JP3531185B2 - 安定化された精製過酸化水素水溶液 - Google Patents

安定化された精製過酸化水素水溶液

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はアントラキノン法によっ
て得られた粗過酸化水素水溶液を濃縮精製した、高純度
であって、かつアルミニウムやその合金及びSUS製のタ
ンクやコンテナーに収容し貯蔵したときに金属成分の溶
出が少ない安定な過酸化水素水溶液に関する。本発明は
特に、高純度が要求される電子工業用過酸化水素とし
て、あるいは、さらに精製して半導体製造における超高
純度の過酸化水素を得るための原料として、さらには広
範な反応試剤としての高純度の過酸化水素に関する。
【0002】
【従来の技術】現在、過酸化水素は、工業的にはアント
ラキノンの水素化−酸化により製造されている。以下こ
の方法を「アントラキノン法」という。アントラキノン
法は、一般に、2−アルキルアントラキノンを水不溶性
の溶媒中で水素化触媒の存在下水素化して対応するアン
トラヒドロキノンとし、触媒をろ別した後、酸素または
空気により自動酸化することによって元のアントラキノ
ンを再生するとともに、過酸化水素を得、これを水で抽
出することによって過酸化水素含有水溶液を得る方法で
ある。この過酸化水素含有水溶液にはアントラキノン類
や溶媒およびそれらの劣化物からなる有機不純物が相当
量含まれているので、水不溶性の溶媒で有機不純物を抽
出し精製するのが普通である。かくして得られた過酸化
水素水溶液を以下「粗過酸化水素水溶液」という。粗過
酸化水素水溶液は過酸化水素を15ないし40重量%含
有しているが、通常工業的に使用される過酸化水素の濃
度は30ないし70重量%であるので粗過酸化水素はさ
らに濃縮される。粗過酸化水素の精留濃縮方法は米国特
許3073755、英国特許1326282、特公昭3
7−8256、特公昭45−34926等種々提案され
ているが、原理的には、蒸発、気液分離、及び精留の組
合せが一般的である。また、気液分離により分離された
過酸化水素水溶液を蒸発器に循環する事なく抜き出し、
用途に合った品質グレードとして生産される事も行われ
る。
【0003】
【発明が解決しようとする問題点】過酸化水素水溶液
は、反応試剤としてのみならず漂白、化学研磨等の多く
の分野で広く利用されているが、近年、半導体やプリン
ト配線板などの電子工業分野に於ける利用が増大し、こ
れに伴って、極めて高純度の過酸化水素水溶液が要求さ
れるようになり、粗過酸化水素の精留濃縮によって得ら
れる製品も不純物および添加物の極めて少ない高純度の
品質が要求されている。しかしながら精留濃縮工程を構
成する気液分離器や精留塔はアルミニウムあるいはその
合金、またはステンレス鋼が使われるため、精留濃縮に
よって得られる精製過酸化水素は構成材料からの金属成
分の溶出によって汚染される問題がある。そのため米国
特許3073755はピロリン酸塩を10ないし300
ppm含む還流水を精留塔塔頂から供給し、アルミニウム
製の塔の腐食を抑制する事が提案しているが、添加濃度
が高く高純度の濃縮液を得る目的には適しない。
【0004】さらに、精留濃縮によって得られた精製過
酸化水素をタンクに貯蔵する場合や、ローリー、コンテ
ナーあるいはタンク貨車等の輸送容器に充填して輸送す
る場合にも同様に構成材料からの金属の溶出の問題があ
る。従って、製造時には高品質であっても、貯蔵、輸送
後にユーザーで使用するときには金属イオンが増加して
いる問題がある。また、ステンレスのタンクに貯蔵した
り、ステンレスのコンテナーやローリーで輸送する場合
にはステンレスの金属成分が微量溶出して金属イオンの
濃度が上昇し、過酸化水素の安定度が低下する問題もあ
る。その為従来は過酸化水素の安定度を維持するため
に、各種キレート剤、重合リン酸塩、あるいはスズ酸塩
などが単独あるいは組み合わせて添加されてきたが、高
純度の過酸化水素にはできるだけ安定剤の添加が少ない
ことが望まれる。金属表面の処理及び過酸化水素の安定
化に関する米国特許2782100は金属表面を10pp
m以上のオルトリン酸を含む過酸化水素溶液と1時間以
上接触させた後、濃度がオルトリン酸5ppm以上含む濃
度70%以上の過酸化水素水溶液の貯蔵方法を提案して
いるが、70%以下の低濃度では効果が低いとのべてい
る。また、オルトリン酸の含有量も10ppm以上と高濃
度であり、高い純度の要求される電子工業分野には使用
し難い。本発明は、精留濃縮工程における機器からの金
属イオンの溶出の問題、貯蔵、輸送における接液材質か
らの金属イオンの溶出による金属イオンの濃度の上昇の
問題、及び金属イオンによる過酸化水素の安定度が低下
する問題を解決し、高純度で安定で腐食性の少ない過酸
化水素を供給する事にある。
【0005】
【問題を解決するための手段】本発明者らは過酸化水素
が接触する金属製の機器、タンク及び輸送用容器からの
金属イオンの溶出の問題、並びに金属イオンによる過酸
化水素の安定度が低下する問題を解決するため、最適な
安定剤について鋭意探索研究を行い、本発明に至った。
すなわち、本発明は、アントラキノン法によって得られ
た過酸化水素含有水溶液を蒸発器で蒸発させ発生した気
及び液を気液分離器で分離し、気側を精留塔に供給し濃
縮する方法によって得た25〜70重量%の過酸化水素
を含有する精製過酸化水素水溶液であって、オルトリン
酸を純分として0.01ppmないし5ppm含有し、他の安
定剤を実質的に含有しないことを特徴とする高純度過酸
化水素水溶液である。
【0006】本発明の過酸化水素はきわめて微量のオル
トリン酸を含むのみであるが、驚く事に過酸化水素が接
触する金属の溶出が抑えられ、かつ安定度も維持される
ものである。本発明の安定で腐食性の低い精製過酸化水
素は、「アントラキノン法」によって得られた「粗過酸
化水素水溶液」を、たとえば、図1の精留濃縮工程で濃
縮し、実質的にライン11より得られる濃縮精製過酸化
水素水溶液にオルトリン酸が含有されてなるものであ
る。
【0007】まず精留濃縮工程について説明する。図1
に則して説明すると、粗過酸化水素をライン1より蒸発
器2へ供給し、気液を気液分離器4に導く。4で揮発性
不純物、過酸化水素、水からなる蒸気と非揮発性不純物
を含み蒸気側組成と平衡にある高濃度の過酸化水素水溶
液に分離する。4で分離した蒸気を精留塔6に導く。6
では上昇蒸気は過酸化水素濃度を減じ下降液は過酸化水
素濃度を上げて濃縮される。塔底の濃縮された精製過酸
化水素水溶液をライン11より抜き出す。塔頂の蒸気は
ライン7を通ってコンデンサー8に導かれ実質的に過酸
化水素を含まない凝縮水がライン10から排出される。
塔頂から還流水をライン9より供給する。精留塔塔底の
濃縮精製過酸化水素水溶液濃度が40%ないし70%に
なるように還流水の水量をコントロールする。気液分離
器4で分離した高濃度の過酸化水素水溶液は不純物の蓄
積がないようにするため蒸発器2に戻さずにライン12
より抜き出す。蒸発器2での蒸発量は蒸発器に供給され
る過酸化水素(純分換算)を100重量部とした時、ラ
イン12より分離される高濃度の抜き出し液中の過酸化
水素が純分として40〜75重量部、ライン11の濃縮
精製過酸化水素水溶液に純分として25〜60重量部の
比率になるように調節するのが好ましい。これらの蒸
発、気液分離、及び精留は常圧でも行い得るが、好まし
くは減圧で行ない、蒸発器出口での圧力が50〜150
Torr程度が実用的である。
【0008】次にオルトリン酸の添加工程について説明
する。図1に則して説明すると、オルトリン酸は、前記
方法により製造された濃縮精製過酸化水素水溶液のタン
クまたはタンクに入るライン11に添加しても良く、好
ましくは、図1の還流水のライン9に、及び/または気
液分離器の後のライン5に添加する事によって濃縮設備
の金属に起因する金属イオンの溶出が抑制される。この
場合、さらに濃縮精製過酸化水素水溶液のタンクまたは
タンクに入るライン11にもオルトリン酸を添加するこ
とで金属イオンの溶出抑制効果と安定化効果が高められ
る。オルトリン酸の添加量は純分として0.01〜5pp
mの添加で効果がある。5ppm以上に濃度をあげても効果
は少ないのみならず、高い純度の要求される電子工業分
野には使用し難くなる。オルトリン酸の添加量は、好ま
しくは0.02〜3ppmである。電子工業用にはオルト
リン酸以外の安定剤は一切添加しない方がよい。米国特
許3073755に記載されたピロリン酸塩の添加はむ
しろ金属溶出を増すので、好ましくない。同様に、一般
に安定剤として知られているエチレンジアミンテトラ
(メチレンホスホン酸)やアミノトリ(メチレンホスホ
ン酸)などのホスホン酸やその塩の添加もまた金属溶出
を増すので、好ましくない。
【0009】
【実施例】次に実施例によって本発明を具体的に説明す
る。なお、本発明は、記載された図、あるいは実施例に
限定されるものではない。 実施例1 精留塔(材質:アルミニウム)が塔径1,700mmであって
磁製充填剤を高さ6,000mmに充填したものである図1に
記載された濃縮設備において、過酸化水素を32wt%含む
粗過酸化水素水溶液を5,700kg/hrの流量で蒸発器に供給
して濃縮し、還流水のラインから還流水と共にオルトリ
ン酸を、濃縮精製過酸化水素水溶液のリン酸濃度が0.1p
pmとなるように連続的に供給し、気液分離器の下のライン
より過酸化水素濃度が64wt%の抜き出し液1,600kg/hrを
得、精留塔塔底から過酸化水素濃度54wt%の濃縮精製過
酸化水素水溶液1,400kg/hrを得た。主な運転条件を下記
に示す。 蒸発器出口:68〜70℃、圧力90〜100Torr 精留塔塔頂:約50℃、圧力約50Torr 還流水:約1,500l/hr 得られた濃縮精製過酸化水素水溶液の主な不純物の分析
結果は、リン酸:0.1ppm 、アルミニウム:110ppb 、
鉄:10ppb 以下であった。本濃縮液を50m3 のアルミニ
ウム製タンクに夏期15日間貯蔵したが、アルミニウム濃
度は130ppbに上昇した程度で増加幅は僅かに20ppbにと
どまった。
【0010】比較例1 オルトリン酸を添加しなかった他は、実施例1と同様に
32%粗過酸化水素水溶液を濃縮し、54wt%の濃縮精製過酸
化水素水溶液1,400kg/hrを得た。得られた濃縮精製過酸
化水素水溶液の主な不純物は、リン酸:5ppb以下、アル
ミニウム:280ppbであった。得られた濃縮精製過酸化水
素水溶液を50m3 のアルミニウム製タンクに夏期15日間
貯蔵したところ、過酸化水素水溶液のアルミニウム濃度
は430ppbに増加していた。
【0011】実施例2 実施例1と同じ設備で同様の濃縮精製運転を実施した。
還流水のラインから還流水と共にオルトリン酸を連続的
に供給すると共に、気液分離器と精留塔を結ぶラインの
中間部のノズルからも希薄なオルトリン酸を供給した。
2ヶ所のリン酸供給量はリン酸純分として等量であり、
その合計量が濃縮精製過酸化水素水溶液のリン酸純分が
0.1ppmとなるように運転した。その他の運転条件は実施
例1と同じように運転した。得られた濃縮精製過酸化水
素水溶液の主な不純物は、リン酸:0.1ppm 、アルミニ
ウム:90ppb であった。得られた濃縮精製過酸化水素水
溶液を50m3 のアルミニウム製タンクに夏期15日間貯蔵
したが、アルミニウム濃度は110ppbに上昇した程度で増
加幅は僅かに20ppbにとどまった。また、JISK14
63による安定度も98%と良好に維持されていた。ま
た、得られた濃縮精製過酸化水素水溶液をSUS304製の2
3 コンテナーに充填し夏期15日間貯蔵した後、再度安定度
を測定したが98%を維持しており、また鉄濃度の分析結
果も10ppb以下であった。
【0012】実施例3 実施例1と同じ設備で32%粗過酸化水素水溶液を濃縮し
た。還流水のラインから還流水と共にオルトリン酸を、
濃縮精製過酸化水素水溶液のリン酸濃度が0.02ppm とな
るように連続的に供給し、精留塔塔底から過酸化水素濃
度35wt%の濃縮精製過酸化水素水溶液2,160kg/hrを得
た。その他の運転条件は実施例1と同じように運転し
た。得られた濃縮精製過酸化水素水溶液の主な不純物
は、リン酸:0.02ppm、アルミニウム:120ppb、鉄:10pp
b以下であった。得られた濃縮精製過酸化水素水溶液を5
0m3 のアルミニウム製タンクに夏期15日間貯蔵したと
ころ、アルミニウム濃度は140ppbに上昇した程度で増加
幅は僅かに20ppbにとどまった。
【0013】実施例4〜6 実施例3で得た高純度濃縮過酸化水素水溶液を用いて安
定剤を添加しないで35%濃度の過酸化水素水溶液を調製
し、アルミニウム(純度99.7%)及びSUS304のテスト片の浸漬試
験を実施した。結果を表1に示す。テストはガラスビー
カーに所定の調合を行った過酸化水素水溶液を500gと
り、脱脂後、30%硝酸に1日浸漬した後水洗し、更にテス
トしようとする過酸化水素溶液に35℃で1週間浸漬した
テスト片(30mm×50mm×3mmt)を1枚入れ、恒温槽で35
℃に1週間保った。1週間後過酸化水素溶液の金属イオン
(鉄、アルミニウム)を原子吸光装置で分析すると共に、
JISK1463による安定度の測定を実施した。結果
を表1に示す。
【0014】比較例3 比較例1で得た高純度濃縮過酸化水素水溶液を用いて安
定剤を添加しないで35%濃度の過酸化水素水溶液を調製
し、実施例4〜6と同様のテスト片の浸漬試験を実施し
た。結果を表1に示す。 比較例4〜6 実施例3で得た高純度濃縮過酸化水素水溶液を用いて各
種の公知の安定剤を添加した35%濃度の過酸化水素水溶
液を調製し、実施例4〜6と同様のテスト片の浸漬試験
を実施した。結果を表1に示す。
【0015】実施例7〜9 実施例3で得た高純度濃縮過酸化水素水溶液を用いて安
定剤を添加しないで50%濃度の過酸化水素水溶液を調製
し、アルミニウム(純度99.7%)及びSUS304のテスト片の
浸漬試験を実施した。結果を表2に示す。
【0016】比較例7 比較例1で得た高純度濃縮過酸化水素水溶液を用いて安
定剤を添加しないで35%濃度の過酸化水素水溶液を調製
し、実施例7〜9と同様のテスト片の浸漬試験を実施し
た。結果を表2に示す。 比較例8〜10 実施例3で得た高純度濃縮過酸化水素水溶液を用いて各
種の公知の安定剤を添加した35%濃度の過酸化水素水溶
液を調製し、実施例7〜9と同様のテスト片の浸漬試験
を実施した。結果を表2に示す。
【0017】
【発明の効果】本発明により、アントラキノン法によっ
て得られた粗過酸化水素水溶液を濃縮精製した高純度で
あって、かつアルミニウムやその合金及びSUS製のタン
クやコンテナーに収容し貯蔵したときに金属成分の溶出
が少ない安定な過酸化水素水溶液が提供される。本発明
によって得られる過酸化水素は高純度が要求される電子
工業用過酸化水素として、あるいは、さらに精製して半
導体製造における超高純度の過酸化水素を得るための原
料として、さらには広範な反応試剤として、工業的に幅
広く利用される。特に本発明の過酸化水素は貯蔵、輸送
の間にタンクやコンテナーからの金属成分の溶出がな
く、良好な品質維持と品質の安定化が図られるので工業
的な利用価値が高い。
【0018】
【表1】 表は、各成分または金属イオンの濃度を表す。また、安
定度は過酸化水素の濃度保存率を表す。
【0019】
【表2】 表は、各成分または金属イオンの濃度を表す。また、安
定度は過酸化水素の濃度保存率を表す。
【図面の簡単な説明】
【図1】濃縮精製装置である。
【符号の説明】 2:蒸発器 4:気液分離器 6:精留塔 8:コンデンサー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C01B 15/01 - 15/047

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アントラキノン法によって得られた過酸
    化水素含有水溶液を蒸発器で蒸発させ発生した気及び液
    を気液分離器で分離し、気側を精留塔に供給し濃縮する
    方法によって得られる、25〜70重量%の過酸化水素
    を含有する精製過酸化水素水溶液であって、オルトリン
    酸を純分として0.01ppmないし5ppm含有する高純度
    過酸化水素水溶液。
  2. 【請求項2】 オルトリン酸以外の安定剤を実質的に含
    有しないことを特徴とする請求項1記載の高純度過酸化
    水素水溶液。
  3. 【請求項3】 オルトリン酸を気液分離器から精留塔に
    至る間に添加することを特徴とする請求項1記載の高純
    度過酸化水素水溶液の製造方法。
  4. 【請求項4】 オルトリン酸を精留塔塔頂の還流水に添
    加することを特徴とする請求項1記載の高純度過酸化水
    素水溶液の製造方法。
  5. 【請求項5】 オルトリン酸を精製された過酸化水素水
    溶液タンクに添加することを特徴とする請求項1記載の
    高純度過酸化水素水溶液の製造方法。
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