JP5589294B2 - Nitrogen-containing silane compound powder and method for producing the same - Google Patents

Nitrogen-containing silane compound powder and method for producing the same Download PDF

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Description

本発明は、新規な含窒素シラン化合物粉末に関するものであり、詳しくは、窒化珪素粉末の製造原料として有用な、含窒素シラン化合物粉末およびその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a novel nitrogen-containing silane compound powder, and more particularly to a nitrogen-containing silane compound powder useful as a raw material for producing silicon nitride powder and a method for producing the same.

シリコンジイミドや、シリコンアミド、シリコンニトロゲンイミドなどのような含窒素シラン化合物の加熱分解により窒化珪素を得る、いわゆる「イミド分解法」は、金属不純物が少なく焼結性の良い窒化珪素粉末の製造方法とされ、中間原料であるシリコンジイミドのような含窒素シラン化合物の合成については、いくつかの方法が公知である。   Silicon nitride is obtained by thermal decomposition of nitrogen-containing silane compounds such as silicon diimide, silicon amide, silicon nitrogen imide, etc. The so-called “imide decomposition method” is the production of silicon nitride powder with low metal impurities and good sinterability. Several methods are known for synthesizing nitrogen-containing silane compounds such as silicon diimide as an intermediate raw material.

特許文献1には、液体アンモニアと、液体アンモニアと溶けあわずかつ比重が液体アンモニアより大きい有機溶媒とが、比重差により二層に分離している反応系の下部有機溶媒層中にハロゲン化シランと前記有機溶媒との混合溶液を供給することによって、ハロゲン化シランと液体アンモニアを反応させるにあたり、定常状態でのハロゲン化シランと液体アンモニアの体積比率を変化させる方法が開示されている。   Patent Document 1 discloses that halogenated silane is contained in a lower organic solvent layer of a reaction system in which liquid ammonia and an organic solvent dissolved in liquid ammonia and having a specific gravity larger than liquid ammonia are separated into two layers due to a difference in specific gravity. A method of changing the volume ratio of the halogenated silane and the liquid ammonia in a steady state in the reaction of the halogenated silane and the liquid ammonia by supplying a mixed solution of the organic solvent and the organic solvent is disclosed.

特許文献2には、液体アンモニアと、液体アンモニアと溶けあわずかつ比重が液体アンモニアより大きい有機溶媒とが、比重差により二層に分離している反応系の下部有機溶媒層中にハロゲン化シランと前記有機溶媒との混合溶液を供給することによって、ハロゲン化シランと液体アンモニアを反応させるにあたり、反応温度を制御する方法が開示されている。   Patent Document 2 discloses a halogenated silane in a lower organic solvent layer of a reaction system in which liquid ammonia and an organic solvent having a specific gravity higher than that of liquid ammonia are separated into two layers due to a difference in specific gravity. A method is disclosed in which a reaction temperature is controlled in the reaction of a halogenated silane with liquid ammonia by supplying a mixed solution of the organic solvent and the organic solvent.

特許文献3には、−69〜−33.3℃の温度で液体アンモニアに対し反応場所の空間部よりハロゲン化珪素を滴下する反応方法を含む、珪素ジイミドの製造方法が開示されている。   Patent Document 3 discloses a method for producing silicon diimide, which includes a reaction method in which silicon halide is dropped from a space in a reaction site with respect to liquid ammonia at a temperature of −69 to −33.3 ° C.

特許文献4では、特許文献5に従って合成される有機アミノシランを、50〜300℃の温度で加圧下にアンモニアと反応させてシリコンジイミドを製造する方法が開示されている。   Patent Document 4 discloses a method of producing silicon diimide by reacting organic aminosilane synthesized according to Patent Document 5 with ammonia under pressure at a temperature of 50 to 300 ° C.

ハロゲン化シランと液体アンモニアとの反応では、目的物のシリコンジイミド、あるいは主としてシリコンジイミドからなる含窒素シラン化合物の他にハロゲン化アンモニウムが副生する。ハロゲン化アンモニウムは液体アンモニアに容易に溶解する一方、液体アンモニアと溶けあわないような低極性の有機溶媒には難溶である。従って、特許文献1及び2に記載の方法による反応混合物から、シリコンジイミド、あるいは主としてシリコンジイミドからなる含窒素シラン化合物をろ過分離したろ液は、反応に使用した液体アンモニア及び有機溶媒は、副生ハロゲン化アンモニウムが溶存した液体アンモニアと、有機溶媒との混合物として回収される。反応原料としての液体アンモニア及び有機溶媒の再利用は工業的実施の上で必須であるが、前記のような混合物から液体アンモニア及び有機溶媒を分離精製して再利用するためには、複雑かつ多段の工程が必要になるという問題がある。   In the reaction between a halogenated silane and liquid ammonia, ammonium halide is by-produced in addition to the target silicon diimide or a nitrogen-containing silane compound mainly composed of silicon diimide. Ammonium halide is easily dissolved in liquid ammonia, but is hardly soluble in a low-polar organic solvent that does not dissolve in liquid ammonia. Therefore, the filtrate obtained by filtering and separating the silicon diimide or the nitrogen-containing silane compound mainly composed of silicon diimide from the reaction mixture according to the methods described in Patent Documents 1 and 2 is liquid ammonia and organic solvent used as a by-product. It is recovered as a mixture of liquid ammonia in which ammonium halide is dissolved and an organic solvent. Reuse of liquid ammonia and organic solvent as a reaction raw material is indispensable in industrial implementation. However, in order to separate and purify liquid ammonia and organic solvent from the mixture as described above, it is complicated and multistage. There is a problem that this process is required.

例えば特許文献6には、液体アンモニアと、液体アンモニアと溶けあわずかつ比重が液体アンモニアより大きい有機溶媒とが、比重差により二層に分離している反応系の下部有機溶媒層中に、ハロゲン化シランと前記有機溶媒との混合溶液を供給することによって、ハロゲン化シランと液体アンモニアを反応させて含窒素シラン化合物を製造するに際し、反応液から含窒素シラン化合物を分離した後、有機溶媒、液体アンモニア及び副生するハロゲン化アンモニウムの混合溶液を薄膜蒸発器に供給してそれぞれを分離回収する工程において、混合溶液に対して2.3〜20.0容量%の水を添加する方法が開示されている。この方法によれば、蒸発器の塔頂からアンモニアが取り出され、缶液には有機溶媒、ハロゲン化アンモニウム及び水に少量のアンモニアが混入した混合物が回収される。次にこの混合物から有機溶媒を分離する必要があるが、これは静置分離のような方法でなし得ることが示唆されている。しかしながら、実際にハロゲン化シランと混合する溶媒として再利用するにあたっては、微量混入している水分などを除去するための更なる精製工程が必須である。こうして例示されるように、有機溶媒、液体アンモニア及び副生するハロゲン化アンモニウムの混合溶液からアンモニア及び有機溶媒をそれぞれ回収して再利用するためには複雑かつ多段の分離/精製工程が必要となる。   For example, Patent Document 6 discloses that in a lower organic solvent layer of a reaction system in which liquid ammonia and an organic solvent dissolved in liquid ammonia and having a specific gravity larger than liquid ammonia are separated into two layers due to a specific gravity difference, When a nitrogen-containing silane compound is produced by reacting a halogenated silane with liquid ammonia by supplying a mixed solution of the silane halide and the organic solvent, after separating the nitrogen-containing silane compound from the reaction solution, an organic solvent, Disclosed is a method of adding 2.3 to 20.0% by volume of water to a mixed solution in the step of supplying a mixed solution of liquid ammonia and by-product ammonium halide to a thin film evaporator and separating and recovering each. Has been. According to this method, ammonia is taken out from the top of the evaporator, and a mixture in which a small amount of ammonia is mixed into the organic solvent, ammonium halide and water is recovered in the can. Next, it is necessary to separate the organic solvent from the mixture, which has been suggested to be possible by methods such as static separation. However, when the solvent is actually reused as a solvent to be mixed with the halogenated silane, a further purification process for removing moisture mixed in a trace amount is essential. As illustrated in this way, a complicated and multi-stage separation / purification process is required to recover and reuse ammonia and organic solvent from a mixed solution of organic solvent, liquid ammonia, and by-product ammonium halide, respectively. .

前記の問題を回避するためには、有機溶媒を使用することなくハロゲン化シランと液体アンモニアとを直接反応させることが望まれる。また、目的の含窒素シラン化合物重量あたりの有機溶媒の使用量を削減することも、有機溶媒の回収精製設備の小型化につながり有益である。特許文献3で開示されている方法では、確かに有機溶媒は使用されないが、−69〜−33.3℃、好ましくは−65℃、という極端に低い温度を必要とする。このため、極低温の冷媒設備が必要とされ、工業的製法として著しく不経済であると言わざるを得ない。一方、液状のハロゲン化シランと液体アンモニアとの常温付近での反応については、例えば特許文献4に記述されているように、副生するハロゲン化アンモニウムが反応装置を閉塞し得ることが指摘されているのみであり、有機溶媒を用いることなく、ハロゲン化シランと液体アンモニアとを直接混合し反応させる具体的方法については開示も示唆もされていない状況である。   In order to avoid the above problem, it is desired to directly react a halogenated silane with liquid ammonia without using an organic solvent. In addition, reducing the amount of the organic solvent used per weight of the target nitrogen-containing silane compound is also beneficial in reducing the size of the organic solvent recovery and purification equipment. In the method disclosed in Patent Document 3, an organic solvent is certainly not used, but an extremely low temperature of −69 to −33.3 ° C., preferably −65 ° C. is required. For this reason, a cryogenic refrigerant facility is required, and it must be said that it is remarkably uneconomical as an industrial manufacturing method. On the other hand, with respect to the reaction between liquid halogenated silane and liquid ammonia near room temperature, it is pointed out that by-product ammonium halide can block the reaction apparatus, as described in Patent Document 4, for example. However, there is no disclosure or suggestion of a specific method of directly mixing and reacting a halogenated silane and liquid ammonia without using an organic solvent.

特許文献4の方法における原料の有機アミノシランは、例えば特許文献5に従い、メチルアミンと石油エーテルで希釈したSiClを−20℃以下の温度で反応させることなどによって別途製造する必要がある。また、特許文献4の方法で副生する有機アミンは、回収して有機アミノシラン合成に再利用することが、工業的見地から合理的である。従って特許文献4のシリコンジイミド製造法は、特許文献5に開示されているような有機アミノシラン合成法と組み合わせて実施される技術であるため、工程の多段化/複雑化が不可避であり、効率的とは言えない。 The raw material organic aminosilane in the method of Patent Document 4 needs to be separately produced by reacting SiCl 4 diluted with methylamine and petroleum ether at a temperature of −20 ° C. or lower, for example, according to Patent Document 5. Moreover, it is reasonable from an industrial viewpoint that the organic amine by-produced by the method of Patent Document 4 is recovered and reused for the synthesis of organic aminosilane. Therefore, since the silicon diimide production method of Patent Document 4 is a technique that is implemented in combination with the organic aminosilane synthesis method disclosed in Patent Document 5, it is inevitable that the process is multistage / complex. It can not be said.

特許文献1、2の方法に関する更なる問題点として、得られるシリコンジイミド、あるいは主としてシリコンジイミドからなる含窒素シラン化合物の見掛け密度が低いことも挙げられる。特許文献1で得られるシリコンジイミドの見掛け密度は高々0.062g/cm、特許文献2で得られる主としてシリコンジイミドからなる含窒素シラン化合物では高々0.090g/cmといずれも低く、改善の余地がある。このため、焼成工程の容積効率が低く経済的でないという問題が存在する。 Another problem associated with the methods of Patent Documents 1 and 2 is that the apparent density of the obtained silicon diimide or the nitrogen-containing silane compound mainly composed of silicon diimide is low. The apparent density of the silicon diimide obtained in Patent Document 1 is at most 0.062 g / cm 3 , and the nitrogen-containing silane compound mainly composed of silicon diimide obtained in Patent Document 2 is at most 0.090 g / cm 3 , which is low. There is room. For this reason, there exists a problem that the volumetric efficiency of a baking process is low and it is not economical.

イミド分解法では、得られたシリコンジイミド、あるいは主としてシリコンジイミドからなる含窒素シラン化合物を段階を経て焼成することにより窒化珪素粉末が製造される。特許文献1、2の方法によれば、シリコンジイミド、あるいは主としてシリコンジイミドからなる含窒素シラン化合物は、まず600〜1200℃の温度で仮焼され、非晶質窒化珪素粉末へと誘導される。このとき、シリコンジイミド、あるいは主としてシリコンジイミドからなる含窒素シラン化合物の見掛け密度が低いと、例えば焼成るつぼの単位容積あたりに充填できる重量が少なくなってしまうため、消費エネルギー当たりの生産量が少なく効率的でない。   In the imide decomposition method, silicon nitride powder is produced by firing the obtained silicon diimide or a nitrogen-containing silane compound mainly composed of silicon diimide through steps. According to the methods of Patent Documents 1 and 2, a nitrogen-containing silane compound composed of silicon diimide or mainly silicon diimide is first calcined at a temperature of 600 to 1200 ° C. to be induced into amorphous silicon nitride powder. At this time, if the apparent density of silicon diimide or a nitrogen-containing silane compound mainly composed of silicon diimide is low, for example, the weight that can be filled per unit volume of the fired crucible is reduced, so the production amount per consumed energy is small and the efficiency Not right.

一方特許文献7には、含窒素シラン化合物を加圧成型又は造粒することにより、ケイ素として0.1g/cm以上のかさ密度を有する成型体、粉体として焼成工程に供することを特徴とする窒化珪素粉末の製造方法が開示されている。シリコンジイミドの組成式をSi(NH)とすると、この方法は、シリコンジイミドの見掛け密度として0.2g/cm以上の成型体又は粉体を調製することに相当し、前記の焼成工程における容積効率を改良するためのひとつの手段としても捉えることができるが、その実施においては、シリコンジイミド、あるいは主としてシリコンジイミドからなる含窒素シラン化合物を加圧成型あるいは造粒するために追加的な工程と設備が必要になり、製造コストが高くなってしまうという問題がある。 On the other hand, Patent Document 7 is characterized in that a molded body having a bulk density of 0.1 g / cm 3 or more as silicon and subjected to a firing step as a powder by pressure molding or granulating a nitrogen-containing silane compound. A method for producing silicon nitride powder is disclosed. When the composition formula of silicon diimide is Si (NH) 2 , this method corresponds to the preparation of a molded body or powder having an apparent density of silicon diimide of 0.2 g / cm 3 or more. It can also be regarded as a means for improving volumetric efficiency, but in its implementation, additional steps are required to pressure mold or granulate silicon diimide or a nitrogen-containing silane compound mainly composed of silicon diimide. There is a problem that the equipment becomes necessary and the manufacturing cost becomes high.

特許第3475614号公報Japanese Patent No. 3475614 特許第3550919号公報Japanese Patent No. 3550919 特開昭62−223008号公報JP 62-223008 A 特開平4−265211号公報JP-A-4-265211 特開平5−59186号公報JP-A-5-59186 特開平7−223811号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-223811 特公昭61−11886号公報Japanese Patent Publication No. 61-11886

本発明は上記のような従来技術の問題点に鑑みなされたものである。すなわち、ハロゲン化シランと液体アンモニアの反応による含窒素シラン化合物の製造において、有機溶媒の回収工程を不要とするか又は小型化するとともに、見掛け密度の高い含窒素シラン化合物を提供し、加圧成型などの追加的な工程を経ることなく、窒化珪素の製造工程の生産性を高めることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems of the prior art. That is, in the production of a nitrogen-containing silane compound by the reaction of a halogenated silane and liquid ammonia, the organic solvent recovery step is unnecessary or downsized, and a nitrogen-containing silane compound having a high apparent density is provided, and pressure molding is performed. It aims at improving the productivity of the manufacturing process of silicon nitride, without passing through additional processes, such as these.

上記目的を達成するためハロゲン化シランと液体アンモニアとの反応について鋭意検討した結果、ハロゲン化シランと液体アンモニアとを混合して反応させるに際し、ハロゲン化シランを供給する配管の吐出口を液体アンモニア中に設置してハロゲン化シランを液体アンモニア中に吐出することによって、ハロゲン化シランを無溶媒あるいはハロゲン化シラン濃度が50vol%以上の不活性有機溶媒の溶液として供給でき、有機溶媒の使用量をゼロか又は大幅に削減できることを見出した。併せて、驚くべきことに、このような条件下で反応させた後、液体アンモニアで洗浄し、乾燥して得られる含窒素シラン化合物粉末の見掛け密度が、従来に比べ大幅に高くなることを見出し、本発明に到達した。   As a result of intensive studies on the reaction between halogenated silane and liquid ammonia in order to achieve the above object, when the halogenated silane and liquid ammonia are mixed and reacted, the discharge port of the piping for supplying the halogenated silane is placed in liquid ammonia. The halogenated silane can be supplied as a non-solvent or a solution of an inert organic solvent having a halogenated silane concentration of 50 vol% or more by discharging the halogenated silane into liquid ammonia by installing it in the liquid ammonia. Or found that it can be significantly reduced. In addition, surprisingly, it was found that the apparent density of the nitrogen-containing silane compound powder obtained by reacting under such conditions, washing with liquid ammonia, and drying is significantly higher than before. The present invention has been reached.

即ち、本発明は、ハロゲン化シラン化合物と液体アンモニアを反応させ、液体アンモニアで洗浄し、乾燥させて得られる、含窒素シラン化合物粉末であり、前記乾燥後の見掛け密度が0.10〜0.30g/cmであることを特徴とする、含窒素シラン化合物粉末に関する。 That is, the present invention is a nitrogen-containing silane compound powder obtained by reacting a halogenated silane compound with liquid ammonia, washing with liquid ammonia, and drying, and having an apparent density after drying of 0.10 to 0.00. The present invention relates to a nitrogen-containing silane compound powder characterized by being 30 g / cm 3 .

また、本発明は、前記乾燥後の見掛け密度が0.12〜0.25g/cmであることを特徴とする上記の含窒素シラン化合物粉末に関する。 The present invention also relates to the above nitrogen-containing silane compound powder, wherein the apparent density after drying is 0.12 to 0.25 g / cm 3 .

また本発明は、炭素含有量が0.03wt%未満であることを特徴とする前記含窒素シラン化合物粉末に関する。   The present invention also relates to the nitrogen-containing silane compound powder, wherein the carbon content is less than 0.03 wt%.

さらに、本発明は、ハロゲン化シラン化合物を液体アンモニアと混合して反応させるに際し、ハロゲン化シラン化合物を無溶媒かあるいはハロゲン化シラン化合物濃度が50vol%以上の不活性有機溶媒の溶液として液体アンモニア中に供給口から吐出させて供給することを特徴とする、含窒素シラン化合物粉末の製造方法に関する。   Furthermore, the present invention is directed to mixing halogenated silane compounds with liquid ammonia and reacting them in liquid ammonia as a solution of halogenated silane compounds without solvent or in an inert organic solvent having a halogenated silane compound concentration of 50 vol% or more. The present invention relates to a method for producing a nitrogen-containing silane compound powder, which is supplied by being discharged from a supply port.

また、本発明は、ハロゲン化シラン化合物を無溶媒かあるいはハロゲン化シラン化合物濃度が50vol%以上の不活性有機溶媒の溶液として液体アンモニア中に供給するに際し、その吐出線速度を5cm/sec以上とすることを特徴とする前記含窒素シラン化合物粉末の製造方法に関する。   Further, in the present invention, when the halogenated silane compound is supplied into liquid ammonia as a solution of an inert organic solvent having no solvent or a halogenated silane compound concentration of 50 vol% or more, the discharge linear velocity is set to 5 cm / sec or more. The present invention relates to a method for producing the nitrogen-containing silane compound powder.

また、本発明は、反応温度が−10〜40℃の範囲内、反応圧力が0.3〜1.6MPa(絶対圧)の範囲内であることを特徴とする前記含窒素シラン化合物粉末の製造方法に関する。   The present invention also provides the production of the nitrogen-containing silane compound powder, wherein the reaction temperature is in the range of −10 to 40 ° C. and the reaction pressure is in the range of 0.3 to 1.6 MPa (absolute pressure). Regarding the method.

本発明の含窒素シラン化合物粉末は、製造後の見掛け密度が飛躍的に増加しているため、加圧成型などの追加的な工程を経由することなく、焼成工程における容積効率を大幅に改善することができ、窒化珪素粉末製造の生産性を向上させることができる。例えば、下記式1に従って算出されるrを用いると、従来の加圧成型工程を経由しない含窒素シラン化合物に比べ、同じ容積の焼成るつぼであればr倍の重量での充填が可能になり、また、同じ重量で焼成を行う場合には1/rの容積にまでるつぼの小型化が可能になる。   Since the apparent density after production of the nitrogen-containing silane compound powder of the present invention has dramatically increased, the volumetric efficiency in the firing step is greatly improved without going through additional steps such as pressure molding. It is possible to improve the productivity of silicon nitride powder production. For example, when r calculated according to the following formula 1 is used, compared with a nitrogen-containing silane compound that does not go through a conventional pressure molding process, if it is a fired crucible of the same volume, filling with r times the weight is possible, Further, when firing with the same weight, the crucible can be downsized to a volume of 1 / r.

r=本発明の含窒素シラン化合物粉末の見掛け密度/加圧成型工程を経由しない従来の含窒素シラン化合物粉末の見掛け密度 ・・・(式1)   r = apparent density of the nitrogen-containing silane compound powder of the present invention / apparent density of the conventional nitrogen-containing silane compound powder not passing through the pressure molding step (Formula 1)

また、本発明の含窒素シラン化合物粉末の製造方法では、上記のような優れた含窒素シラン化合物粉末を得ることができるとともに、有機溶媒を使用しない、あるいは使用量を低減した条件下でハロゲン化シランと液体アンモニアとの反応を実施できる。このため、炭素含有量が低いという特徴を有し、更に有機溶媒の回収工程を不要とするか又は小型化することができる。   In addition, in the method for producing a nitrogen-containing silane compound powder of the present invention, the above-described excellent nitrogen-containing silane compound powder can be obtained, and halogenation is performed under conditions where no organic solvent is used or the amount used is reduced. The reaction of silane and liquid ammonia can be carried out. For this reason, it has the characteristics that carbon content is low, Furthermore, the collection | recovery process of an organic solvent is unnecessary, or it can reduce in size.

本発明の製造方法において用いる反応装置の一つの実施形態を示す模式図The schematic diagram which shows one embodiment of the reactor used in the manufacturing method of this invention

以下、本発明について詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail.

本発明は、ハロゲン化シラン化合物と液体アンモニアを反応させ、液体アンモニアで洗浄し、乾燥させて得られる、含窒素シラン化合物粉末であって、前記乾燥後の見掛け密度が0.10〜0.30g/cmであることを特徴とする、含窒素シラン化合物粉末の製造に関するものである。本発明の含窒素シラン化合物粉末は、ハロゲン化シランと液体アンモニアとの反応に際し、ハロゲン化シランを無溶媒かあるいは少量の有機溶媒で希釈した溶液として供給することにより合成することができる。 The present invention is a nitrogen-containing silane compound powder obtained by reacting a halogenated silane compound with liquid ammonia, washing with liquid ammonia and drying, and having an apparent density of 0.10 to 0.30 g after drying. The present invention relates to the production of a nitrogen-containing silane compound powder characterized by being / cm 3 . The nitrogen-containing silane compound powder of the present invention can be synthesized by supplying a halogenated silane in the absence of a solvent or as a solution diluted with a small amount of an organic solvent in the reaction of a halogenated silane with liquid ammonia.

本発明の含窒素シラン化合物は、ケイ素に結合したイミノ基又はアミノ基を有する化合物であり、下記化学式に示す組成を有する。   The nitrogen-containing silane compound of the present invention is a compound having an imino group or amino group bonded to silicon, and has a composition represented by the following chemical formula.

Si(NH
(式中、xは1又は2であり、yは2〜4である)
Si (NH x ) y
(Wherein x is 1 or 2 and y is 2 to 4)

本発明で使用するハロゲン化シランとしては、SiF、HSiF、HSiF、HSiF SiF、HSiF等の弗化シラン、SiCl、HSiCl、HSiCl、HSiCl等の塩化シラン、SiBr、HSiBr、HSiBr、HSiBr等の臭化シラン、SiI、HSiI、HSiI、HSiI等のヨウ化シランを使用することができる。また、RSiX、RSiX、RSiX(Rはアルキル又はアルコキシ基、Xはハロゲン)等のハロゲン化シランも使用することができる。 Examples of the halogenated silane used in the present invention include fluorinated silanes such as SiF 4 , H 2 SiF 6 , HSiF 3 , H 3 SiF 5 , H 3 SiF and H 5 SiF 3 , SiCl 4 , HSiCl 3 and H 2 SiCl. 2, H 3 silane chloride such as SiCl, SiBr 4, HSiBr 3, H 2 SiBr 2, H 3 bromide silane such as SiBr, the SiI 4, HSiI 3, H 2 SiI 2, H 3 iodide silane such as SiI Can be used. Further, RSiX 3, R 2 SiX 2 , R 3 SiX (R is an alkyl or alkoxy group, X is a halogen) can also be used halogenated silane such.

本反応の実施において、ハロゲン化シランは無溶媒あるいは少量の有機溶媒で希釈した溶液として供給することができる。ハロゲン化シランを無溶媒で供給した場合には、生成した含窒素シラン化合物粉末を反応スラリーからろ別して得られるろ液は、液体アンモニア及びこれに溶解したハロゲン化アンモニウムの二成分のみで構成される。このため、有機溶媒で希釈して供給する場合に比べ、液体アンモニアの回収/再利用がより簡便な工程で実施できるという利点が付加される。   In carrying out this reaction, the halogenated silane can be supplied without solvent or as a solution diluted with a small amount of an organic solvent. When the halogenated silane is supplied without a solvent, the filtrate obtained by filtering the produced nitrogen-containing silane compound powder from the reaction slurry is composed of only two components, liquid ammonia and ammonium halide dissolved in the ammonia. . For this reason, compared with the case where it supplies by diluting with an organic solvent, the advantage that collection | recovery / reuse of liquid ammonia can be implemented by a simpler process is added.

ハロゲン化シランの希釈に使用する有機溶媒は、ハロゲン化シランを溶解し、ハロゲン化シランや液体アンモニアと反応しないものの中から適宜選択して使用することができる。例えば、n−ペンタン、n−ヘキサン、n−ヘプタン、n−オクタンなどのような炭素数5〜12の鎖状の脂肪族炭化水素、シクロヘキサンやシクロオクタンのような環状の脂肪族炭化水素、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素などを挙げることが出来る。
有機溶媒とハロゲン化シランとの混合溶液における好ましいハロゲン化シラン濃度は、50vol%以上、より好ましくは66vol%以上である。50vol%未満の濃度では、生成する含窒素シラン化合物粉末について見掛け密度の充分な増加が得られない。
The organic solvent used for diluting the halogenated silane can be appropriately selected from those which dissolve the halogenated silane and do not react with the halogenated silane or liquid ammonia. For example, C5-C12 chain aliphatic hydrocarbons such as n-pentane, n-hexane, n-heptane, n-octane, cyclic aliphatic hydrocarbons such as cyclohexane and cyclooctane, toluene And aromatic hydrocarbons such as xylene.
The preferable halogenated silane concentration in the mixed solution of the organic solvent and the halogenated silane is 50 vol% or more, more preferably 66 vol% or more. If the concentration is less than 50 vol%, a sufficient increase in apparent density cannot be obtained for the produced nitrogen-containing silane compound powder.

本発明の実施において、ハロゲン化シランを無溶媒あるいは少量の有機溶媒で希釈した溶液として供給する際の吐出口は反応器内の液体アンモニア中に設置される。このときの供給口からの吐出線速度は5cm/sec以上に保つことが好ましい。線速度が充分でないと、吐出口から供給配管内部に向けて、微量のアンモニアが拡散によって侵入しやすくなる。この結果、吐出口近傍での窒素シラン化合物の生成や副生のハロゲン化アンモニウムの析出などによる供給配管の閉塞が起こりやすくなり、実用的でない。供給口からの吐出線速度は8cm/sec以上に保つことがより好ましい。   In the practice of the present invention, the outlet for supplying the halogenated silane as a solution without solvent or diluted with a small amount of organic solvent is installed in the liquid ammonia in the reactor. At this time, the discharge linear velocity from the supply port is preferably maintained at 5 cm / sec or more. If the linear velocity is not sufficient, a small amount of ammonia tends to enter from the discharge port into the supply pipe by diffusion. As a result, the supply pipe is likely to be clogged due to the formation of a nitrogen silane compound in the vicinity of the discharge port or the precipitation of by-product ammonium halide, which is not practical. More preferably, the discharge linear velocity from the supply port is maintained at 8 cm / sec or more.

本発明の実施において、ハロゲン化シランを無溶媒あるいは少量の有機溶媒で希釈した溶液として供給する際の供給ポンプの吐出圧力は、充分な圧力差を出せるようにしておくことが好ましい。例えば、反応器の圧力に対し5.9MPa以上、さらに好ましくは、7.8MPa以上の圧力差を出せる装置の能力を有することが望まれる。圧力差が充分でないと、所望の吐出線速度を確保することができなくなる可能性がある。前記の装置能力を有することにより、従来指摘されていた、副生ハロゲン化アンモニウムがヒューム状の形態で反応器内に飛散し析出することや、ハロゲン化シラン供給配管そのものの閉塞を回避することができる。   In the practice of the present invention, it is preferable that the discharge pressure of the supply pump when supplying the halogenated silane as a solution without solvent or diluted with a small amount of an organic solvent is such that a sufficient pressure difference can be produced. For example, it is desirable to have the capability of an apparatus capable of producing a pressure difference of 5.9 MPa or more, more preferably 7.8 MPa or more with respect to the pressure of the reactor. If the pressure difference is not sufficient, there is a possibility that a desired discharge linear velocity cannot be secured. By having the above-mentioned apparatus capability, it has been conventionally pointed out that by-product ammonium halide is scattered and deposited in the reactor in the form of a fume, and blockage of the halogenated silane supply pipe itself can be avoided. it can.

本発明の実施において、反応器におけるハロゲン化シランと液体アンモニアの混合比率は、ハロゲン化シラン体積/液体アンモニア体積=0.01〜0.1であることが好ましい。反応を実施する形式に特に制限はなく、バッチ式でも連続式でも良い。前記の混合比率は、反応をバッチ式で実施する場合には、1バッチあたりに反応器へ供給したハロゲン化シラン及び液体アンモニアの合計量の比率を指し、連続式の場合には、定常運転状態におけるハロゲン化シラン及び液体アンモニアの体積流量の比率を指す。混合比率が0.1より大きくなると、反応スラリーの粘度が高くなり過ぎ、反応器内における攪拌混合が困難になる恐れがある。混合比率が小さすぎると反応器あたりの生産性が低くなり好ましくない。   In the practice of the present invention, the mixing ratio of the halogenated silane and liquid ammonia in the reactor is preferably halogenated silane volume / liquid ammonia volume = 0.01 to 0.1. There is no restriction | limiting in particular in the format which implements reaction, A batch type or a continuous type may be sufficient. The above mixing ratio refers to the ratio of the total amount of halogenated silane and liquid ammonia supplied to the reactor per batch when the reaction is carried out in a batch mode. Refers to the ratio of the volume flow rate of the halogenated silane and liquid ammonia. If the mixing ratio is greater than 0.1, the viscosity of the reaction slurry becomes too high, and stirring and mixing in the reactor may become difficult. When the mixing ratio is too small, productivity per reactor is lowered, which is not preferable.

本反応を実施する反応温度に特別な制限はなく、設備仕様に応じて低温から常温の範囲で選択することができるが、反応温度を高くすると液体アンモニアの蒸気圧が高まり反応器の圧力仕様を高くする必要が生じる。一方、反応温度が低過ぎると冷却設備に過大な負荷がかかってしまう。好適な反応温度範囲は−10〜40℃、より好ましくは0〜30℃である。   There is no particular restriction on the reaction temperature at which this reaction is carried out, and it can be selected in the range from low temperature to room temperature depending on the equipment specifications.However, if the reaction temperature is increased, the vapor pressure of liquid ammonia increases and the pressure specifications of the reactor are reduced. Need to be high. On the other hand, if the reaction temperature is too low, an excessive load is applied to the cooling facility. A suitable reaction temperature range is −10 to 40 ° C., more preferably 0 to 30 ° C.

本反応を実施する際の圧力は、反応スラリーの大部分を占める液体アンモニアの蒸気圧によって実質的に規定される。反応スラリー中の液体アンモニアの蒸気圧は反応温度に依存するため、反応を実施する圧力は反応温度に対応した値となる。圧力の好適な範囲は0.3〜1.6MPa、より好ましくは0.4〜1.6MPaである(絶対圧)。このように設定された圧力条件下では、液体アンモニアは沸点近傍の温度で存在しており、含窒素シラン化合物を合成する際に発生する大きな反応熱は、近傍に存在するアンモニアが蒸発することによって吸収することができる。   The pressure at which this reaction is carried out is substantially defined by the vapor pressure of liquid ammonia that occupies most of the reaction slurry. Since the vapor pressure of liquid ammonia in the reaction slurry depends on the reaction temperature, the pressure at which the reaction is performed is a value corresponding to the reaction temperature. A suitable range of pressure is 0.3 to 1.6 MPa, more preferably 0.4 to 1.6 MPa (absolute pressure). Under the pressure conditions set in this way, liquid ammonia exists at a temperature near the boiling point, and the large reaction heat generated when synthesizing the nitrogen-containing silane compound is caused by evaporation of ammonia present in the vicinity. Can be absorbed.

本発明で生成する含窒素シラン化合物は、上記の如く、製造後の見掛け密度が0.10〜0.30g/cmであることを特徴とするが、そのほか、限定するわけではないが、一般的に、真密度は1.4〜1.9g/cm、より好ましくは1.5〜1.7g/cm、比表面積は700〜1100m/g、より好ましくは800〜1000m/gにすることが望ましい。 As described above, the nitrogen-containing silane compound produced in the present invention is characterized by an apparent density after production of 0.10 to 0.30 g / cm 3 , but is not limited thereto. In particular, the true density is 1.4 to 1.9 g / cm 3 , more preferably 1.5 to 1.7 g / cm 3 , and the specific surface area is 700 to 1100 m 2 / g, more preferably 800 to 1000 m 2 / g. It is desirable to make it.

また、本発明で生成する含窒素シラン化合物は、ハロゲン化シランと液体アンモニアを原料とすることから基本的には酸素や金属不純物は混入し得ない。しかしながら、実際には、装置表面に付着したり液体アンモニア中に含有される微量水分や製造装置を構成する金属材質などが、それぞれ、酸素源及び金属不純物源となるため、限定するわけではないが、一般的に、酸素含有量2wt%以下、金属含有量0.01wt%以下であることが望ましい。   Moreover, since the nitrogen-containing silane compound produced | generated by this invention uses a halogenated silane and liquid ammonia as a raw material, oxygen and a metal impurity cannot be mixed fundamentally. However, in practice, a small amount of water adhering to the surface of the apparatus or contained in liquid ammonia or a metal material constituting the manufacturing apparatus becomes an oxygen source and a metal impurity source, respectively. Generally, it is desirable that the oxygen content is 2 wt% or less and the metal content is 0.01 wt% or less.

本発明で生成する含窒素シラン化合物の炭素含有量は0.03wt%以下であることが可能である。液体アンモニアとの反応に際しハロゲン化シランは無溶媒あるいは少量の有機溶媒で希釈した溶液として供給されるが、無溶媒で供給された場合、生成物は実質的に炭素を含まない。したがって、生成する含窒素シラン化合物の炭素含有量を0.01wt%以下、さらには0.001wt%以下にすることは容易である。また、有機溶媒で希釈して供給された場合も、その使用量が少ないため、生成物中の炭素含有量はこのため、生成する含窒素シラン化合物の炭素含有量は0.03wt%未満であることが可能である。   The nitrogen content of the nitrogen-containing silane compound produced in the present invention can be 0.03 wt% or less. In the reaction with liquid ammonia, the halogenated silane is supplied as a solution with no solvent or diluted with a small amount of an organic solvent, but when supplied without a solvent, the product is substantially free of carbon. Therefore, it is easy to make the carbon content of the produced nitrogen-containing silane compound 0.01 wt% or less, further 0.001 wt% or less. In addition, even when supplied diluted with an organic solvent, the amount of carbon used in the product is small, and therefore the carbon content of the nitrogen-containing silane compound produced is less than 0.03 wt%. It is possible.

以下に実施例及び比較例を示し、本発明を更に具体的に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples.

<実施例1>
反応には攪拌装置およびコンデンサーを備えた内容積約2Lのジャケット付きSUS製耐圧反応器を使用した。反応器内を窒素ガスで置換した後、液体アンモニアを1L仕込んだ。次に、攪拌翼を400rpmで回転させながら、50mLのSiClを有機溶媒で希釈することなくポンプにより供給し、バッチ式での反応を行った。SiClの供給には液体アンモニア中に設置された内径0.8mmのSUS製ノズルを用いた。ポンプの吐出圧力上限を6.9MPa(ゲージ圧)、流速を2.5mL/分として50mL全量のSiClを供給した。SiCl供給中の反応混合物の温度は18〜20℃、反応器内の圧力は0.7〜0.8MPa(ゲージ圧)であり、供給配管の圧力は最大で5.7MPa(ゲージ圧)に達した。
<Example 1>
For the reaction, a SUS pressure-resistant reactor with an internal volume of about 2 L equipped with a stirrer and a condenser was used. After replacing the inside of the reactor with nitrogen gas, 1 L of liquid ammonia was charged. Next, while rotating the stirring blade at 400 rpm, 50 mL of SiCl 4 was supplied by a pump without being diluted with an organic solvent, and a batch-type reaction was performed. For the supply of SiCl 4 , a SUS nozzle having an inner diameter of 0.8 mm installed in liquid ammonia was used. The upper limit of the pump discharge pressure was 6.9 MPa (gauge pressure), the flow rate was 2.5 mL / min, and 50 mL of the total amount of SiCl 4 was supplied. The temperature of the reaction mixture during the supply of SiCl 4 is 18 to 20 ° C., the pressure in the reactor is 0.7 to 0.8 MPa (gauge pressure), and the pressure of the supply pipe is 5.7 MPa (gauge pressure) at the maximum. Reached.

反応終了後、生成したスラリーを攪拌装置と焼結金属フィルターを備えた内容積約2Lのジャケット付きSUS製耐圧容器(ヌッチェ式)に移し、ろ過を行った。得られた湿潤のケーキを更に約1Lの液体アンモニアにてバッチ洗浄した後ろ過した。この洗浄/ろ過操作を合計7回繰り返した。   After completion of the reaction, the produced slurry was transferred to a SUS pressure-resistant vessel (Nutsche type) with a jacket having an internal volume of about 2 L equipped with a stirrer and a sintered metal filter, and filtered. The resulting wet cake was further batch washed with about 1 L of liquid ammonia and then filtered. This washing / filtration operation was repeated a total of 7 times.

こうして得られた湿潤ケーキを乾燥して、含窒素シラン化合物粉末を得た。乾燥操作においては、ろ過槽のジャケットに90℃の熱水を流通させて加熱し、適宜内圧を開放しながら槽内の圧力を0.6MPa(ゲージ圧)に保ち、槽内温度が60℃に到達したところを終点とした。   The wet cake thus obtained was dried to obtain a nitrogen-containing silane compound powder. In the drying operation, hot water of 90 ° C. is circulated through the jacket of the filtration tank and heated, the pressure in the tank is kept at 0.6 MPa (gauge pressure) while appropriately releasing the internal pressure, and the temperature in the tank is 60 ° C. The end point was reached.

次にろ過槽を大型のグローブボックスに搬入し、一晩かけて窒素ガスを流通させることにより内部の酸素や水分を充分に追い出した。その後グローブボックス内でろ過槽を開放し、生成した含窒素シラン化合物粉末を取り出した。反応は定量的に進行しており、取得量は26.0gであった。   Next, the filtration tank was carried into a large glove box, and nitrogen gas was circulated overnight to sufficiently expel the internal oxygen and moisture. Thereafter, the filtration tank was opened in the glove box, and the produced nitrogen-containing silane compound powder was taken out. The reaction proceeded quantitatively, and the obtained amount was 26.0 g.

<実施例2>
反応の際に仕込む液体アンモニア量を1.5Lに変更したほかは実施例1と同様の操作により反応及びろ過、洗浄、乾燥の操作を行った。SiCl供給中の反応混合物の温度は18〜21℃、反応器内の圧力は0.7〜0.8MPa(ゲージ圧)であり、供給配管の圧力は最大で5.3MPa(ゲージ圧)に達した。含窒素シラン化合物粉末の取得量は25.7gであった。
<Example 2>
The reaction, filtration, washing, and drying operations were performed in the same manner as in Example 1 except that the amount of liquid ammonia charged in the reaction was changed to 1.5 L. The temperature of the reaction mixture during supply of SiCl 4 is 18 to 21 ° C., the pressure in the reactor is 0.7 to 0.8 MPa (gauge pressure), and the pressure of the supply pipe is 5.3 MPa (gauge pressure) at the maximum. Reached. The acquisition amount of the nitrogen-containing silane compound powder was 25.7 g.

<実施例3>
反応の際に仕込む液体アンモニア量を0.7Lに変更したほかは実施例1と同様の操作により反応及びろ過、洗浄、乾燥の操作を行った。SiCl供給中の反応混合物の温度は17〜21℃、反応器内の圧力は0.7〜0.8MPa(ゲージ圧)であり、供給配管の圧力は最大で6.3MPa(ゲージ圧)に達した。含窒素シラン化合物粉末の取得量は24.3gであった。
<Example 3>
The reaction, filtration, washing, and drying operations were performed in the same manner as in Example 1 except that the amount of liquid ammonia charged in the reaction was changed to 0.7 L. The temperature of the reaction mixture during the supply of SiCl 4 is 17 to 21 ° C., the pressure in the reactor is 0.7 to 0.8 MPa (gauge pressure), and the pressure of the supply pipe is 6.3 MPa (gauge pressure) at the maximum. Reached. The acquisition amount of the nitrogen-containing silane compound powder was 24.3 g.

<実施例4>
SiCl の供給配管を内径0.5mmのSUS製ノズルに変えたほかは実施例1と同様の操作により反応及びろ過、洗浄、乾燥の操作を行った。SiCl供給中の反応混合物の温度は20〜24℃、反応器内の圧力は0.8〜0.9MPa(ゲージ圧)であり、供給配管の圧力は最大で6.5MPa(ゲージ圧)に達した。含窒素シラン化合物粉末の取得量は25.3gであった。
<Example 4>
The reaction, filtration, washing, and drying operations were performed in the same manner as in Example 1 except that the SiCl 4 supply pipe was changed to a 0.5 mm inner diameter SUS nozzle. The temperature of the reaction mixture during the supply of SiCl 4 is 20 to 24 ° C., the pressure in the reactor is 0.8 to 0.9 MPa (gauge pressure), and the pressure of the supply pipe is 6.5 MPa (gauge pressure) at the maximum. Reached. The acquisition amount of the nitrogen-containing silane compound powder was 25.3 g.

<実施例5>
反応温度を低温で制御したほかは実施例1と同様の操作により反応及びろ過、洗浄、乾燥の操作を行った。SiCl供給中の反応混合物の温度は7〜11℃、反応器内の圧力は0.4〜0.6MPa(ゲージ圧)であり、供給配管の圧力は最大で5.4MPa(ゲージ圧)に達した。含窒素シラン化合物粉末の取得量は25.6gであった。
<Example 5>
The reaction, filtration, washing, and drying operations were performed in the same manner as in Example 1 except that the reaction temperature was controlled at a low temperature. The temperature of the reaction mixture during the supply of SiCl 4 is 7 to 11 ° C., the pressure in the reactor is 0.4 to 0.6 MPa (gauge pressure), and the pressure of the supply pipe is 5.4 MPa (gauge pressure) at the maximum. Reached. The acquisition amount of the nitrogen-containing silane compound powder was 25.6 g.

<実施例6>
反応温度を少し高めて制御したほかは実施例1と同様の操作により反応及びろ過、洗浄、乾燥の操作を行った。SiCl供給中の反応混合物の温度は28〜31℃、反応器内の圧力は1.0〜1.1MPa(ゲージ圧)であり、供給配管の圧力は最大で6.1MPa(ゲージ圧)に達した。含窒素シラン化合物粉末の取得量は25.0gであった。
<Example 6>
The reaction, filtration, washing, and drying operations were performed in the same manner as in Example 1 except that the reaction temperature was controlled to be slightly higher. The temperature of the reaction mixture during supply of SiCl 4 is 28 to 31 ° C., the pressure in the reactor is 1.0 to 1.1 MPa (gauge pressure), and the pressure of the supply pipe is up to 6.1 MPa (gauge pressure). Reached. The acquisition amount of the nitrogen-containing silane compound powder was 25.0 g.

参考例7>
SiClの供給において、SiCl50mLとトルエン25mLを混合した均一液を別途調製し、これを3.8mL/分の流速で供給したほかは実施例1と同様の操作により反応及びろ過、洗浄、乾燥の操作を行った。混合溶液供給中の反応混合物の温度は19〜22℃、反応器内の圧力は0.7〜0.8MPa(ゲージ圧)であり、供給配管の圧力は最大で5.4MPa(ゲージ圧)に達した。含窒素シラン化合物粉末の取得量は25.6gであった。
< Reference Example 7>
In the supply of SiCl 4, SiCl 4 50 mL of toluene 25mL separately to prepare a homogeneous solution obtained by mixing, reaction and filtration in the same manner this with 3.8 mL / min except that at a flow rate Example 1, washed, Drying operation was performed. The temperature of the reaction mixture during the supply of the mixed solution is 19 to 22 ° C., the pressure in the reactor is 0.7 to 0.8 MPa (gauge pressure), and the pressure of the supply pipe is 5.4 MPa (gauge pressure) at the maximum. Reached. The acquisition amount of the nitrogen-containing silane compound powder was 25.6 g.

参考例8>
SiClの供給において、SiCl50mLとトルエン50mLを混合した均一液を別途調製し、これを5.0mL/分の流速で供給したほかは実施例1と同様の操作により反応及びろ過、洗浄、乾燥の操作を行った。混合溶液供給中の反応混合物の温度は17〜20℃、反応器内の圧力は0.7〜0.8MPa(ゲージ圧)であり、供給配管の圧力は最大で4.9MPa(ゲージ圧)に達した。含窒素シラン化合物粉末の取得量は25.5gであった。
< Reference Example 8>
In the supply of SiCl 4, SiCl 4 50mL and mixed homogeneous liquid and the toluene 50mL separately prepared, the reaction and filtration in the same manner this Example 1 except that supplied at a flow rate of 5.0 mL / min, washed, Drying operation was performed. The temperature of the reaction mixture during the supply of the mixed solution is 17 to 20 ° C., the pressure in the reactor is 0.7 to 0.8 MPa (gauge pressure), and the pressure of the supply pipe is 4.9 MPa (gauge pressure) at the maximum. Reached. The acquisition amount of the nitrogen-containing silane compound powder was 25.5 g.

<比較例1>
SiClの供給において、SiCl50mLとトルエン100mLを混合した均一液を別途調製し、これを7.5mL/分の流速で供給したほかは実施例1と同様の操作により反応及びろ過、洗浄、乾燥の操作を行った。混合溶液供給中の反応混合物の温度は18〜20℃、反応器内の圧力は0.7〜0.8MPa(ゲージ圧)であり、供給配管の圧力は最大で2.4MPa(ゲージ圧)に達した。含窒素シラン化合物粉末の取得量は25.6gであった。
<Comparative Example 1>
In the supply of SiCl 4, SiCl 4 50 mL of toluene 100mL separately to prepare a homogeneous solution obtained by mixing, reaction and filtration in the same manner this with 7.5 mL / min except that at a flow rate Example 1, washed, Drying operation was performed. The temperature of the reaction mixture during the supply of the mixed solution is 18 to 20 ° C., the pressure in the reactor is 0.7 to 0.8 MPa (gauge pressure), and the pressure of the supply pipe is 2.4 MPa (gauge pressure) at the maximum. Reached. The acquisition amount of the nitrogen-containing silane compound powder was 25.6 g.

実施例1〜6、参考例7〜8、比較例1の反応条件などを表1にまとめた。なお、表1のSiCl供給圧力の項における差圧とは式2に従って算出したものであり、本発明を実施する際にSiClの供給に使用するポンプにおいて確保すべき吐出圧力の目安となるものである。また、取得量あたりトルエン量とは式3から求めたものであり、製造量同一の条件で回収すべきトルエン量の目安となるものである。 Table 1 summarizes the reaction conditions of Examples 1 to 6, Reference Examples 7 to 8, and Comparative Example 1. The differential pressure in the term of SiCl 4 supply pressure in Table 1 is calculated according to Equation 2, and is a measure of the discharge pressure to be secured in the pump used for supplying SiCl 4 when the present invention is carried out. Is. Further, the amount of toluene per acquisition amount is obtained from Equation 3, and is a measure of the amount of toluene that should be recovered under the same production amount.

差圧(Pa)=SiCl供給圧力の最大値(ゲージ圧)−反応圧力の最小値(ゲージ圧) ・・・(式2) Differential pressure (Pa) = SiCl 4 Maximum supply pressure (gauge pressure) −Minimum reaction pressure (gauge pressure) (Equation 2)

取得量あたりトルエン量(mL/g)=反応工程で使用したトルエン量(mL)/取得した含窒素シラン化合物粉末重量(g) ・・・(式3)   Toluene amount per acquisition amount (mL / g) = Toluene amount used in reaction step (mL) / Acquired nitrogen-containing silane compound powder weight (g) (Formula 3)

Figure 0005589294
Figure 0005589294

実施例1〜6、参考例7〜8、比較例1で得られた、主としてシリコンジイミドからなる含窒素シラン化合物粉末の分析結果を表2にまとめた。見掛け密度はJIS K5101に準じて測定した。比表面積は島津フローソーブII2300型を使用し、BET一点法により求めた。Cl含有量は生成物粉末を加水分解させてCl分を液相に溶出させ、イオンクロマトグラフィーによる定量分析を行った。生成物粉末に含有されるトルエンはn−ヘキサンによって抽出した後、ガスクロマトグラフィー分析によりその含有濃度を測定した。炭素含有量はLECO社製WR−12型炭素分析装置を使用して、燃焼−熱伝導度法により測定した。 The analysis results of the nitrogen-containing silane compound powders mainly composed of silicon diimide obtained in Examples 1 to 6, Reference Examples 7 to 8, and Comparative Example 1 are summarized in Table 2. The apparent density was measured according to JIS K5101. The specific surface area was determined by the BET single point method using Shimadzu Flowsorb II type 2300. The Cl content was obtained by hydrolyzing the product powder and eluting the Cl component into the liquid phase, followed by quantitative analysis by ion chromatography. Toluene contained in the product powder was extracted with n-hexane, and its concentration was measured by gas chromatography analysis. The carbon content was measured by a combustion-thermal conductivity method using a WR-12 type carbon analyzer manufactured by LECO.

Figure 0005589294
Figure 0005589294

表1および表2の結果に示したように、本発明の方法に基づき、SiCl無溶媒溶液として供給してアンモニアと反応させることにより、得られる主としてシリコンジイミドからなる含窒素シラン化合物の見掛け密度が著しく増加し、かつ炭素も含有されなかった。また、参考例に示されるように、SiCl を少量のトルエンで希釈した溶液として供給してアンモニアと反応させると、得られる主としてシリコンジイミドからなる含窒素シラン化合物の見掛け密度が著しく増加し、かつ炭素は極めて微量であった。また、溶媒であるトルエンの量を増やすにつれて、得られる含窒素シラン化合物の見かけ密度は小さくなり、SiClとトルエンの体積比が1:1では、見掛け密度は0.13g/cmと大きいものの、SiClとトルエンの体積比が1:2では、見掛け密度は0.08g/cmと急激に小さくなり、かつ、含有炭素量も著しく大きくなることがわかる。本実施例で得られるような、見掛け密度の大きい含窒素シラン化合物粉末を用いることにより、焼成工程における容積効率を大幅に改善することができ、窒化珪素粉末製造の生産性を向上させることができる。例えば、実施例1の含窒素シラン化合物粉末を用いた場合、同じ容積の焼成るつぼであれば、比較例1で得られる粉末に対し2.3倍重量の充填が可能であるし、また、同じ製造量で比較するならば、比較例1で得られる粉末を用いた場合に対し1/2.3までの焼成るつぼ容積の小型化が可能になる。併せて、SiClを無溶媒で供給する場合には、有機溶媒の回収工程そのものが不要であるし、SiCl濃度が50vol%以上のトルエン溶液として供給する場合においても、含窒素シラン化合物製造量あたりに回収すべきトルエン量が大きく減少するため、有機溶媒の回収工程が小型化できる。本発明の方法によれば、前記のような一連の効果により、窒化珪素製造の生産性を大きく高めることができる。 As shown in the results of Tables 1 and 2, the apparent appearance of the nitrogen-containing silane compound mainly composed of silicon diimide obtained by supplying SiCl 4 as a solvent-free solution and reacting with ammonia based on the method of the present invention. The density increased significantly and contained no carbon. Further, as shown in the reference example, when SiCl 4 is supplied as a solution diluted with a small amount of toluene and reacted with ammonia, the apparent density of the resulting nitrogen-containing silane compound mainly composed of silicon diimide is remarkably increased, and Carbon was very small . Further, as the amount of toluene as a solvent is increased, the apparent density of the obtained nitrogen-containing silane compound decreases, and when the volume ratio of SiCl 4 and toluene is 1: 1, the apparent density is as large as 0.13 g / cm 3. When the volume ratio of SiCl 4 and toluene is 1: 2, the apparent density is rapidly reduced to 0.08 g / cm 3 and the carbon content is significantly increased. By using a nitrogen-containing silane compound powder having a large apparent density as obtained in this example, the volumetric efficiency in the firing step can be greatly improved, and the productivity of silicon nitride powder production can be improved. . For example, when the nitrogen-containing silane compound powder of Example 1 is used, if it is a fired crucible of the same volume, the powder obtained in Comparative Example 1 can be filled in 2.3 times the weight, and the same If the production amount is compared, the volume of the fired crucible can be reduced to 1 / 2.3 as compared with the case where the powder obtained in Comparative Example 1 is used. In addition, when supplying SiCl 4 without a solvent, the organic solvent recovery step itself is unnecessary, and even when supplying as a toluene solution having a SiCl 4 concentration of 50 vol% or more, the amount of nitrogen-containing silane compound produced Since the amount of toluene to be recovered is greatly reduced, the organic solvent recovery process can be reduced in size. According to the method of the present invention, the productivity of silicon nitride production can be greatly increased by the series of effects as described above.

1 ハロゲン化シラン又はハロゲン化シランと有機溶媒の混合溶液供給用導管
2 液体アンモニア供給用導管
3 窒素ガス供給用導管
4 攪拌装置
5 温度計用鞘管
6 冷却管
7 背圧弁
8 反応混合物抜き出し用導管
9 ジャケット冷媒供給用導管
10 ジャケット冷媒排出用導管
1 Conduit for supplying halogenated silane or mixed solution of halogenated silane and organic solvent
2 Liquid ammonia supply conduit
3 Nitrogen gas supply conduit
4 Stirrer
5 Thermometer sheath tube
6 Cooling pipe
7 Back pressure valve
8 Conduit for extracting reaction mixture
9 Jacket refrigerant supply conduit
10 Jacket refrigerant discharge conduit

Claims (4)

ハロゲン化シラン化合物と液体アンモニアを反応させ、液体アンモニアで洗浄し、乾燥させて得られる、主としてシリコンジイミドよりなる含窒素シラン化合物粉末であり、炭素含有量が0.001wt%以下であり、前記乾燥後のままの見掛け密度が0.10〜0.30g/cmであることを特徴とする含窒素シラン化合物粉末。 A nitrogen-containing silane compound powder mainly composed of silicon diimide obtained by reacting a halogenated silane compound with liquid ammonia, washing with liquid ammonia and drying, and having a carbon content of 0.001 wt% or less, A nitrogen-containing silane compound powder characterized by having an apparent density of 0.10 to 0.30 g / cm 3 as it is. 前記乾燥後のままの見掛け密度が0.12〜0.25g/cmであることを特徴とする請求項1記載の含窒素シラン化合物粉末。 Nitrogen-containing silane compound powder according to claim 1, wherein the apparent density remains after the drying is 0.12~0.25g / cm 3. ハロゲン化シラン化合物を液体アンモニアと混合して反応させるに際し、ハロゲン化シラン化合物を無溶媒の溶液として液体アンモニア中に設置した供給口から吐出線速度5cm/sec以上で吐出させて供給することを特徴とする含窒素シラン化合物粉末の製造方法。   When the halogenated silane compound is mixed with liquid ammonia and reacted, the halogenated silane compound is supplied as a solvent-free solution by discharging it from a supply port installed in liquid ammonia at a discharge linear velocity of 5 cm / sec or more. A method for producing a nitrogen-containing silane compound powder. 反応温度が−10〜40℃の範囲内、反応圧力が0.3〜1.6MPa(絶対圧)の範囲内であることを特徴とする、請求項3記載の含窒素シラン化合物粉末の製造方法。   The method for producing a nitrogen-containing silane compound powder according to claim 3, wherein the reaction temperature is in the range of -10 to 40 ° C and the reaction pressure is in the range of 0.3 to 1.6 MPa (absolute pressure). .
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