化合物、氢硅烷以及混合卤化的硅烷。这些例如也可以是六氢二硅烷、甲硅烷或含有这些的混合物。同样,所述硅化合物可以包含六溴二硅烷、五溴氢二硅烷、四溴二氢二硅烷或含有这些的混合物。
根据本发明,得到六氯二硅烷或六氯二硅烷与四氯硅烷和/或三氯硅烷和任选二氯硅烷的混合物作为通式I的硅化合物。同样可能制备的一氯硅烷和或甲硅烷任选可以与二氯硅烷一起在特定的条件下缩合。通常,由于它们的沸点,它们与逸出的卤化氢,如HCl一起从反应混合物中或从未冷却或稍微冷却(优选在0到-20℃)的产物容器中排出。
在本方法中使用的卤化氢通常可以包括HCl、HBr、HF、HI或含有至少两种上述卤化氢的混合物。在本方法中特别优选使用对应于低聚卤硅烷的取代基的卤化氢。在分解低聚氯硅烷时,优选使用HCl。可以将卤化氢导入低聚硅烷中。为此,可以原位制备、也可以蒸发和导入或直接从气瓶中提取所述卤化氢。所述卤化氢特别优选是高纯度的,并且不会造成分解产物的污染。
按照本发明方法的另一特征,在转化或分解反应过程中将一种或多种式I的化合物特别是从所述低聚硅烷中有利地蒸馏分离。通过蒸馏除去低分子量的物质,不断地破坏反应平衡,并有利地促进了所述化合物的形成。特别优选将所述式I的化合物缩合,更优选将不同的式I化合物分级缩合。
此外,在本发明的方法中优选使用用有机残基官能化的、氨基官能化的催化剂,特别是氨基烷基官能化的催化剂作为含氮催化剂,该催化剂此外优选是聚合的并化学固定在载体材料上。替代性地,还可以使用固态的不溶性的和/或高沸点的含氮化合物作为催化剂。通常可使用所有具有可连接氨基官能化催化剂的反应性基团的材料作为载体材料。该载体材料优选以成型件如球形、杆形或颗粒状的形式存在。
特别优选的含氮催化剂是下列的含氮催化剂和/或由其经水解和/或缩合作用衍生的含氮催化剂,如特别优选
- 具有烷基官能化的仲-,叔-和/或季氨基基团的氨基官能化化合物,特别是通式Ⅴ的氨基烷氧基硅烷,或者特别优选至少一种其水解产物和/或缩合产物,
(V)
其中z=1-4,g=1-10,d=1-3,或者由其衍生的、化学连接在载体材料上的、单体或低聚的氨基硅烷,在式V中,特别优选z=1-4,特别独立地是1或2,独立地d=3或2,和g=1-18,或者
- 烃取代的式VI或VII的胺
(VI)其中k=0,1或2,其中R对应于具有1-20个碳原子的脂族直链或支链的或脂环族或芳族的烃,其中该残基R是相同或彼此不同的,优选R具有至少2个碳原子,或者
(VII)其中I=0,1,2或3,其中R1对应于具有1-18个碳原子的脂族直链或支链的或脂环族或芳族的烃,其中该残基R1是相同或彼此不同的,且Z是阴离子,优选卤离子,优选R1具有至少2个碳原子,或者
- 二乙烯基苯交联的具有叔胺基的聚苯乙烯树脂。
催化剂特别优选是通式V的氨基烷氧基硅烷或包括通过水解和/或缩合作用得到的催化剂,其化学固定在载体上,优选共价键接在载体上,特别是键接在硅酸盐/酯载体上。根据本发明,所述催化剂是二异丁基氨基丙基三甲氧基硅烷或其水解产物和/或缩合产物,并且在硅酸盐/酯载体材料上使用。此外,在根据本发明的方法中,所有的催化剂在无水的或基本上无水的条件下使用。因此,在本方法中将所述催化剂在使用前小心地干燥,而不使其分解或失活。
本发明的式V的催化剂或其水解产物和/或缩合产物优选具有下列指数:z独立地为1、2、3或4,g独立地为1、2、3、4、5、6、7、8、9或10,而d独立地为1、2或3,或以由其衍生的在载体材料上化学连接的单体或低聚氨基硅烷的形式。在此,式V的基团-(CgH2g+1)可以独立地是正烷基、异烷基和/或叔烷基。特别优选的通式V的化合物以及由其衍生的特别是在载体材料上化学连接的氨基硅烷选自:z = 1,d = 3和g = 1; z = 2,d = 3,g = 1; z = 1,d =3,g = 2; z = 2,d = 3,g = 2; z = 1,d = 3和g = 8; z = 2,d = 3,g = 8; z = 1,d =3,g = 4; z = 2,d = 3,g = 4; z = 1,d = 3,g = 8; z = 2,d = 3,g = 8。
其它优选可使用或可应用于制备单体和/或二聚体硅化合物或硅烷以及可使用或可应用于本发明的用途的催化剂可以是胺、铵盐、氨基硅烷、氨基硅氧烷以及承载的氨基硅烷、氨基硅氧烷。以及式VII的胺也是,其中阴离子Z例如对应于卤离子,例如氟离子、氯离子、溴离子、碘离子;或者对应于硝酸根、磷酸根、硫酸根、乙酸根、甲酸根或丙酸根。此外,可以使用N-甲基-2-吡咯烷酮,甲基咪唑类,四甲基脲,四甲基胍,三甲基甲硅烷基咪唑,苯并噻唑,N,N-二甲基乙酰胺作为催化剂。此外,也可以使用所述催化剂的混合物。此外,作为催化剂可以,例如以基于下述的催化剂形式使用离子交换剂:与二乙烯基苯交联的具有叔胺基团的聚苯乙烯树脂,其通过苯乙烯-二乙烯基苯-5共聚物的直接氨基甲基化而制备(DE10057521 A1);在与二乙烯基苯交联的聚苯乙烯的骨架上带有氨基或亚烷基氨基(例如二甲基氨基(DE 100 61 680 A1,DE 100 17 168 A1))的固体;基于阴离子交换树脂的催化剂,该催化剂具有叔氨基10或季铵基(DE 33 11 650 A1)、胺官能化的无机载体(DE 37 11444 A1)或根据DE 39 25 357的有机聚硅氧烷催化剂,例如N[(CH2)3SiO3/2]3。此外,也可以优选使用根据DE 37 11 444,特别是根据DE 102007059170.7的硅烷、硅氧烷和承载的硅烷、硅氧烷。全面地参考上述专利文献,并将其关于催化剂的内容纳入本文件的内容中。
为了进行本方法,作为催化剂也可以特别优选使用具有烷基官能化的仲-、叔-和/或季氨基的氨基官能化的芳族聚合物。所述烷基可以是直链的、支链的或环状的,优选甲基或乙基。根据本发明,可以使用氨基官能化的二乙烯基苯-苯乙烯共聚物,即二乙烯基苯交联的聚苯乙烯树脂,其中特别优选选自二烷基氨基甲基官能化的二乙烯基苯-苯乙烯共聚物或三烷基氨基甲基官能化的二乙烯基苯-苯乙烯共聚物,特别是其中烷基为甲基或乙基,优选二甲基-或三甲基氨基甲基官能化的共聚物。除了二甲基氨基官能化的与二乙烯基苯交联的多孔聚苯乙烯树脂而外,也可以使用其它用季氨基和同样任选叔氨基官能化的与二乙烯基苯交联的多孔聚苯乙烯树脂来处理所述无机硅烷。
具有叔氨基的与二乙烯基苯交联的聚苯乙烯树脂作为预催化剂证明是特别适合本发明的方法,例如Amberlyst® A 21-基于在树脂的聚合骨架上具有二甲基氨基亚甲基的与二乙烯基苯交联的聚苯乙烯树脂的离子交换剂。Amberlyst® A 21是弱碱性阴离子交换剂树脂,其可以作为游离碱,和具有平均直径为约0.49-0.69mm和基于总重量计最多54-60重量%的水含量的球形小球的形式而获得。表面积为约25 m²/g,且平均孔直径为400埃。为了作为催化剂使用,必须将该预催化剂在真空下在不太高的温度下,优选低于175℃,更优选低于130℃或在更低的温度小心地处理,以便可以作为基本上无水的催化剂来使用。按照另一优选的替代方式,所述载体材料包括含有氧化硅的成型件。作为含有二氧化硅的成型件特别是指颗粒、丸粒、球状SiO2成型件、拉西环、筛板或者任何形状的挤出物或连续铸造体。所述载体材料特别优选由SiO2成型件,更优选由球状SiO2成型件构成。其它优选的载体材料是无机材料、有机材料如聚合物、或复合材料。
本发明的主题同样是卤化氢和含氮催化剂使低聚无机硅烷分解成特别是优选对应于通式I的单体和/或二聚体硅化合物的用途,其中所述低聚无机硅烷具有至少三个彼此直接共价相连的硅原子,特别是具有·Si-Si-Si·片段的硅烷,并且硅原子的取代基选自卤素、氢和/或氧。所述低聚硅烷任选也可以在低的范围内包括自身的水解产物,并然后被供应于分解。因此,所述单体硅烷也可以具有羟基基团。
下面借助在附图中所示的实施例进一步阐述本发明。图中:
图1:用于制备单体和二聚体硅化合物的装置。
实施例
实施例1:八氯三硅烷的分解
实施:为制备HCl,将135 g NaCl预先装入带有滴液漏斗和气体导出管的1-l-三颈烧瓶(反应容器1)中并在滴液漏斗中加入270 ml 浓H2SO4。在具有搅拌器、气体导入管和回流冷凝器的2-l-三颈烧瓶(反应容器3)中预先装入掺有指示剂(酚酞)的甲醇钠溶液(30%的)。该烧瓶在整个反应中用冰冷却。在带有气体导入管、温度计、气体导出管和具有馏出物接收器的柱顶的250-ml-四颈烧瓶中预先装入24 g下述的催化剂球,并加入72.5 g含八氯三硅烷的混合物(组成见GC表)。
如图1中所示,借助于油浴将反应烧瓶(2)加热到90℃,并将硫酸滴加到氯化钠上。如此调节滴加速度,以使在整个实验持续期间产生约3 l/h的恒定HCl-流量。该气态氯化氢借助于气体导入管在烧瓶下部通过按照下述的合成规程制备的催化剂小球导入。该气流经回流冷凝器导入经冷却的甲醇钠溶液中,以发生中和作用。经20分钟反应后,在反应烧瓶中开始回流,并将液体收集在蒸馏接受器中。经2小时反应后中止实验。在接受器中收集有6.8g馏出物。对接受器中的馏出物、余留在反应烧瓶中的液体(柱底物)和起始材料进行GC-检测(表1)。
在合适的催化剂存在下,可用HCl将八氯三硅烷分解成三氯硅烷和四氯化硅。该反应经由作为中间稳定的中间阶段的六氯二硅烷实现。
实施例2:十氯四硅烷的分解
实施:为制备HCl,将210 g NaCl预先装入带有滴液漏斗和气体导出管的1-l-三颈烧瓶(反应容器1)中并在滴液漏斗中加入420 ml 浓H2SO4。在具有搅拌器、气体导入管和回流冷凝器的2-l-三颈烧瓶(反应容器3)中预先装入掺有指示剂(酚酞)的甲醇钠溶液(30%的)。该烧瓶在整个反应中用冰冷却。在带有气体导入管、温度计、隔膜、气体导出管和具有馏出物接收器的柱顶的250-ml-四颈烧瓶中预先装入24 g下述的按照下述的合成规程制备的催化剂球,并加入96.6 g含八氯三硅烷的混合物(组成见GC表)。如图1所示,借助于油浴将反应烧瓶(2)加热到85℃,1小时后加热到95℃,并将硫酸滴加到氯化钠上。如此调节滴加速度,以使在整个实验持续期间产生约2.5 l/h的恒定HCl-流量。该气态氯化氢借助于气体导入管在烧瓶下部通过催化剂小球导入。该气流经回流冷凝器导入经冷却的甲醇钠溶液中,以发生中和作用。2小时后,反应烧瓶中开始非常微弱的回流。从约3小时开始慢慢蒸馏液体,并收集在蒸馏接受器中。经4小时反应后中止实验。在接受器中收集有6.0 g馏出物。在1,2和4小时反应后,经隔膜从反应烧瓶中取出试样(柱底物1-3)。对接受器中的馏出物、从反应烧瓶中取出的试样和起始材料进行GC-检测(表2)。
* 在柱底试样1-3中,在主信号之间出现痕量信号,该痕量信号由同样在分解反应期间形成的部分氢化的氯硅烷低聚物产生。由此解释了对100%的偏离。
** 由于用HCl长时间的连续分解,尽管六氯二硅烷有明显较高的沸点,其也有一定比例收集在接受器中。
在有合适的催化剂存在下,可用HCl将十氯四硅烷分解成三氯硅烷和四氯化硅。该反应经由作为中间稳定的中间阶段的八氯三硅烷和六氯二硅烷实现。
被承载的催化剂的制备
将300 g催化剂载体(SiO2球,φ约为5 mm)预先置于600 g含水乙醇(H2O-含量 =5%)和54 g 3-二异丁基氨基丙基三甲氧基硅烷中。将该反应混合物在123-128℃的油浴温度下加热5小时。冷却后吸去上清液,并用600 g无水乙醇洗涤该球。经1小时后再吸去液体。将该球在305-35 mbar压力和110-119℃浴温下预干燥1小时,并随后在<1 mbar下干燥9.5小时。
相关标记列表:
1 反应容器
2 反应烧瓶
3 接受瓶,导入HCl
4 滴液漏斗
5 HCl流量计(转子流量计)
6 冷凝器
7 蒸馏接受器
8 冷凝器
Claims (21)
1.由低聚无机硅烷或包含低聚无机硅烷的混合物制备通式I的单体和/或二聚体硅化合物的方法,其中在通式I中X独立地为卤素,n为1或2,且x为0-6之间的整数,且y为0-6之间的整数,条件是,y+x=2n+2,
(I),
其中低聚硅烷具有至少三个直接共价相连的硅原子,并且硅原子上的取代基选自卤素、氢和/或氧,
- 通过在卤化氢存在下,在含氮的催化剂上,使所述低聚硅烷或所述混合物反应生成通式I的硅化合物,
所述含氮催化剂
-包含具有烷基官能化的仲-,叔-和/或季氨基的氨基官能化的化合物,或者
- 是二乙烯基苯交联的具有叔胺基团的聚苯乙烯树脂。
2.根据权利要求1的方法,其特征在于,所述低聚硅烷或所述混合物包括全卤硅烷、氢卤硅烷或氢硅烷和任选它们的水解产物和/或它们的混合物。
3.根据权利要求1或2的方法,其特征在于,所述低聚硅烷或所述混合物包括三硅化合物、四硅化合物、五硅化合物、六硅化合物和/或直到更多硅化合物(Polysiliciumverbindung)。
4.根据权利要求1或2的方法,其特征在于,所述低聚无机硅烷选自
- 直链或支链的通式II的硅烷
(II),
其中m、a和b分别独立地为整数,其中m大于等于3,a等于0或大于等于1,且b等于0或大于等于1,条件是,a+b=2m+2,和/或
- 环状的、交联的和/或聚合的通式III的硅烷
(III),
其中o、p和q分别独立地为整数,其中o大于等于3,p等于0或大于等于1,且q等于0或大于等于1,其中p+q=2o,和/或
- 通式IV的聚合硅烷
(IV),
其中r、s和t分别独立地为整数,其中r大于等于3,s等于0或大于等于1,且t等于0或大于等于1,其中s+t=r,和
- 其中X分别独立地为卤素,以及任选选自它们的水解产物。
5.根据权利要求1或2的方法,其特征在于,所述卤化氢是氯化氢。
6.根据权利要求1或2的方法,其特征在于,在通式I SinHxXy (I)的化合物中X为氯。
7.根据权利要求1或2的方法,其特征在于,所述通式I的硅化合物包括六氯二硅烷、五氯二硅烷、六氢二硅烷、四氯硅烷、三氯硅烷、甲硅烷,一氯硅烷、二氯硅烷或它们的混合物。
8.根据权利要求1或2的方法,其特征在于,所述通式I的硅化合物为六氯二硅烷或者六氯二硅烷与四氯硅烷和/或三氯硅烷和任选二氯硅烷的混合物。
9.根据权利要求1或2的方法,其特征在于,所述含氮催化剂包含
-通式Ⅴ的氨基烷氧基硅烷,或者包含至少一种其水解产物和/或缩合产物,
(V)
其中z,g和d分别独立地为整数,其中z等于1-4,g等于1-10,且d等于1-3,或者由其衍生的化学连接在载体材料上的单体或低聚的氨基硅烷,或者
- 烃取代的式VI或VII的胺
(VI)其中k=0,1或2,其中R对应于具有1-20个碳原子的脂族直链或支链的烃或脂环族烃或芳族烃,其中该残基R是彼此相同或不同的,或者
(VII)其中I=0,1,2或3,其中R1对应于具有1-18个碳原子的脂族直链或支链的烃或脂环族烃或芳族烃,其中该残基R1是彼此相同或不同的,且Z是阴离子。
10.根据权利要求1或2的方法,其特征在于,所述催化剂化学固定在载体上。
11.根据权利要求9的方法,其特征在于,所述催化剂是通式V的氨基烷氧基硅烷或者包含至少一种其水解产物和/或缩合产物,并且化学连接在载体上。
12.根据权利要求1或2的方法,其特征在于,使用八氯三硅烷,十氯四硅烷,十二氯五硅烷,十四氯六硅烷,十氯环五硅烷,或含有这些的混合物作为低聚无机硅烷。
13.根据权利要求1或2的方法,其特征在于,使用在硅酸盐/酯载体材料上的二异丁基氨基丙基三甲氧基硅烷或其水解产物和/或缩合产物作为催化剂。
14.根据权利要求1或2的方法,其特征在于,在转化或分解反应过程中将所述式I的化合物蒸馏分离。
15.根据权利要求4的方法,其特征在于,在通式III中o大于等于5。
16.根据权利要求4的方法,其特征在于,在通式IV中r大于等于6。
17.根据权利要求4的方法,其特征在于,在通式IV中X分别独立地为氯和/或溴。
18.根据权利要求4的方法,其特征在于,在通式IV中X为氯。
19.根据权利要求1的方法,其特征在于,在通式VII中Z是卤离子。
20.根据权利要求10的方法,其特征在于,所述催化剂化学连接在硅酸盐/酯载体上。
21.卤化氢和含氮催化剂用于将低聚无机硅烷分解成单体和/或二聚体硅化合物的用途,其中所述低聚无机硅烷具有至少三个直接共价相连的硅原子,并且所述硅原子的取代基选自卤素、氢和/或氧。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102010043648.8 | 2010-11-09 | ||
DE102010043648A DE102010043648A1 (de) | 2010-11-09 | 2010-11-09 | Verfahren zur selektiven Spaltung höherer Silane |
PCT/EP2011/068534 WO2012062560A2 (de) | 2010-11-09 | 2011-10-24 | Verfahren zur selektiven spaltung höherer silane |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN103180246A CN103180246A (zh) | 2013-06-26 |
CN103180246B true CN103180246B (zh) | 2016-08-17 |
Family
ID=44907831
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201180054019.9A Active CN103180246B (zh) | 2010-11-09 | 2011-10-24 | 选择性分解高级硅烷的方法 |
Country Status (9)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US9481580B2 (zh) |
EP (1) | EP2637968B1 (zh) |
JP (1) | JP5721848B2 (zh) |
KR (1) | KR101819262B1 (zh) |
CN (1) | CN103180246B (zh) |
DE (1) | DE102010043648A1 (zh) |
ES (1) | ES2655733T3 (zh) |
TW (1) | TWI511924B (zh) |
WO (1) | WO2012062560A2 (zh) |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102011004058A1 (de) | 2011-02-14 | 2012-08-16 | Evonik Degussa Gmbh | Monochlorsilan, Verfahren und Vorrichtung zu dessen Herstellung |
DE102013207441A1 (de) * | 2013-04-24 | 2014-10-30 | Evonik Degussa Gmbh | Verfahren zur Herstellung von Hexachlordisilan durch Spaltung von höheren Polychlorsilanen wie Octachlortrisilan |
DE112015000485T5 (de) * | 2014-01-24 | 2017-02-23 | Hanwha Chemical Corporation | Reinigungsverfahren und Reinigungsvorrichtung für Abgas |
CN105314637B (zh) * | 2014-07-30 | 2019-07-12 | 江苏中能硅业科技发展有限公司 | 卤硅聚合物裂解制备卤硅烷的方法及装置 |
JP6486049B2 (ja) * | 2014-09-25 | 2019-03-20 | デンカ株式会社 | ペンタクロロジシランの製造方法並びに該方法により製造されるペンタクロロジシラン |
DE102014018435A1 (de) * | 2014-12-10 | 2016-06-16 | Silicon Products Bitterfeld GmbH&CO.KG | Verfahren zur Gewinnung von Hexachlordisilan aus in Prozessabgasströmen enthaltenen Gemischen von Chlorsilanen |
CN106882809B (zh) * | 2017-03-24 | 2018-05-04 | 亚洲硅业(青海)有限公司 | 一种三氯氢硅的制备方法 |
TWI791547B (zh) * | 2017-07-31 | 2023-02-11 | 中國大陸商南大光電半導體材料有限公司 | 製備五氯二矽烷之方法及包含五氯二矽烷之經純化的反應產物 |
CN109081351B (zh) * | 2018-08-31 | 2021-05-11 | 四川永祥新能源有限公司 | 一种冷氢化系统产生的高沸物的处理系统和方法 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2709176A (en) * | 1954-03-12 | 1955-05-24 | Gen Electric | Cleavage of organohalogenopolysilanes |
EP0700920A1 (de) * | 1994-09-08 | 1996-03-13 | Wacker-Chemie GmbH | Verfahren zur Herstellung von wasserstoffhaltigen Methylchlorsilanen |
EP1505070A1 (de) * | 2003-08-05 | 2005-02-09 | GE Bayer Silicones GmbH & Co. KG | Verfahren zur Herstellung von Chlorsilanen |
Family Cites Families (26)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5283419A (en) * | 1975-12-29 | 1977-07-12 | Shin Etsu Chem Co Ltd | Preparation of methylchlorosilanes |
US4676967A (en) | 1978-08-23 | 1987-06-30 | Union Carbide Corporation | High purity silane and silicon production |
JPS59195519A (ja) * | 1983-04-15 | 1984-11-06 | Mitsui Toatsu Chem Inc | ヘキサクロロジシランの製造法 |
DE3711444A1 (de) | 1987-04-04 | 1988-10-13 | Huels Troisdorf | Verfahren und vorrichtung zur herstellung von dichlorsilan |
JPH0791049B2 (ja) * | 1988-01-21 | 1995-10-04 | 大阪チタニウム製造株式会社 | 多結晶シリコンの製造におけるポリマーのトリクロロシラン転化方法 |
DE3925357C1 (zh) | 1989-07-31 | 1991-04-25 | Degussa Ag, 6000 Frankfurt, De | |
DE4304256A1 (de) * | 1993-02-12 | 1994-08-18 | Solvay Deutschland | Katalysator zur Disproportionierung von Aryl- oder Alkylhalogendisilanen zu Aryl- oder Alkylhalogenmono- und Aryl- oder Alkylhalogenpolysilanen |
US5292909A (en) * | 1993-07-14 | 1994-03-08 | Dow Corning Corporation | Catalytic conversion of direct process high-boiling component to chlorosilane monomers in the presence of hydrogen chloride and hydrogen |
US5292912A (en) * | 1993-07-19 | 1994-03-08 | Dow Corning Corporation | Catalytic conversion of direct process high-boiling component to chlorosilane monomers in the presence of hydrogen chloride |
JP3362630B2 (ja) * | 1997-02-28 | 2003-01-07 | 信越化学工業株式会社 | 直接法メチルクロルシラン合成より副生する高沸点成分からのモノシラン類の製造方法 |
DE10017168A1 (de) | 2000-04-07 | 2001-10-11 | Bayer Ag | Verfahren und Anlage zur Herstellung von Silan |
DE10057521B4 (de) | 2000-11-21 | 2009-04-16 | Evonik Degussa Gmbh | Verfahren zur Herstellung von Silanen |
DE10061680A1 (de) | 2000-12-11 | 2002-06-20 | Solarworld Ag | Verfahren zur Herstellung von Silan |
DE102004045245B4 (de) | 2004-09-17 | 2007-11-15 | Degussa Gmbh | Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Silanen |
DE102005024041A1 (de) | 2005-05-25 | 2006-11-30 | City Solar Ag | Verfahren zur Herstellung von Silicium aus Halogensilanen |
DE102005046105B3 (de) | 2005-09-27 | 2007-04-26 | Degussa Gmbh | Verfahren zur Herstellung von Monosilan |
DE102006009953A1 (de) | 2006-03-03 | 2007-09-06 | Wacker Chemie Ag | Verfahren zur Wiederverwertung von hochsiedenden Verbindungen innerhalb eines Chlorsilanverbundes |
DE102007007874A1 (de) | 2007-02-14 | 2008-08-21 | Evonik Degussa Gmbh | Verfahren zur Herstellung höherer Silane |
DE102007059170A1 (de) | 2007-12-06 | 2009-06-10 | Evonik Degussa Gmbh | Katalysator und Verfahren zur Dismutierung von Wasserstoff enthaltenden Halogensilanen |
KR101573933B1 (ko) * | 2008-02-29 | 2015-12-02 | 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤 | 트리클로로실란의 제조 방법 및 제조 장치 |
DE102009027730A1 (de) | 2009-07-15 | 2011-01-27 | Evonik Degussa Gmbh | Verahren und Verwendung von aminofunktionellen Harzen zur Dismutierung von Halogensilanen und zur Entfernung von Fremdmetallen |
DE102009027728A1 (de) | 2009-07-15 | 2011-01-20 | Evonik Degussa Gmbh | Verfahren zur Behandlung von Katalysator-Präkursoren |
JP5321314B2 (ja) * | 2009-07-23 | 2013-10-23 | 三菱マテリアル株式会社 | クロロシラン重合物の分解方法および分解装置 |
DE102009053804B3 (de) | 2009-11-18 | 2011-03-17 | Evonik Degussa Gmbh | Verfahren zur Herstellung von Hydridosilanen |
DE102010043649A1 (de) | 2010-11-09 | 2012-05-10 | Evonik Degussa Gmbh | Verfahren zur Spaltung höherer Silane |
DE102010043646A1 (de) | 2010-11-09 | 2012-05-10 | Evonik Degussa Gmbh | Verfahren zur Herstellung von Trichlorsilan |
-
2010
- 2010-11-09 DE DE102010043648A patent/DE102010043648A1/de not_active Withdrawn
-
2011
- 2011-10-24 EP EP11779126.9A patent/EP2637968B1/de active Active
- 2011-10-24 CN CN201180054019.9A patent/CN103180246B/zh active Active
- 2011-10-24 KR KR1020137014602A patent/KR101819262B1/ko active IP Right Grant
- 2011-10-24 US US13/884,473 patent/US9481580B2/en active Active
- 2011-10-24 ES ES11779126.9T patent/ES2655733T3/es active Active
- 2011-10-24 WO PCT/EP2011/068534 patent/WO2012062560A2/de active Application Filing
- 2011-10-24 JP JP2013538121A patent/JP5721848B2/ja active Active
- 2011-11-07 TW TW100140520A patent/TWI511924B/zh active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2709176A (en) * | 1954-03-12 | 1955-05-24 | Gen Electric | Cleavage of organohalogenopolysilanes |
EP0700920A1 (de) * | 1994-09-08 | 1996-03-13 | Wacker-Chemie GmbH | Verfahren zur Herstellung von wasserstoffhaltigen Methylchlorsilanen |
CN1126724A (zh) * | 1994-09-08 | 1996-07-17 | 瓦克化学有限公司 | 制备含氢甲基氯硅烷的方法 |
EP1505070A1 (de) * | 2003-08-05 | 2005-02-09 | GE Bayer Silicones GmbH & Co. KG | Verfahren zur Herstellung von Chlorsilanen |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN103180246A (zh) | 2013-06-26 |
KR101819262B1 (ko) | 2018-01-16 |
ES2655733T3 (es) | 2018-02-21 |
JP5721848B2 (ja) | 2015-05-20 |
WO2012062560A3 (de) | 2012-07-12 |
EP2637968A2 (de) | 2013-09-18 |
US20130294995A1 (en) | 2013-11-07 |
US9481580B2 (en) | 2016-11-01 |
DE102010043648A1 (de) | 2012-05-10 |
JP2013542168A (ja) | 2013-11-21 |
WO2012062560A2 (de) | 2012-05-18 |
TW201235297A (en) | 2012-09-01 |
EP2637968B1 (de) | 2017-12-06 |
TWI511924B (zh) | 2015-12-11 |
KR20130105678A (ko) | 2013-09-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103180246B (zh) | 选择性分解高级硅烷的方法 | |
Lickiss et al. | 1 Fully Condensed Polyhedral Oligosilsesquioxanes (POSS): From Synthesis to Application | |
Kumada et al. | Aliphatic organopolysilanes | |
CN101298457B (zh) | 较高级硅烷的制备方法 | |
CN109627444A (zh) | D/t型环状支链硅氧烷的混合物和其转化产物 | |
KR101869121B1 (ko) | 모노클로로실란, 이를 제조하기 위한 방법 및 장치 | |
TW201233628A (en) | Splitting of high order silanes | |
CN101786629A (zh) | 回收高沸点废料的方法 | |
JPH08337588A (ja) | アルキルヒドロゲンクロルシランの製造方法 | |
CN101875726A (zh) | 一种二甲基二氯硅烷水解制备聚有机硅氧烷的方法 | |
JPH0789708A (ja) | 水素ガスの存在下での直接法高沸点成分のシランモノマーへの転化 | |
US11104582B2 (en) | Process for the cleavage of silicon-silicon bonds and/or silicon-chlorine bonds in mono-, poly- and/or oligosilanes | |
CN106674528B (zh) | 一种聚碳硅烷的制备方法 | |
CN105061767A (zh) | 一种二甲基二氯硅烷的水解工艺及其设备 | |
CN106061585B (zh) | 废气的净化方法和净化设备 | |
CN103180247A (zh) | 制备三氯硅烷的方法 | |
CN102757562A (zh) | 氨烷基封端的聚有机硅氧烷的制备方法 | |
CN110818735B (zh) | 一种制备1,1,3,3-四甲基二硅氧烷的方法 | |
JPH06228162A (ja) | ジメチルクロルシランの製造方法 | |
CN112028926A (zh) | 脱除有机硅单体共沸物中的四氯化硅的分离装置及分离方法 | |
JPS59110697A (ja) | メチルハイドロジエンシラン類の製造方法 | |
JP2648615B2 (ja) | モノシランの簡便な製造方法 | |
JP4603635B2 (ja) | ジハロシランからオルガノシロキサンを製造する方法 | |
WO2022224950A1 (ja) | 有機化合物の製造方法および有機化合物の製造装置 | |
GB2057472A (en) | Method of preparing organosiloxanes and methylchloride |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: Essen, Germany Patentee after: Evonik Operations Limited Address before: Essen, Germany Patentee before: EVONIK DEGUSSA GmbH |