JP2584775B2 - トリアルコキシシランの分離精製法 - Google Patents

トリアルコキシシランの分離精製法

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、トリアルコキシシランの分離精製法に係
り、詳しくは未反応アルコールが存在する反応混合物中
のトリアルコキシシランを安定化させてトリアルコキシ
シランを効率良く分離精製する方法に関する。
[従来の技術] 例えばトリアルコキシシランやトリエトキシシラン等
のように、1つの硅素原子に3つのアルコキシ基と1つ
の水素原子が結合したトリアルコキシシランは、それ自
体極めて反応性に富み、多くの有機化合物に対して付
加、共重合、共縮合等の反応をして有用な物質を生成
し、例えばシランカップリング剤、コーティング剤、耐
熱塗料等を製造する際の原料物質として使用されてい
る。
このようなトリアルコキシシランを製造する方法とし
ては、例えば、銅触媒の存在下に気相あるいは液相で金
属硅素ととアルコールとを直接反応させる方法が知られ
ている。しかしながら、この方法においては、アルコー
ルの反応率が低く、反応混合物中には、目的物のトリア
ルコキシシランのほかにテトラアルコキシシラン、ジア
ルコキシシラン、ジアルコキシアルキルシラン、トリア
ルコキシアルキルシランあるいはこれらの二量体等の種
々のアルコキシシランに加え、多量の未反応アルコール
が含有され、この反応混合物はその精製操作までの保存
中あるいは精製操作中に未反応アルコールが目的物のト
リアルコキシシランと反応してテトラアルコキシシラン
を生成し、結果としてトリアルコキシシランの収率が著
しく低下するという問題がある。
そこで、従来においては、例えば反応混合物を0℃以
下の温度で保存したり、あるいは、反応混合物を安定化
させるための方法としてその反応混合物中に、所定のア
ミノ酸を存在させる方法(特開昭55−72,197号公報)、
アミン類を添加しpHを2.0〜7.0に調整する方法(特開昭
57−118,592号公報)、3価の有機リン化合物を存在さ
せる方法(特公昭61−21,478号公報)や、その反応混合
物中にエポキシサイド類を存在させる方法(特開昭61−
1,694号公報)等が提案されている。
[発明が解決しようとする問題点] しかしながら、反応混合物を0℃以下の温度で保存す
る方法については、その保存のために冷蔵庫や冷凍庫が
必要になって多大の保存コストがかかるほか、この反応
混合物を精留して精製する際には加熱が必要になるので
この際におけるトリアルコキシシランの分解は防止し得
ないという問題があり、また、安定剤として使用するア
ミノ酸、アミン類、3価の有機リン化合物あるいはエポ
キサイド類を使用する方法については、反応混合物を蒸
留して得られた精製トリアルコキシシラン中にこれらの
安定剤が不純物として混入したり、トリアルコキシシラ
ンと未反応アルコールとの反応を抑制する効果が必ずし
も充分でなかったり、あるいは、反応混合物を蒸留して
トリアルコキシシランを精製する際における安定化効果
に問題がある等、いずれにしても満足できるものではな
かった。
従って、本発明の目的は、未反応アルコールを含有す
る反応混合物からトリアルコキシシランを分離精製する
に当り、この反応混合物中のトリアルコキシシランを安
定化させ、しかも、反応混合物を精留して容易に高純度
のトリアルコキシシランを収率良く得ることができるト
リアルコキシシランの分離精製法を提供することにあ
る。
[問題点を解決するための手段] すなわち、本発明は、未反応アルコールを含有する反
応混合物からトリアルコキシシランを分離精製するに当
り、この反応混合物中に有機ハロゲン化物0.01〜6重量
%を共存させるトリアルコキシシランの分離精製法であ
る。
本発明において、未反応アルコールを含有する反応混
合物としては、トリクロルシランとアルコールとの反応
によって得られた反応混合物であってもよいが、トリア
ルコキシシランの収率の点から好ましくは銅触媒の存在
下に気相あるいは液相で金属硅素とアルコールとを直接
反応させて得られる反応混合物である。
この銅触媒の存在下に行う金属硅素とアルコールの直
接反応において、原料として使用する金属硅素は、その
純度が80重量%以上であってその平均粒径が200μm以
下の粉末であればよく、例えば振動ミル、ボールミル等
の手段で製造され、その純度が80〜99重量%であって平
均粒径50〜100μmの安価な一般市販品をそのまま使用
することができる。
また、原料として使用するアルコールとしては、通常
アルキルアルコールが使用され、好ましくはメチルアル
コール、エチルアルコール、n−プロピルアルコール、
iso−プロピルアルコール、n−ブチルアルコール、iso
−ブチルアルコール、アミルアルコール等の炭素数1〜
6の低級アルキルアルコールが使用される。これらのア
ルコールについては、その純度が98重量%以上、好まし
くは99.9重量%以上であって、その水分含有量が0.2重
量%以下、好ましくは0.1重量%以下のものがよい。こ
のアルコールの使用量は、金属硅素1モルに対して通常
3〜10モルであるが、金属硅素の反応率を向上させるた
めには金属硅素に対して過剰に使用するのがよく、好ま
しくは4〜8モルである。
さらに、銅触媒としては、例えば、金属銅粉末や、塩
化第一銅、塩化第二銅、臭化第一銅、臭化第二銅、沃化
第一銅、沃化第二銅、弗化第一銅、蟻酸銅、銅アセチル
アセトナート、酢酸第一銅、酢酸第二銅、酸化第一銅、
酸化第二銅等の銅化合物等を挙げることができる。これ
ら金属銅粉末や銅化合物についてはその1種のみを使用
してもよく、また、2種以上を組合せて使用してもよ
い。これらの銅触媒は、金属硅素1モルに対して通常0.
005〜0.5モル、好ましくは0.01〜0.1モルの範囲で使用
され、この使用量が0.005モルより少ないと金属硅素の
反応率の低下という問題が生じ、また、0.5モルより多
くしても金属硅素の反応率やトリアルコキシシランの選
択率の向上はみられず、かえって不経済である。また、
この銅触媒については、これを上記金属硅素と予め混合
粉砕し、窒素気流中200〜600℃、好ましくは200〜400℃
で熱処理して活性化させてから使用してもよい。
また、銅触媒の存在下に行う金属硅素とアルコールの
直接反応を液相で行う場合に使用する溶媒としては、そ
れが反応系で安定であって所定の反応温度にまで上昇可
能なものであればよく、種々の炭化水素化合物を使用す
ることができ、例えば、オクタン、デカン、ドデカン、
テトラデカン、ヘキサデカン、オクタデカン、エイコサ
ン等のパラフィン系炭化水素、エチルベンゼン、トリメ
チルベンゼン、シメン、ジエチルベンゼン、ブチルベン
ゼン、ブチルトルエン、オクチルベンゼン、ドデシルベ
ンゼン、ジドデシルベンゼン等のアルキルベンゼン系炭
化水素あるいはその水素化物、ジフェニル、ジフェニル
エーテル、モノエチルジフェニル、ジエチルジフェニ
ル、トリエチルジフェニル等のジフェニル系炭化水素あ
るいはその水素化物、アルキルナフタリン系炭化水素あ
るいはその水素化物、トリフェニル系炭化水素あるいは
その水素化物等を挙げることができ、その1種のみを使
用してもよく、また、2種以上を組合せて使用してもよ
い。これらの溶媒のうち好ましいのは、反応中に発泡し
ないものであってその沸点が常圧で100〜400℃、好まし
くは150〜300℃のものである。
銅触媒の存在下に行う金属硅素とアルコールの直接反
応を液相で行う場合、その反応は例えば以下のような方
法で行う。すなわち、撹拌機付反応容器にアルコール導
入管、生成物留出管及び温度計をセットし、反応容器内
には金属硅素、銅触媒及び反応溶媒を仕込み、必要によ
り窒素ガス等の不活性ガスや水素ガスを吹込みながら、
撹拌下に反応溶媒の沸点(通常100〜400℃の範囲内)、
好ましくは150〜300℃に加熱し、次いでアルコール導入
管からアルコールを反応容器内に一定の速度で流し込ん
で反応させ、生成物留出管より留出してくる反応混合物
をこの生成物留出管の出口に接続した冷却器で冷却し凝
縮して捕集する。
また、銅触媒の存在下に行う金属硅素とアルコールの
直接反応を気相で行う場合、その反応は縦型反応器ある
いは横型反応器を使用する従来公知の方法と同じでよ
く、金属硅素及び銅触媒が充填された反応器を通常150
〜600℃、好ましくは200〜400℃に加熱しながら、アル
コールを不活性ガスや水素ガスで希釈しあるいは希釈す
ることなく導入し、留出してくる反応混合物を反応器の
出口に接続した冷却器で冷却し凝縮して捕集する。
このようにして得られた反応混合物には、好ましくは
直ちに有機ハロゲン化物を添加し、その精製操作までの
保存中あるいは精製操作中に安定剤として有機ハロゲン
化物が所定の割合で共存するようにする。この目的で使
用する有機ハロゲン化物としては、それが蒸留により容
易に分離除去できるものであればよく、例えば、塩化メ
チル、臭化メチル、弗化メチル、沃化メチル、塩化エチ
ル、臭化エチル、弗化エチル、沃化エチル、塩化n−プ
ロピル、臭化n−プロピル等のハロゲン化アルキルや、
ジクロルメタン、ジクロルエタン等のハロゲン化アルケ
ニルや、クロルベンゼン、ジクロルベンゼン等のハロゲ
ン化アリールや、その他クロロホルム、四塩化炭素、酢
酸クロライド等を挙げることができ、好ましくはトリア
ルコキシシランのアルキル基と同じ炭素数のハロゲン化
アルキルがよい。そして、この有機ハロゲン化物の使用
量については、上記反応混合物中に0.01〜6重量%の範
囲である。0.01重量%より少ないと充分な安定化効果が
得られず、また、6重量%より多く使用しても安定化効
果の向上はあまり認められず、経済的に不利である。
安定剤として有機ハロゲン化物が共存する反応混合物
についてはこれを蒸留により精製し、特にトリアルコキ
シシランに対して沸点差の大きい有機ハロゲン化物を使
用することにより容易に高純度のトリアルコキシシラン
を得ることができる。
[実施例] 以下、実施例、比較例及び試験例に基いて、本発明方
法を具体的に説明する。
実施例1 平均粒度200μmの金属硅素500gと塩化第一銅25gとを
磁性ボールミルで2時間粉砕混合し、これを石英管に充
填し、電気炉で窒素ガス気流中600℃で3時間熱処理し
た。
次に、アルコール導入管、窒素ガス導入管、生成物留
出管及び温度計を備えた直径10cm×高さ23cmのステンレ
ス製撹拌機付き反応器に上記の如く熱処理した金属硅素
と塩化第一銅の混合物と沸点280℃のアルキルベンゼン
系炭化水素(三菱油化(株)製商品名:AB−HL)1,000
を仕込み、反応温度170〜180℃で純度99.9重量%以上の
メチルアルコール30ml/hr.及び窒素ガス20ml/min.を導
入しながら80時間反応させ、生成物留出管から反応混合
物2,280gを回収した。この反応混合物をガスクロマシグ
ラフィで分析した結果、その組成はメタノール13.3重量
%、トリメトキシシラン60.8重量%、テトラメトキシシ
ラン21.5重量%及びその他4.4重量%であり、金属硅素
の反応率は81.9重量%でトリメトキシシランの選択率は
77.9重量%であった。
このようにして得られた反応混合物を二分し、その一
方(A)には23g(約2重量%に相当)の塩化メチルを
添加し、また、他方(B)には何も添加せず、それぞれ
の反応混合物(A)及び(B)について蒸留を行い、沸
点範囲60℃までの初留、沸点範囲79〜81℃の本留、沸点
範囲120〜122℃の後留及び釜残とに分留し、各留分につ
いてガスクロマトグラフィによりその組成を調べた。分
留の結果を第1表に、また、ガスクロマトグラフィ分析
の結果を第2表にそれぞれ示す。
実施例2 上記実施例1と同様にして得られた反応混合物に塩化
メチルを添加し、トリメトキシシラン50重量%、テトラ
メトキシシラン20重量%、未反応メチルアルコール25重
量%、塩化メチル1.5重量%及びその他3.5重量%の組成
を有する反応混合物とした。
この反応混合物をガス抜口に塩化カルシウム管を取付
けたステンレス容器中に充填して15〜20℃の室温中に放
置し、10日ごとにガスクロマトグラフィ分析を行ってト
リメトキシシランとテトラメトキシシランの含有量につ
いてその経時変化を調べた。結果を第3表に示す。
試験例1 純度99重量%のトリメトキシシラン122g中にメチルア
ルコール32gと塩化メチル4.6g(2.9重量%)とを添加し
混合して試料混合物を調製した。この試料混合物につい
て、上記実施例2と同様にしてトリメトキシシランとテ
トラメトキシシランの含有量についてその経時変化を調
べた。結果を第3表に示す。
試験例2 塩化メチルの添加を行わなかった以外は上記試験例1
と同様にして試験混合物を調製し、トリメトキシシラン
とテトラメトキシシランの含有量についてその経時変化
を調べた。結果を第3表に示す。
試験例3 純度99重量%のトリエトキシシラン164g中にエチルア
ルコール46gと塩化エチル6.3g(2.9重量%)とを添加し
混合して試料混合物を調製した。この試料混合物につい
て、上記実施例2と同様にしてトリエトキシシランとテ
トラエトキシシランの含有量についてその経時変化を調
べた。結果を第3表に示す。
試験例4 塩化エチルの添加を行わなかった以外は上記試験例3
と同様にして試料混合物を調製し、トリエトキシシラン
とテトラエトキシシランの含有量についてその経時変化
を調べた。結果を第3表に示す。
[発明の効果] 本発明方法によれば、未反応アルコールを含有する反
応混合物中のトリアルコキシシランの安定性が著しく向
上し、これを蒸留してトリアルコキシシランを分離精製
する際にその回収率が著しく向上するほか、反応混合物
を蒸留して容易に高純度のトリアルコキシシランを収率
良く得ることができる。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】銅触媒の存在下に金属硅素とアルコール類
    とを反応させて得られた反応混合物からトリアルコキシ
    シランを分離精製するに当り、この反応混合物中に有機
    ハロゲン化物0.01〜6重量%を共存させることを特徴と
    するトリアルコキシシランの分離精製法。
  2. 【請求項2】有機ハロゲン化物がハロゲン化アルキル、
    ハロゲン化アルケニル又はハロゲン化アリール、ハロゲ
    ン化第四アルキルアンモニウムから選択された1種又は
    2種以上の混合物である特許請求の範囲第1項記載のト
    リアルコキシシランの分離精製法。
  3. 【請求項3】有機ハロゲン化物がハロゲン化アルキルで
    あり、そのアルキル基がトリアルコキシシランのアルキ
    ル基と同じである特許請求の範囲第1項又は第2項記載
    のトリアルコキシシランの分離精製法。
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