JP2654170B2 - アルコキシシラン中の塩素含有物質の除去法 - Google Patents

アルコキシシラン中の塩素含有物質の除去法

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【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は、アルコキシシラン中の塩素含有物質の除去
法に関し、さらに詳しくは、塩素含有物質を含有するア
ルコキシシランを、塩基性陰イオン交換樹脂と接触させ
て、アルコキシシラン中の塩素含有物質の除去する方法
に関する。
発明の技術的背景ならびにその問題点 アルコキシシランの工業的製造方法としては、下記の
ような方法が知られている。
(1)クロロシラン類とアルコール類とを反応させて、
アルコキシシランを製造する方法。
HnSiCl4-n+(4−n)ROH→ HnSi(OR)4-n+(4−n)HCl (nは0〜3の整数) (2)金属硅素とアルコール類とを塩化銅などの銅系触
媒の存在下に反応させて、アルコキシシランを製造する
方法。
すなわち、上記の製造方法(1)にて製造したアルコ
キシシラン中には、副生した塩化水素および未反応物で
あるクロロシランなどの加水分解性塩素に起因する不純
物、そしてアルコール類と塩化水素との反応生成物であ
るアルキルクロライドなどの非加水分解性塩素に起因す
る不純物が含有されている。また、上記製造方法(2)
にて製造したアルコキシシラン中にも、製造方法(1)
で製造したアルコキシシランと同様に、塩化銅の加水分
解生成物である塩化水素、そしてアルコール類と塩化水
素との反応生成物であるアルキルクロライドなどが含有
されている。
このようなアルコキシシランは、シランカップリング
剤あるいは合成石英などの原料として用いられる有用な
化合物であるが、原料であるアルコキシシラン中に、上
記の塩素含有物質に起因する不純物が含まれると、電気
・電子分野などの最終製品にも塩素に起因する不純物が
含有され、従って、製品の絶縁性が低下するため、これ
らの製品を電気・電子分野へ応用するのが困難となる。
このため、アルコキシシラン中の塩素含有物質を安価
にかつ効率よく、除去しうる方法の出現が強く望まれて
いる。
ところで従来、アルコキシシラン中の塩素含有物質の
除去方法として、以下のような方法が開示されている。
(イ)クロロシラン類とアルコール類とを反応させてア
ルコキシシランを製造する際に、ピリジン、アニリン
類、アミン類、アンモニアまたはナトリウムアルコラー
トなどの塩基性化合物の共存下に反応を行ない、生成す
る塩化水素を除去する方法(オルガノシリコン コンパ
ウンズ(Organosilicon Compounds)、288〜293頁、196
0年、Butterworths Publications Limited)。
(ロ)メチルトリメトキシシラン中の塩素不純物を金属
ナトリウムを用いて除去する方法(ジャーナル オブ
オルガノメタリック ケミストリー(J.Organometal.Ch
em.).,第265巻、1984年、135〜139頁。) (ハ)アルコキシシラン中の塩素不純物を除去するに際
して、アルコキシシランを酸化白土または金属ハロゲン
化物の存在下に加熱処理を行なう工程、中和剤で中和す
る工程および中和塩を除去する工程を含むアルコキシシ
ランの精製方法(特開昭62−114992号公報)などであ
る。
しかしながら上記に開示されたアルコキシシラン中の
塩素含有物質の除去方法では、以下のような問題点があ
った。すなわち、クロロシラン類とアルコール類とを反
応させてアルコキシシランを製造する際に、ナトリウム
アルコラートなどの塩基性化合物を共存させる方法で
は、本発明者らが再試験した結果、アルコキシヒドロシ
ランの不均化反応を実質的に防ぎながら、生成するアル
コキシシラン中の塩素濃度をある一定レベル、たとえば
10重量ppm程度以下にすることが極めて困難であること
が判明した。その原因は正確に特定できないものの、塩
化水素またはクロロシランなどの加水分解性塩素に起因
する不純物は除去できるが、アルキルクロライドなどの
非加水分解性塩素に起因する不純物は除去されないため
と推定される。また、上記の方法において、非加水分解
性塩素に起因する不純物の除去効率を上げるために過剰
の塩基性化合物を用いると、アルコキシヒドロシランの
不均化反応が促進され、発火性のシランガスが発生し、
危険であることも判明した。また、アルコキシシラン中
の塩素不純物を金属ナトリウムを用いて除去する方法で
は、加水分解性塩素および非加水分解性塩素に起因する
不純物の両者が除去できるためか、塩素含有量は好まし
いレベルまで低減できるものの、金属ナトリウムは固体
であるため反応が遅いうえその取扱いが危険であり、工
業的使用に適さないという問題点があった。さらに、ア
ルコキシシランを酸性白土または金属ハロゲン化物の存
在下に加熱処理を行なう工程、中和剤で中和する工程お
よび中和塩を除去する工程を含むアルコキシシランの精
製方法では、加水分解性塩素および非加水分解性塩素に
起因する不純物の両者が除去できるが、精製工程が3工
程と多く、工業的に実施するうえで不適であるという問
題点があった。
発明の目的 本発明は、アルコキシシラン中の塩素含有物質を除去
するに際して、塩素含有物質の除去効率が低い、あるい
はアルコキシシランの損失が大きいまたは工業的規模で
実施するうえで不適であるといった従来技術に伴う問題
点を解決しようとするものであり、アルコキシシラン中
の塩素含有物質を極めて簡便な方法により安価でかつ効
率よく除去しうるような、アルコキシシラン中の塩素含
有物質の除去法を提供することを目的としている。
発明の概要 本発明に係るアルコキシシラン中の塩素含有物質の除
去法は、一般式 HnSi(OR)4-n [式中、Rは炭素数1〜8個を有する有機基であり、n
は0〜3の整数である。] で表わされるアルコキシシラン類に含まれる塩素化合物
に由来する塩素含有物質を除去するに際して、塩素含有
物質を含有するアルコキシシラン類を、塩基性陰イオン
交換樹脂と接触させることを特徴としている。
本発明によれば、塩素含有物質を含有するアルコキシ
シランを、塩基性陰イオン交換樹脂と接触させることに
より、1工程にてアルコキシシランの不均化反応による
損失を伴うことなく、アルコキシシラン中の塩素含有量
を低下させることができる。
発明の具体的説明 以下、本発明に係るアルコキシシラン中の塩素含有物
質の除去法について具体的に説明する。
アルコキシシラン類 本発明に係る塩素含有物質の除去法において、塩素含
有物質除去処理の対象となるアルコキシシラン類は、 一般式 HnSi(OR)4-n [式中、Rは炭素数1〜8個を有する有機基であり、n
は0〜3の整数である。] で表わされるアルコキシシランである。
このようなアルコキシシラン類としては、具体的に
は、トリメトキシシラン、トリエトキシシラン、トリ
(2−メトキシエトキシ)シラン、トリ(2−エトキシ
エトキシ)シラン、トリプロポキシシラン、トリヘキシ
ロキシシラン、トリ(t−ブトキシ)シラン、トリ(se
c−ブトキシ)シラン、トリフェノキシシラン、トリベ
ンジロキシシラン、トリ(フェニルエチロキシ)シラ
ン、ジエトキシシラン、ジプロポキシシラン、ジ(2−
メトキシエトキシ)シラン、ジ(2−エトキシエトキ
シ)シラン、ジフェノキシシラン、ジベンジロキシシラ
ン、ジ(フェニルエチロキシ)シラン、テトラメトキシ
シラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラ
ン、テトラブトキシシランなどが挙げられる。
このようなアルコキシシラン中には、塩化水素または
クロロシラン類などの加水分解性塩素に起因する不純物
およびアルキルクロライド類などの非加水分解塩素に起
因する不純物が含有されている。
上記のようなクロロシラン類は、一般式として HnSiClm(OR)4-(n+m) [式中、Rは炭素数1〜8個を有する有機基であり、n
は0〜3、mは1〜3、n+mは1〜3の整数であ
る。] で表わすことができる。
また、上記のようなアルキルクロライド類は、一般式
としてRCl[式中、Rは同上。]で表わすことができ
る。
このようなアルコキシシラン中の塩素化合物は、アル
コキシシランの製造方法によってその含有量が異なるも
のの、一般にアルコキシシラン中に塩素として15重量pp
mから500重量ppmの量で含まれていることが多い。
塩基性陰イオン交換樹脂 本発明に係るアルコキシシラン中の塩素含有物質の除
去法では、塩素含有物質を含有するアルコキシシラン
を、塩基性陰イオン交換樹脂と接触させる。
本発明で用いられる塩基性陰イオン交換樹脂とは、陰
イオンを交換するイオン交換樹脂であって、一般に、三
次元に重縮合した高分子基体に交換基として4級アンモ
ニウム塩あるいは1〜3級アミン結合された構造を有し
ていることが好ましい。上記のような高分子基体として
は、スチレンとジビニルベンゼンとの共重合体が好まし
く用いられている。
上記のような塩基性陰イオン交換樹脂の構造の一例を
下記に示す。
また4級アンモニウムを交換基とする陰イオン交換樹
脂では、交換基は一般に−NR3 +OH-で表わすことがで
き、たとえば塩酸溶液を加えると、次のようなイオン交
換が起こると考えられる。
−NR3 +OH-+HCl→ −NR3Cl+H2O 一方1級アミン、2級アミン、3級アミンを交換基と
する陰イオン交換樹脂では、次のような吸着が起こると
考えられる。
このような塩基性陰イオン交換樹脂としては、具体的
には、三菱化成製ダイヤイオンSA11A、SA10A、SA11B、S
A10B、PA306、PA308、PA312、PA316、PA318、HPA、SA21
A、SA20A、SA21B、SA20B、PA406、PA408、PA412、PA41
6、PA418、WA10、WA11、WA20、WA21、WA30、ロームアン
ドハース製アンバーライトIRA 400、IRA 401、IRA 40
2、IRA 405、IRA 425、IRA 430、IRA 900、IRA 904、IR
A 938、IRA 410、IRA 411、IRA 910、IRA 911、IRA 6
8、IRA 45、IRA 47、IRA 93、IRA 94、アンバーリスト
A−26、A−27、A−21、住友化学工業製デュオライト
A101D、A143、A104、A109、A102D、A161、A161TR、A16
2、A171P、A132、ES137、A377、A308、A378、A368、A30
B、A57、A43B、A340、A374、A561、A4、A6、A7、ダウケ
ミカル製ダウエックス ダウエックス1、ダウエックス
2、ダウエックス11、ダウエックス21K、MSA1、MWA1、W
GRなどが挙げられる。
本発明では上記の塩基性陰イオン交換樹脂のうち、三
菱化成製ダイヤイオンWA10、WA11、WA20、WA21、WA30、
ロームアンドハース製アンバーリストA−21、アンバー
ライトIRA 45、IRA 47、IRA 93、IRA 94、住友化学工業
製デュオライトA374、A561、A4、A6、A7、A377、A308、
A378、A368、ダウケミカル製ダウエックスMWA1、WGRな
どが特に好ましく用いられる。
本発明における塩基性陰イオン交換樹脂は、アルコキ
シシランに含有される塩素のグラム原子数に対し、塩基
性陰イオン交換樹脂のイオン交換容量が1〜300当量と
なるような量で使用することが好ましい。
このような塩基性陰イオン交換樹脂と塩素含有物質を
含有するアルコキシシランとを接触させることにより、
アルコキシシラン中の塩素不純物が除去される機構は明
確ではないが、塩基性陰イオン交換樹脂中の窒素原子
と、アルコキシシラン類に含まれる塩素化合物に由来す
る塩素含有物質とが塩化物塩を形成するなどして、アル
コキシシラン中の塩素含有物質が、塩基性陰イオン交換
樹脂に吸着されるからであると推定される。
接触条件 塩素含有物質を含有するアルコキシシランと塩基性陰
イオン交換樹脂との接触は、通常、塩基性陰イオン交換
樹脂が充填されたカラムにアルコキシシランを通過させ
ることにより行なわれる。具体的には、たとえば、塩素
含有物質を含有するアルコキシシランと塩基性陰イオン
交換樹脂と、固定床方式で接触させる方法、移動床方式
で接触させる方法、流動床方式で接触させる方法などを
採用することができる。また場合によっては、塩素含有
物質を含有するアルコキシシランと塩基性陰イオン交換
樹脂とを回分式で接触させることもできる。
塩素含有物質を含有するアルコキシシランと塩基性陰
イオン交換樹脂との接触時間は、液空間速度(L.H.S.
V.)で0.5〜10時間-1好ましくは1〜5時間-1程度であ
る。また接触時の温度は、アルコキシシランの不均化反
応を抑制するために好ましくは−70〜80℃、さらに好ま
しくは0〜50℃であることが望ましい。
発明の効果 本発明によれば、極めて簡便な方法により、アルコキ
シシラン中の塩素不純物を効率よく除去することが可能
である。すなわち、本発明によれば、アルコキシシラン
中の塩素含有物質が塩化物塩などとして、塩基性陰イオ
ン交換樹脂に吸着除去されるので、生成した塩化物塩を
アルコキシシランから蒸留などによって分離する工程を
省略でき、従ってアルコキシシランの損失を皆無にする
ことができるという効果が得られる。また本発明によれ
ば、アルコキシシランの不均化反応による損失も1重量
%以下に抑制することができる。
以下本発明を実施例により説明するが、本発明はこれ
ら実施例に限定されるものではない。
なお実施例中の%およびppmはとくに断わりがない限
り重量基準である。
実施例1 特開昭54−163529号公報に記載された方法に従って、
10のフラスコを用いて、ジベンジルトルエン溶媒中に
て金属硅素粉末および触媒である塩化第1銅を220℃に
加熱しながら、メタノールを連続的に供給して、トリメ
トキシシランを含有する蒸気を連続的に取り出した。
上記で製造したトリメトキシシラン100g中には、塩素
化合物が塩素濃度として30ppm、塩素量として8.5×10-5
グラム原子含有されていた。
断面積1cm2、長さ50cmのカラムに弱塩基性陰イオン交
換樹脂であるアンバーリストA−21(ロームアンドハー
ス製登録商標)3g(13.5〜15×10-3当量)を充填し、カ
ラム上部から上記トリメトキシシラン100gを常温、常
圧、液空間速度5時間-1にて流通した。
回収したトリメトキシシラン99.6g中の塩素含有量を
燃焼法で定量したところ、塩素濃度は10ppmであった。
なお、不均化反応等で生成したテトラメトキシシラン
は、ガスクロマトグラフ分析の結果、トリメトキシシラ
ンに対して1%以下であった。
実施例2 実施例1で製造したメトキシシラン留分を分留するこ
とにより、テトラメトキシシランを得た。
上記で製造したテトラメトキシシラン100g中には塩素
化合物が塩素濃度として30ppm、塩素量として8.5×10-5
グラム原子含有されていた。上記テトラメトキシシラン
100gを用いた以外は、実施例1と同様にして塩素不純物
除去処理を行なった。
その結果、テトラメトキシシランの回収量は99.8gで
あり、その塩素含有量を燃焼法で定量したところ、塩素
濃度は10ppmであった。
実施例3 特開昭54−163529号公報に記載された方法に従って、
実施例1と同様にして、金属硅素とエタノールからトリ
エトキシシランを製造した。
上記で製造したトリエトキシシラン100g中には、塩素
化合物が塩素濃度として32ppm、塩素量として9.0×10-5
グラム原子含有されていた。上記トリエトキシシラン10
0gを用いた以外は、実施例1と同様にして、塩素不純物
除去処理を行なった。
その結果、トリエトキシシランの回収量は99.7gであ
り、その塩素含有量を燃焼法で定量したところ、塩素濃
度は11ppmであった。なお、テトラエトキシシランの生
成量は、トリエトキシシランに対して1%以下であっ
た。
比較例1 実施例1において、トリメトキシシラン製造時に、ト
リメトキシシラン100g当り、塩基性化合物としてトリn
−ブチルアミン7.9×10-2g(4.3×10-4グラム当量)を
共存させた以外は、実施例1と同様にしてトリメトキシ
シラン100gを製造した。蒸留により、塩基性化合物およ
び/またはその塩化物塩を除去しようとしたが、蒸留中
に不均化反応が進行し、シランガスが発生し始め危険で
あるので、トリメトキシシラン80gを回収した時点で蒸
留を打ち切った。回収したトリメトキシシラン中の塩素
含有量を燃焼法で定量したところ、塩素濃度は15ppmで
あった。なお、不均化反応で生成したテトラメトキシシ
ランの生成量は、ガスクロマトグラフ分析の結果、トリ
メトキシシランに対して約10%であることが判った。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 塩沢 光治 埼玉県入間郡大井町西鶴ケ岡1丁目3番 1号 東亜燃料工業株式会社総合研究所 内 (72)発明者 奥村 義治 埼玉県入間郡大井町西鶴ケ岡1丁目3番 1号 東亜燃料工業株式会社総合研究所 内 (56)参考文献 特開 昭62−114992(JP,A) 特開 昭63−201192(JP,A) 特開 平2−235887(JP,A) 特開 昭63−316788(JP,A) 特開 昭63−77887(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一般式 HnSi(OR)4-n [式中、Rは炭素数1〜8個を有する有機基であり、n
    は0〜3の整数である。] で表わされるアルコキシシラン類に含まれる塩素化合物
    に由来する塩素含有物質を除去するに際して、塩素含有
    物質を含有するアルコキシシラン類を、塩基性陰イオン
    交換樹脂と接触させることを特徴とするアルコキシシラ
    ン中の塩素含有物質の除去法。
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