JP2013529591A - 中鎖長ポリシランおよびそれを製造する方法 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1
Description
ポリシランは、
a)そのIR分子振動スペクトルにおいて波数2400未満の範囲に唯一のバンドを有し、
b)ラマン分子振動スペクトルにおいて波数2300未満の範囲に唯一のバンドを有する。
a)29SiのNMRスペクトルにおいて、8ppm〜−40ppmおよび/または−45ppm〜−115ppmの化学シフト範囲内に顕著な生成物信号を有し、
b)10cm−1〜165cm−1、170cm−1〜240cm−1、245cm−1〜360cm−1、380cm−1〜460cm−1、および480cm−1〜650cm−1ならびに900cm−1〜980cm−1の範囲内に典型的なラマン強度を有する。
a)29SiのNMRスペクトルにおいて、15ppm〜−10ppm、−25ppm〜−40ppmおよび/または−65ppm〜−96ppmの化学シフト範囲内に顕著な生成物信号を有し、
b)10cm−1〜165cm−1、170cm−1〜240cm−1、245cm−1〜360cm−1、380cm−1〜460cm−1、および480cm−1〜650cm−1の範囲内に典型的なラマン強度を有する。
a)29SiのNMRスペクトルにおいて、−10ppm〜−42ppm、−46ppm〜−55ppmおよび/または−63ppm〜−96ppmの化学シフト範囲内にその顕著な生成物信号を有し、
b)10cm−1〜150cm−1、155cm−1〜350cm−1、390cm−1〜600cm−1、および930cm−1〜1000cm−1の範囲内に典型的なラマン強度を有する。
a)29SiのNMRスペクトルにおいて、−20ppm〜−55ppm、−65ppm〜−105ppmおよび/または−135ppm〜−181ppmの化学シフト範囲内に顕著な生成物信号を有し、
b)10cm−1〜150cm−1、155cm−1〜600cm−1、および930cm−1〜1000cm−1の範囲内に典型的なラマン強度を有する。
a)29SiのNMRスペクトルにおいて、−65ppm〜−170ppmの化学シフト範囲内に顕著な生成物信号を有し、
b)ラマン分子振動スペクトルにおいて、波数2000〜2200の範囲内に特徴的なバンドを有し、波数2000〜1100の範囲内にバンドを有しない。
PCSの合成:500sccmのH2と500sccmのSiCl4との混合物(1:1)を、処理圧を1.6〜1.8hPaの範囲内で一定に保ちながら、石英ガラス反応器に導入する。次いで高周波放電によって気体混合物をプラズマ状態に転化する。この過程で、生成した塩素化ポリシランが反応器の冷却された(20℃)石英ガラス壁に沈着する。放射電力は400Wである。2時間後、黄色〜橙黄色の生成物を少量のSiCl4に溶解することによって反応器から取り出す。減圧でSiCl4を除去することにより、91.1gのポリシランが橙黄色の粘稠物質の形態で得られる。凝固点降下法により平均分子量が約1700g/molと決定され、これは塩素化ポリシラン(SiCl2)nまたはSinCl2n+2について、平均鎖長約n=17((SiCl2)nについて)または約n=16(SinCl2n+2について)に対応する。
PCSのプラズマ合成およびその後の熱分解:300sccmのH2と600sccmのSiCl4との混合物(1:2)を、処理圧を1.5〜1.6hPaの範囲内で一定に保ちながら、石英ガラス反応器に導入する。次いで高周波放電によって気体混合物をプラズマ状態に転化する。この過程で、生成した塩素化ポリシランが反応器の冷却された(20℃)石英ガラス壁に沈着する。放射電力は400Wである。4時間後、橙黄色の生成物を少量のSiCl4に溶解することによって反応器から取り出す。減圧でSiCl4を除去することにより、187.7gの塩素化ポリシランが橙黄色の粘稠物質の形態で得られる。凝固点降下法により平均分子量が約1400g/molと決定され、これは塩素化ポリシラン(SiCl2)nまたはSinCl2n+2について、平均鎖長約n=14((SiCl2)nについて)または約n=13(SinCl2n+2について)に対応する。SiCl4中に溶解している、平均実験式SinCl2n(φn=18)を有するこのポリクロロシラン混合物の50〜60%溶液を最初にガラス容器に入れ、2〜3時間、300〜500mbarの圧で300℃に加熱する。その後、3時間にわたって最後には10mbarまで圧を段階的に低下させ、900℃に加熱する。最後に1時間、900℃の温度で放置する。ポリクロロシラン混合物の熱分解の間に逃散する蒸気は、液体窒素で冷却したコールドトラップに凝縮される。ポリクロロシラン混合物は、実験式SiCl0.05〜SiCl0.07の固体状で高度に架橋した塩素化ポリシラン(塩化物含有ケイ素)と短鎖クロロシランとに転化する。反応完了時に、容器を冷却して固体状の生成物を取り出した。出発物質を基準とした収率は10〜15質量%のSiCl0.05〜SiCl0.07および85〜90質量%の短鎖クロロシランであり(希釈剤を含まず)、本発明に係るOCS約35%が存在していた。蒸留により、主にn=5の分画を分離する。29SiのNMRスペクトル(図1)において、これは塩素化ペンタシランの異性体混合物(3化合物)であることが明白である。
PCSのプラズマ合成およびその後の塩素化:200sccmのH2と600sccmのSiCl4蒸気の混合物(1:3)を、処理圧を1.50〜1.55hPaの範囲内で一定に保ちながら、石英ガラス反応器に導入する。次いで高周波放電によって気体混合物をプラズマ状態に転化する。この過程で、生成した塩素化ポリシランが反応器の冷却された(20℃)石英ガラス壁に沈着する。放射電力は400Wである。2時間9分後、橙黄色の生成物を少量のSiCl4に溶解することによって反応器から取り出す。減圧でSiCl4を除去することにより、86.5gの塩素化ポリシランが橙黄色の粘稠物質の形態で得られる。凝固点降下法により平均分子量が約1300g/molと決定され、これは塩素化ポリシラン(SiCl2)nまたはSinCl2n+2について平均鎖長約n=13((SiCl2)nについて)または約n=12(SinCl2n+2について)に対応する。このようにして得られた塩素化ポリシラン80gを36.5gのSi2Cl6で希釈し、圧が1213hPaを超えないように、閉じた装置内で激しく撹拌しながら温度100〜131℃で24.5時間、塩素ガスと接触させた。この後、分別蒸留を行ない、SinCl2n+2(ここでn=1〜3)を除去して、残渣9.25gを得た。29Siのスペクトル解析によれば、これは主に複数のネオクロロシランとイソSi4Cl10とからなる。
Claims (28)
- 各々の場合に少なくとも1つのSi−Si直接結合を有する純粋な化合物または化合物の混合物としての中鎖長ポリシランであって、その置換基がハロゲンおよび/または水素からなり、その組成は置換基:ケイ素の原子比が少なくとも1:1である中鎖長ポリシランにおいて、
a)前記中鎖長は、3より大きく50未満、好ましくは3より大きく9未満、より好ましくは3より大きく7未満であり、
b)前記ポリシランは、適切な不活性溶媒に可溶であり、
c)前記ポリシランは、ケイ素の堆積のための出発原料として適切であり、
d)前記ポリシランは、酸素結合特性および塩素結合特性を有し、
e)前記ポリシランは、熱処理によってより長鎖の生成物およびより短鎖の生成物に分解すること
を特徴とする中鎖長ポリシラン。 - IR分子振動スペクトルにおいて波数2400未満の範囲に唯一のバンドを有することを特徴とする、請求項1に記載の中鎖長ポリシラン。
- ラマン分子振動スペクトルにおいて波数2300未満の範囲に唯一のバンドを有することを特徴とする、請求項1または2に記載の中鎖長ポリシラン。
- a)前記ハロゲンはフッ素であり、
b)29SiのNMRスペクトルにおいて、8ppm〜−40ppmおよび/または−45ppm〜−115ppmの化学シフト範囲内にその顕著な生成物信号を有し、
c)10cm−1〜165cm−1、170cm−1〜240cm−1、245cm−1〜360cm−1、380cm−1〜460cm−1、および480cm−1〜650cm−1ならびに900cm−1〜980cm−1の範囲内に典型的なラマン強度を有する
ことを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の中鎖長ポリシラン。 - a)前記ハロゲンは塩素であり、
b)29SiのNMRスペクトルにおいて、15ppm〜−10ppm、−25ppm〜−40ppmおよび/または−65ppm〜−96ppmの化学シフト範囲内にその顕著な生成物信号を有し、
c)10cm−1〜165cm−1、170cm−1〜240cm−1、245cm−1〜360cm−1、380cm−1〜460cm−1、および480cm−1〜650cm−1の範囲内に典型的なラマン強度を有する
ことを特徴とする、請求項1から3のいずれかに記載の中鎖長ポリシラン。 - a)前記ハロゲンは臭素であり、
b)29SiのNMRスペクトルにおいて、−10ppm〜−42ppm、−46ppm〜−55ppmおよび/または−63ppm〜−96ppmの化学シフト範囲内にその顕著な生成物信号を有し、
c)10cm−1〜150cm−1、155cm−1〜350cm−1、390cm−1〜600cm−1、および930cm−1〜1000cm−1の範囲内に典型的なラマン強度を有する
ことを特徴とする、請求項1から3のいずれかに記載の中鎖長ポリシラン。 - a)前記ハロゲンはヨウ素であり、
b)29SiのNMRスペクトルにおいて、−20ppm〜−55ppm、−65ppm〜−105ppmおよび/または−135ppm〜−181ppmの化学シフト範囲内にその顕著な生成物信号を有し、
c)10cm−1〜150cm−1、155cm−1〜600cm−1、および930cm−1〜1000cm−1の範囲内に典型的なラマン強度を有する
ことを特徴とする、請求項1から3のいずれかに記載の中鎖長ポリシラン。 - a)前記置換基は水素からなり、
b)29SiのNMRスペクトルにおいて、−65ppm〜−170ppmの化学シフト範囲内にその顕著な生成物信号を有し、
c)ラマン分子振動スペクトルにおいて、波数2000〜2200の範囲内に特徴的なバンドを有し、波数2000〜1100の範囲内にバンドを有しない
ことを特徴とする、請求項1から3のいずれかに記載の中鎖長ポリシラン。 - 短い分枝鎖および環を実質的に含まず、全生成物の混合物を基準とした前記短鎖成分における分枝部位の含量が2%未満であることを特徴とする、請求項1から8のいずれかに記載の中鎖長ポリシラン。
- 短い分枝鎖および環の含量が高く、全生成物の混合物を基準とした前記短鎖成分における分枝部位の含量が2%より多く、好ましくは10%より多いことを特徴とする、請求項1から8のいずれかに記載の中鎖長ポリシラン。
- 複数の異なったハロゲンからなるハロゲン置換基を含むことを特徴とする、請求項1から10のいずれかに記載の中鎖長ポリシラン。
- 前記置換基は、ハロゲンのみからまたはハロゲンおよび水素のみからなることを特徴とする、請求項1から11のいずれかに記載の中鎖長ポリシラン。
- 直鎖状の長鎖を主に含むことを特徴とする、請求項1から12のいずれかに記載の中鎖長ポリシラン。
- 前記ポリシランの基本構造の平均サイズがn=8〜20であることを特徴とする、請求項1から13のいずれかに記載の中鎖長ポリシラン。
- 短鎖ポリシランを蒸留によって除去した後の前記ポリシランの基本構造の平均サイズがn=15〜30であることを特徴とする、請求項1から14のいずれかに記載の中鎖長ポリシラン。
- 粘性ないし固体であることを特徴とする、請求項1から15のいずれかに記載の中鎖長ポリシラン。
- 塩素化ポリシランとして存在する場合、緑黄色ないし強い橙色または赤褐色であり、臭素化ポリシランもしくは水素化ポリシランとして存在する場合、無色ないし黄色であることを特徴とする、請求項1から16のいずれかに記載の中鎖長ポリシラン。
- 適切な不活性溶媒に完全に溶解することを特徴とする、請求項1から17のいずれかに記載の中鎖長ポリシラン。
- 水素含量が2atom%未満であることを特徴とする、請求項1から18のいずれかに記載の中鎖長ポリシラン。
- 請求項1から19のいずれかに記載の中鎖長ポリシランSinX2n+2およびSinX2n(式中、nは3より大きく50未満、好ましくは3より大きく9未満、より好ましくは3より大きく7未満であり、X=F、Cl、Br、Iおよび/またはHである)を調製する方法であって、
a)ハロシランのプラズマ支援合成ステップ、
b)ハロゲンが臭素であるハロシランのプラズマ支援合成ステップ、
c)H−シランおよび/またはH−オリゴシランのプラズマ支援合成ステップ、
d)特に好ましくはハロゲン化ジシランおよびハロゲン化トリシランを使用する、ハロゲン化オリゴシランのプラズマ支援合成ステップ、
e)有機基で置換されたシランおよび/またはオリゴシランをも含む混合物のプラズマ支援合成ステップ、
f)HClおよび/またはHBrを用いてポリシランを分割するためのハロゲン化水素処理ステップ、
g)ジシランおよび/またはトリシランと有機ホスホニウム塩および/または有機アンモニウム塩との触媒カップリングステップ、
h)低級ハロシランとアルカリ金属および/またはマグネシウムとのウルツカップリングステップ、
i)シクロシラン(SinX2n)の開環重合ステップ、
j)脱ハロゲン化水素によるカップリングステップ、
k)部分水素化シランと遷移金属錯体との脱水素カップリングステップ、
l)中鎖長ポリシランの水素化ステップ、
m)ポリシランの熱分解ステップ、
n)触媒物質上の熱分解的鎖延長ステップ、
o)ケイ素とSiX4との熱反応ステップ
の合成ステップの1つまたは複数を含むことを特徴とする方法。 - 前記中鎖長ポリシランの水素化において金属水素化物またはメタロイド水素化物を用いることを特徴とする、請求項20に記載の方法。
- 前記プラズマ支援合成ステップの場合、ハロシラン:水素の混合比を1:0〜1:2とすることを特徴とする、請求項20に記載の方法。
- 前記プラズマ支援合成ステップの間、圧力範囲を0.8〜10hPaとすることを特徴とする、請求項20に記載の方法。
- 前記熱分解ステップの間、圧力範囲を10〜1013hPaとすることを特徴とする、請求項20に記載の方法。
- 前記ハロゲン化水素処理ステップの間、圧力範囲を1bar〜43barとすることを特徴とする、請求項20に記載の方法。
- 前記反応が起こる反応器のパーツが、−70℃〜500℃、特に−20℃〜280℃の温度に保たれることを特徴とする、請求項20に記載の方法。
- PCSの前記プラズマ支援合成ステップに引き続いて熱分解処理を行なうことを特徴とする、請求項20に記載の方法。
- PCSの前記プラズマ支援合成ステップに引き続いて塩素化を行なうことを特徴とする、請求項20に記載の方法。
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