DE2912238C2 - Verfahren zur Herstellung von Borazin - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von BorazinInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Borazin gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Es ist seit vielen Jahren bekannt, daß Borazin (BHNH)3 sich bei hohen Temperaturen zersetzt und
hochreines Bornitrid bildet, welches bei der Herstellung von Halbleitern und ähnlichen Anwendungen als
Legierungsbestandteil dienen kann. Die Verfahren zur Synthetisierung von Borazin haben jedoch nicht zu
kommerziell verwertbaren Ausbeuten geführt.
Bei vielen Syntheseverfahren werden Borhydridammoniakate
thermisch zersetzt, wobei
B2H6 · 2 NH3 - B3N3H6 + H2.
Dabei erhält man Ausbeuten von etwa 50%, jedoch nur in kleinen Mengen. Borazine lassen sich auch durch
Reaktion von Ammoniumchlorid und Trichlorboran herstellen, wobei sich B-Trichlorborazin bildet. Dieses
wird dann mit Lithium oder Natriumhydroborat reduziert. Die Herstellung hochreinen Borazins kann
dabei schwierig sein, da man restliche Chlorverunreinigungen erhält und da die Reinigungsverfahren kompliziert
sind. Borazin kann auch ohne Verwendung eines Lösungsmittels hergestellt werden, indem man Lithiumborhydrid
und Ammoniumchlorid verwendet und dabei bestimmte Reaktionsbedingungen einhält. Dann kann
man Ausbeute bis 42% erhalten, jedoch nur in Mengen bis zu 20 oder 30 g. Es sind auch noch zahlreiche andere
Verfahren vorgeschlagen worden, bei keinem Verfahren werden jedoch kommerziell verwertbare Mengen
an Borazin in der Größenordnung von Pfund erhalten.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Borazin vorzuschlagen, mit welchem
größere Mengen an reinem Borazin hergestellt werden können. Dabei soll das Borazin hochrein sein.
Diese Aufgabe wird beim Verfahren der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß durch die Merkmale
des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst.
Vorzugsweise wird Ammoniumboran in einem Lösungsmittel wie Glykoläther, Diäthylenglykoldimethyläther,
Triäthylenglykoldimethyläther, Tetraäthylenglykoldimethyläther
oder einem ähnlichen Lösungsmittel gelöst, welches gegenüber Ammoniumboran inert ist
und einen Siedepunkt zwischen 100° C und 2509C,
vorzugsweise oberhalb 160°C, aufweist. Das Verhältnis des aufgelösten Ammoniumborans zum Lösungsmittel
liegt zwischen 1 :1000 und 22 :100 (der Löslichkeitsbereich)
und vorzugsweise zwischen 1 :100 und 5 :100. Das Borazin wird von eingeschlossenem Lösungsmittel
durch Vakuumkondensation oder Destillation entfernt.
Bei einem kontinuierlichen Prozeß wird eine Lösung von Ammoniumboran und einem Lösungsmittel, beispielsweise
Glykoläther, erwärmt und bewegt, während sie durch ein vertikales Reaktionsrohr fließt Normalerweise
ist es notwendig, den größeren Teil des Lösungsmittels von den flüchtigen Produkten zu
trennen, indem man das Auslaßende, beispielsweise eines senkrechten Reaktionsrohres, auf einer Temperatur
hält, die unterhalb des Siedepunkts des Lösungsmittels liegt, jedoch oberhalb des Siedepunkts von Borazin.
Daher wird vorzugsweise ein Lösungsmittel verwendet, das einen Siedepunkt hat, der mindestens 100°C über
dem von Borazin (55° C) liegt, jedoch nicht unter 100° C.
Das Borazin kann anschließend durch Destillation oder Vakuumkondensation von den flüchtigen Substanzen
η abgetrennt werden.
Bei der kontinuierlichen Herstellung von Borazin gemäß der Erfindung wird vorzugsweise so viel des im
Lösungsmittel eingeschlossenen Borazins am diesem
entfernt wie möglich. Ansonsten würde dieses verbleibende Borazin zerstört, wenn das Lösungsmittel wieder
zurückgeführt wird. Vorzugsweise wird dies in einfacher Weise erreicht, indem das Borazin von Lösungsmittel
durch Vakuumdestillation getrennt wird.
Nachfolgend werden einige bevorzugte Ausführungs-
beispiele beschrieben, die der näheren Erläuterung der Erfindung dienen sollen.
179 g destillierten Diäthylenglykoldimethyläthers (M2M) und 5 g (0,16 Mol) Ammoniumboran wurden
unter Vermeidung einer übermäßigen Lufteinwirkung in einen 500 ml-Kolben mit rundem Boden eingefüllt
Nachdem sich eine Lösung gebildet hatte, wurde die Flasche schnell auf 160°C erwärmt Dabei entwickelte
sich Wasserstoff und wurden gemessen. Die kondensierbaren flüchtigen Substanzen wurden in einer Kühlfalle
gesammelt, die eine Temperatur von —78°C hatte. Diese Produkte wurden durch Vakuumkondensation
getrennt und das Borazin wurde isoliert Man erhielt dabei eine Ausbeute von 69,4%.
Beispiel II
Eine Lösung von 0,74 g Ammoniumboran (0,024 Mol) und 45 g Diäthylenglykoldimethyläther (M2M) wurde
langsam über einen Zugabetrichter zu 20 ml heißen M2M zugegeben. Dabei wurde umgerührt. Die Temperatur
des M2M betrug 127° C. Die gasförmigen Produkte
und mitgerissenes M2M wurden durch eine Kühlfalle mit einer Temperatur von —78°C geleitet, in welcher
kondensierbare Produkte entfernt v/urden. Diese Produkte wurden in der im Beispiel I beschriebenen
Weist getrennt. Man erhielt eine Ausbeute von 71 %.
Beispiel ΠΙ
Eine Lösung von 15 g Ammoniumboran (0,486 Mol) und 443 g Diäthylenglykoldimethyläther (M2M) wurde
durch ein beheiztes senkrechtes Rohr aus Edelstahl geleitet, wobei gerührt wurde. Die Mischung wurde
beim Durchgang durch das Rohr auf etwa 155° C erwärmt und dabei thermisch zersetzt. Borazin und
Wasserstoff, die sich dabei gebildet hatten, gelangten an die Oberseite des Rohres. Dasselbe galt für flüssiges
M2M. Das flüssige M2M wurde von den Produkten in
einem Ausscheidungsgefäß getrennt, welches eine Temperatur aufwies, die unterhalb des Siedepunkts von
M2M lag, die aber höher lag als der Siedepunkt von Borazin (55°C). Wie im Beispiel I wurden die flüchtigen
Substanzen in einer Kühlfalle gesammelt, und das
Borazin wurde vom Wasserstoffstrom abgetrennt. Diese Reaktion lieferte eine Borazinausbeute von
68,5%.
Eine Lösung von 35,9 g Ammoniumboran (1,16 Mol)
und 1035 g M2M wurde 20 Minuten lang durch einen
beheizten, senkrechten Edelstahlreaktor geleitet, wobei gerührt wurde. Die Lösung wurde auf eine Reaktionstemperatur von 1500C gebracht, so daß eine thermische
Zersetzung des NH3BH3 auftrat. Borazin und Wasserstoff,
die sich gebildet hatten, und flüssiges M2M
sammelten sich an der Oberseite des Reaktors und gelangten in einen Wärmeaustauscher. Der größte Teil
des M2M wurde von den flüchtigen Produkten durch
Kondensation im Wärmetauscher abgetrennt, indem man in diesem eine Temperatur unterhalb des
Siedepunktes von M2M aufrechterhielt, die aber oberhalb der Siedetemperatur des Borazins lag. Die aus
der Oberseite des Wärmetauschers austretenden Gase wurden durch eine auf eine Temperatur von —78° C
gehaltene Kühlfalle geführt, wobei kondensierbare Produkte gesammelt wurden. Das Borazin wurde von
diesen kondensierbaren Produkten durch atmosphärische Destillation abgetrennt, wobei man eine gefüllte
60,96 cm-Säule und einen Todd-Kopf verwendete. Man erhielt dabei eine Borazinausbeute von 72,9%.
Claims (2)
1. Verfahren zur Herstellung von Borazin durch Pyrolyse von Ammoniumboran der Formel
H3N · BH3 und Isolierung des Borazins aus den flüchtigen Reaktionsprodukten, dadurch gekennzeichnet,
daß man die Pyrolyse bei 100 bis 160° C, insbesondere bei 120 bis 160° C, in einem
inerten Lösungsmittel für das Ammoniumboran mit einem Siedepunkt von 150 bis 250° C durchführt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Verhältnis Ammoniumboran zu Lösungsmittel zwischen 1 :100 und 5 :100 liegt.
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