JP6479794B2 - ハロシランを製造する方法 - Google Patents

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Description

様々なハロシランは種々の産業で有用性が見出されている。ジオルガノジハロシラン、例えばジメチルジクロロシランなどは、加水分解されて幅広い範囲のポリオルガノシロキサン、例えばポリジオルガノシロキサンを製造する。
ハロシランを製造する方法は、当業者において公知である。典型的に、ハロシランは、銅触媒及び様々な任意の促進剤の存在下でハロゲン化物を0価ケイ素(Si)上に通す工程を含む、Mueller−Rochow直接法により商業的に製造される。ハロシランの混合物は、直接法によって製造される。有機ハロゲン化物が使用される場合は、オルガノハロシランの混合物が直接法によって製造される。
直接法で使用されるSiを生産する典型的なプロセスは、電気アーク炉でのSiOの炭素熱還元からなる。SiOの還元には極高温を要するため、プロセスはエネルギー消費が大きい。結果的に、Siの製造は、ハロシランを製造する直接法の費用を増大させる。そのため、Siの使用の必要性を回避又は削減する、より経済的なハロシランの製造方法が求められている。
この直接プロセスに加えて、ジオルガノジハロシラン類は、四塩化ケイ素及び様々なメチルクロロシラン類のアルキル化により、これらのクロロシラン類の蒸気をアルキルハライドとともに、高温で微粉末アルミニウム又は亜鉛上へ通すことによって生産されてきた。しかしながら、このプロセスは、商業規模で処分するのが高価である、大量の塩化アルミニウム又は塩化亜鉛を生産する。
したがって、SiOを極高温で還元することにより製造されるSiの必要性を回避し、費用のかかる副生成物の処分を必要としないより経済的なハロシランの製造方法が求められている。
ハロシランを含む反応生成物を製造する方法は、
工程(1)が、200℃〜1400℃の温度で、式HSiX(4−a−b)(式中、下付き記号aは0〜4の整数であり、下付き記号bは0又は1であり、数(a+b)≦4、各Rは独立して1価有機基であり、各Xは独立してハロゲン原子である)のシランを含む第1成分を、ただし、数(a+b)が<4のときは該成分が更にHを含む、銅を含むスピネル触媒と接触させて、それにより反応物を生成する工程と、
工程(2)が、該反応物を有機ハロゲン化物、更に任意に水素及び/又はヒドリドハライドを含む第2成分とを100℃〜600℃の温度で接触させ、それにより、反応生成物と消耗反応物を生成する工程と、を含む。
発明の概要及び要約は参照することによりここに組み込まれる。全ての比、パーセンテージ及びその他の量は、とくに指定のない限り、重量による。冠詞「a」、「an」、及び「the」はそれぞれ、明細書の文脈により別途記載のない限り、1つ又はそれ以上を指す。本明細書で使用される略語は以下の表1に定義される。
Figure 0006479794
「アルキル」とは、非環式、分岐状又は非分岐状、飽和1価炭化水素基を意味する。アルキル基の例として、Me、Et、Pr、1−メチルエチル、Bu、1−メチルプロピル、2−メチルプロピル、1,1−ジメチルエチル、1−メチルブチル、1−エチルプロピル、ペンチル、2−メチルブチル、3−メチルブチル、1,2−ジメチルプロピル、2,2−ジメチルプロピル、ヘキシル、ヘプチル、2−エチルヘキシル、オクチル、ノニル及びデシル、−−並びに6個以上の炭素原子を有する他の分岐状飽和1価炭化水素基もまた挙げられる。アルキル基は少なくとも1個の炭素原子を有する。あるいは、アルキル基は1〜12個の炭素原子、あるいは1〜10個の炭素原子、あるいは1〜6個の炭素原子、あるいは1〜4個の炭素原子、あるいは1〜2個の炭素原子、あるいは1個の炭素原子を有してもよい。
「アラルキル」及び「アルカリール」はそれぞれ、側鎖及び/又は末端アリール基を有するアルキル基、又は側鎖アルキル基を有するアリール基を指す。例示的なアラルキル基には、ベンジル、トリル、キシリル、フェニルエチル、フェニルプロピル、及びフェニルブチルが挙げられる。アラルキル基は、少なくとも7個の炭素原子を有する。単環アラルキル基は7〜12個の炭素原子、あるいは7〜9個の炭素原子、あるいは7〜8個の炭素原子を有してもよい。多環アラルキル基は7〜17個の炭素原子、あるいは7〜14個の炭素原子、あるいは9〜10個の炭素原子を有してもよい。
「アルケニル」は、非環状、分枝状、又は非分枝状の不飽和の、2重結合を有する1価炭化水素基を意味する。アルケニル基は、Vi、アリル、プロペニル、及びヘキセニルを含む。アルケニル基は少なくとも2個の炭素原子を有する。あるいは、アルケニル基は、2〜12個の炭素原子、あるいは2〜10個の炭素原子、あるいは2〜6個の炭素原子、あるいは2〜4個の炭素原子、あるいは2個の炭素原子を有してもよい。
「アルキニル」は、非環状、分枝状、又は非分枝状の不飽和の、3重結合を有する1価炭化水素基を意味する。アルキニル基は、エチニル及びプロピニルを含む。アルキニル基は、少なくとも2個の炭素原子を有する。あるいは、アルキニル基は、2〜12個の炭素原子、あるいは2〜10個の炭素原子、あるいは2〜6個の炭素原子、あるいは2〜4個の炭素原子、あるいは2個の炭素原子を有してもよい。
「アリール」とは、環炭素原子から水素原子の除去により、アレーンから誘導された炭化水素基を意味する。アリールには、以下に限定されないが、Ph及びナフチルによって例示される。アリール基は、少なくとも5個の炭素原子を有する。単環式アリール基は5〜9個の炭素原子、あるいは6〜7個の炭素原子、及びあるいは6個の炭素原子を有し得る。多環アリール基は、10〜17個の炭素原子、あるいは10〜14個の炭素原子、あるいは12〜14個の炭素原子を有してもよい。
「炭素環」及び「炭素環式」は、炭化水素環を指す。炭素環は、単環式、又は多環式、例として2環式若しくは2個を超える環を有するものでよい。2環式炭素環は、縮合環、橋かけ環又はスピロ多環式環でもよい。炭素環は、少なくとも3個の炭素原子を有する。単環炭素環は、3〜9個の炭素原子、あるいは4〜7個の炭素原子、あるいは5〜6個の炭素原子を有してもよい。多環式炭素環は、7〜17個の炭素原子、あるいは7〜14個の炭素原子、あるいは9〜10個の炭素原子を有し得る。炭素環は、飽和(例として、シクロペンタン又はシクロヘキサン)、部分不飽和(例として、シクロペンテン又はシクロヘキセン)、又は完全不飽和(例として、シクロペンタジエン又はシクロヘプタトリエン)であってもよい。
「シクロアルキル」は、炭素環を含む飽和炭化水素基を指す。シクロアルキル基は、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、及びメチルシクロヘキシルによって例示される。シクロアルキル基は、少なくとも3個の炭素原子を有する。単環シクロアルキル基は、3〜9個の炭素原子、あるいは4〜7個の炭素原子、あるいは5〜6個の炭素原子を有してもよい。多環シクロアルキル基は、7〜17個の炭素原子、あるいは7〜14個の炭素原子、あるいは9〜10個の炭素原子を有してもよい。
「スピネル」とは、実験式MM’(式中、M及びM’はカチオンであり、各M及びM’は2価、3価又は4価カチオンであり得、酸素原子は立方最密構造を有する)の化合物を意味する。立方最密構造は、X線回折スペクトルで見ることができる。
「金属」とは、その金属が酸化数0を有することを意味する。
「パージ」とは、ガス流を容器に導入し、容器からガス流及び不要物質の混合物を除去することを意味する。
「処理」とは、ガス流を容器に導入し、成分の前処理(例として、成分を他の成分と接触させる前)を行うことを意味する。処理は、本方法の工程(2)において反応物を有機ハロゲン化物と接触させる前に、反応物を還元又は逆に活性化するために反応物を接触させることを含む。処理は、更に本方法の工程(1)においてスピネル触媒をH及びシランを含む成分と接触させる前に、スピネル触媒を還元あるいは逆に活性化するためにスピネル触媒を接触させることを含む。
「滞留時間」とは、連続プロセスにおいて成分が反応器システムを通過するのにかかる時間、又はバッチ工程において成分が反応器内で費やす時間を意味する。例えば、工程(1)の滞留時間は、連続プロセスにおいてスピネル触媒が反応器システムを通過する際、1反応器容量のスピネル触媒がシランを含む成分と接触している間又はバッチ工程においてスピネル触媒が反応器内に置かれている間の時間を指す。あるいは、滞留時間は、工程(1)において1反応器容量の反応性ガスがスピネル触媒を充填した反応器を通過するのにかかる時間を指すことができる。(例として、滞留時間には、本明細書に記載の方法の工程(1)で、1反応器容量のシランを含む成分がスピネル触媒を充填した反応器を通過するのにかかる時間、又は工程(2)において1反応器容量の有機ハロゲン化物が反応物を充填した反応器を通過するのにかかる時間が挙げられる。)
「反応物」とは、本明細書に記載の方法の工程(1)で生成され、及び/又は本明細書に記載の方法の工程(3)で再生成される固体生成物を意味する。
「消耗反応物」とは、有機ハロゲン化物と接触した後の反応物を指す。例えば、消耗反応物は、工程(2)後(又は本方法に工程(4)が存在するときは工程(4)の後)に存在し得る。工程(2)(又は工程(4))後の消耗反応物は、工程(2)の開始前(又は工程(3)後及び工程(4)開始前)の反応物中のケイ素の量よりも少ない量のケイ素を含む。消耗反応物は消耗され、又は消耗されない可能性があり、すなわち、消耗反応物は有機ハロゲン化物と反応でき、又は反応できないケイ素を含む場合がある。
1つの実施態様では、ハロシランを含む反応生成物を製造する方法は次の工程(1)及び工程(2):
工程(1)が、200℃〜1400℃の温度で、式HSiX(4−a−b)(式中、下付き記号aは0〜4の整数であり、下付き記号bは0又は1であり、数(a+b)≦4、各Rは独立して1価有機基であり、各Xは独立してハロゲン原子である)のシランを含む第1成分を、ただし、数(a+b)が<4のときは該成分が更にHを含む、銅を含むスピネル触媒と接触させ、それにより反応物を生成する工程と、
工程(2)が該反応物を、有機ハロゲン化物を含む第2成分と100℃〜600℃の温度で接触させ、それにより反応生成物と消耗反応物を生成する工程とを含み、
ここで、該方法は更に任意に次の工程(3)及び工程(4)(工程(3)及び工程(4)が存在するときは工程(3)及び工程(4)は工程(2)の後個々に連続して行ってもよく);
工程(3)は、200℃〜1400℃の温度で、消耗反応物を、式HSiX(4−a−b)(式中、下付き記号aは0〜4の整数であり、下付き記号bは0又は1であり、数(a+b)≦4、各Rは独立して1価有機基であり、各Xは独立してハロゲン原子である)の追加シランを含む追加第1成分と接触させ、ただし、数(a+b)が<4のときは追加成分は更にHを含む、それにより反応物を再生成する工程と、
工程(4)は、工程(3)で再生成された反応物を有機ハロゲン化物を含む追加第2成分と100℃〜600℃の温度で接触させる工程とを含み、
ここで、該方法は更に任意に次の工程(5);工程(5)は、工程(3)及び工程(4)を少なくとも1回繰り返す工程を含み、
ここで、該方法は更に任意に、工程(2)〜工程(5)のうちの任意の1つ又は複数の後に次の工程(6);工程(6)でハロシランを回収する工程を含む。
工程(1)及び(2)は、個々に連続して行うことができる。工程(3)及び(4)もまた存在すれば、個々に連続して行うことができる。「個々」及び「個々に」とは、工程(1)及び工程(2)が重複せず又は同時に起こらないことを意味する。「連続」及び「連続して」とは、本方法で工程(2)が工程(1)の後に行われることを意味するが、下記するように、工程(1)及び(2)の間に追加工程が行われる場合がある。「個々」及び「個々に」は空間的若しくは時間的のいずれか又は両方を指す。「連続」及び「連続して」は時間的に(その上決められた順序で起こること)を指す。あるいは工程(1)及び(2)は、個々に連続して行われる。あるいは工程(3)及び(4)は存在し、個々に連続して行われる。
工程(1)で使用されるシランは式HSiX(4−a−b)(式中、下付き記号aは0〜4の整数であり、下付き記号bは0〜2であり、数(a+b)≦4である)を有する。あるいは、下付き記号aは0又は1であり、下付き記号bは0又は1であり、0≦(a+b)≦1であり得る。各Rは独立して1価有機基であり、各Xは独立してハロゲン原子である。あるいは、式HSiX(4−a−b)において、各Xは独立して、Br、Cl及びI、あるいはBr及びCl、あるいはCl及びIから選択され、あるいは、各XはClであり得る。各Rはヒドロカルビル基であり得る。各Rは独立して、アルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、アラルキル及び上記に定義された炭素環から選択することができる。あるいは、各Rは、アルキル、アリール及び炭素環から独立して選択されるヒドロカルビル基であり得る。あるいは、各Rは、Me、Et、Pr又はBuなどのアルキル、あるいはメチルでもよい。シランはテトラハロシラン(SiX)、トリハロシラン(HSiX)、ジハロシラン(HSiX)、モノハロシラン(HSiX)、シラン(SiH)、又はそれらの組合せを含み得る。あるいは、シランはテトラハロシラン、トリハロシラン、又はそれらの組合せを含むことができる。あるいは、シランは式SiX(すなわち上記の式で、a=0及びb=0)(式中、各Xは上記したとおりである)のテトラハロシランであってもよい。テトラハロシランの例として、以下に限定されないが、四塩化ケイ素、四臭化ケイ素、四ヨウ化ケイ素及び四フッ化ケイ素が挙げられる。あるいはシランは、トリハロシラン、例えばHSiX(式HSiX(4−a−b)でa=1及びb=0)及び/又はRSiX(式HSiX(4−a−b)でa=0及びb=1)(式中、R及びXは上記したとおりである)でもよい。トリハロシランの例として、トリクロロシラン(HSiCl)、トリブロモシラン、メチルトリクロロシラン(CHSiCl)、メチルトリブロモシラン、エチルトリクロロシラン、エチルトリブロモシラン及びそれらの組合せが挙げられる。あるいは、使用されるシランがSiHを含むとき、工程(1)で、Hは省略することができ、数(a+b)<4のとき、工程(1)で成分は更にHを含む。工程(1)で使用されるシランは、反応生成物中のハロシランとは異なる。
工程(1)で使用されるスピネル触媒は、銅及びスピネルを含む。1つの実施態様では、銅はスピネルの一部であってもよく、例として、実験式MM’のスピネルにおいて、Mは銅でよく、スピネル触媒は実験式CuM’(式中、M’はAl、Cr、Fe、Mg又はNi、あるいはAl、Fe又はNi、あるいはAl又はFe、あるいはAlである)を有することができる。この実施態様では、スピネル触媒は1つ又は複数のCuAl若しくはCuFeを含んでもよい。あるいは、アルミナなどの過剰の担体が、例えば、スピネル触媒が実施例で下記のように製造された、例として20% CuAl、30% CuAl、43.8% CuAl又は13% CuAlのうちの1つであるとき、存在してもよい。
あるいは、スピネル触媒は更に、スピネルで促進される1つ又は複数の追加金属、Au若しくはMgなど、例としてスピネルで促進される金属形態又は金属化合物(例えばAuCl若しくはMgClなど)(例えば実験式CuAlのスピネルで促進されるAu及び/又はMgなど)、を含むことができる。例を挙げると、スピネル触媒は、実施例、サンプル2(c)で記載するように製造されるAu−Mg−CuAlであってもよい。
あるいは、スピネル触媒はスピネルに担持された銅を、例として、スピネルに担持された銅化合物(例えば酸化銅など)の形態で、含むことができる。例を挙げれば、スピネル触媒は1つ又は複数のCuO/NiAl、CuO/MgAl、CuO/CuAl又は2CuO.Crを含んでもよい。あるいは、銅の一部分がスピネルの一部を形成し、スピネル触媒の銅の他の部分がスピネルで担持されてもよい。例を挙げると、触媒は、スピネルの一部として銅を含むスピネルで担持された銅化合物を含んでもよい。この実施態様では、スピネル触媒は1つ又は複数のCuO/CuAl、30%Cu/10%CuAl、又は30%Cu/20%CuAlを含むことができる。
スピネル触媒は、
i)担体と銅を含む前駆体を配合し、それにより配合担体を生成する工程と、
ii)配合物を焼成してスピネル触媒を生成する工程と、を含む方法で製造することができる。
工程i)は、例えばインシピエント・ウェットネス含浸法又は共沈降法又はゾルゲル法又は金属酸化物の物理的ブレンド法などの便宜的手段で行うことができる。1つの実施態様では、工程i)は担体を前駆体で含浸することにより行われる。用語「含浸」とは、湿潤した、溶解した又は溶融した物質で、好ましくは本質的に全ての液相物質が吸収されるまで、実質的に担体全体に浸透させ(例として、インシピエント・ウェットネス技術による)、液飽和されているが塊になっていない固体を製造することを意味する。含浸技術の実例が、国際公開番号WO2011/106194号の実施例1に見ることができる。あるいは、工程i)の含浸は国際公開番号WO2011/106194号の実施例3に見られるような、析出−吸収法で行うことができる。前駆体は、例えば、Cu(NO、CuCl又はCu−アセチルアセトナートの水溶液を含み得る。水溶液は、任意にHClのような酸を更に含んでもよい。担体は、例えばアルミナ、Fe、Cr、SiO、MgO、La又はZrOであり得る。あるいは、担体はアルミナでもよい。
工程ii)は焼成により行われる。焼成は、工程i)で製造された配合物を、大気中、スピネルを生成するのに十分な温度でかつ時間加熱することにより行うことができる。焼成は700℃を超える温度で行われ、あるいは焼成は少なくとも800℃の温度で行われる。例えば、焼成は800℃〜1200℃、あるいは900℃〜1000℃の温度に加熱することにより行うことができる。焼成は、スピネルが生成するに十分な酸素を含有する大気中で行われる。例えば、空気中で行ってもよい。焼成の正確な時間は選択される温度や反応物を含む様々な因子に依存するが、焼成は少なくとも1時間、あるいは3〜12時間、あるいは6〜8時間行うことができる。
スピネル触媒を製造する方法は、任意に更に1つ又は複数の追加工程を含んでもよい。本方法は、任意に更に、工程i)の前に担体の乾燥、並びに/又は工程i)後及び工程ii)前に配合物の乾燥を含むことができる。乾燥は、水分を除去するのに十分な時間、例として100℃〜120℃の温度で加熱することにより行うことができる。方法は、任意に更に、工程i)後及び工程ii)前に配合物の加熱を含んでもよい。加熱は、スピネル触媒を生成するための焼成に要する温度より低い温度で行うことができる。例えば、配合物は、焼成前に300℃〜700℃で1〜8時間加熱されてもよい。本方法は、任意に更に、工程i)及びii)を繰り返して、スピネルに追加の銅を加えることができる。使用される銅前駆体は、工程i)及びii)で使用されるものと同じ銅前駆体又は異なる銅前駆体であってもよい。
あるいは、本方法は、任意に更に、工程i)の前及び/又は工程ii)の後に行われる、工程a)及びb)を含むことができ、ここで、工程a)は担体及び追加金属前駆体を配合し、それにより更なる配合物を生成し、工程b)はこの更なる配合物を焼成してスピネル触媒を生成し、追加金属前駆体中の金属は銅以外の金属である。金属前駆体は、工程1)のために上記した前駆体について上記したとおりの形態であることができ、例として金属前駆体は水溶液であってよく、任意に酸を含む。金属前駆体は、1つ又は複数のNi(NO、AuCl又はMgClを含むことができる。あるいは、工程i)中に、追加金属前駆体が銅前駆体とともに追加されてもよい。
あるいは、スピネル触媒は、スピネルを生成するために、市販されている銅含有酸化物を焼成することを含む方法によって製造することができる。例えば、Sigma−Aldrich社(米国ミズーリ州セントルイス)から入手可能なAl上のCuOなどの化合物が、スピネル触媒を製造するために上記した本方法の工程ii)で使用される場合には、本方法の工程i)は省略することができる。あるいは、スピネル触媒は、銅鉄酸化物(CuFe)、又はクロム酸銅2CuO.Crなどの市販されているスピネル化合物であってもよく、それらはSigma−Aldrich社(米国ミズーリ州セントルイス)から入手できる。
あるいは、スピネル触媒は以下工程:
i)銅酸化物と第2金属酸化物、ここで第2金属酸化物は銅酸化物とは異なる、を配合する工程と、
ii)スピネル触媒を生成するために配合物を焼成する工程とを含む方法により製造することができる。
この方法を用いて、スピネル触媒をその場、すなわち、工程(1)を行うために使用されたのと同じ反応器中で製造することができる。スピネル触媒を製造するその場方法の工程i)では、銅酸化物(CuO)が第2金属酸化物と配合される。銅酸化物及び第2金属酸化物は、任意の便宜的手段、例えば流動層反応器内でそれらを配合し、流動化する、又はそれらを反応器に入れる前に混合することにより物理的にブレンドすることができる。第2金属酸化物は、Al、Cr、及びFeからなる群より選択することができる。あるいは、第2金属酸化物はAlであってもよい。
工程ii)は、焼成することにより行われる。焼成は、工程i)で製造された配合物を大気中で、スピネルを生成するのに十分な温度でかつ時間加熱することにより行うことができる。焼成は700℃を超える温度で行われ、あるいは少なくとも800℃の温度で行われる。例えば、焼成は750℃〜1200℃、あるいは750℃〜1000℃、あるいは800℃〜950℃の温度で加熱することにより行うことができる。焼成は、スピネルが生成するのに十分な酸素を含む大気中で行うことができる。例えば、焼成は空気中及び/又は窒素若しくはアルゴンなどの不活性ガス中で行ってもよい。焼成の正確な時間は選択される温度や金属酸化物を含む様々な因子に依存するが、焼成は少なくとも1時間、あるいは1〜15時間、あるいは3〜12時間、あるいは6〜8時間行うことができる。
工程(1)が行われる反応器は、気体及び固体を配合するのに適した任意の反応器であってもよい。例えば、反応装置の形体は、バッチ容器、充填層、攪拌層、振動層、移動層、再循環層、又は流動層であってよい。再循環層が使用される場合、スピネル触媒は、工程(1)を実施する層から工程(2)を実施する層へ循環させることができる。反応を促進するため、反応器は反応帯(例として、工程(1)でシラン(及び任意にH)がスピネル触媒に接触する反応器の部分及び/又は工程(2)で有機ハロゲン化物が反応物と接触する反応器の部分)の温度を制御する手段を有すべきである。
工程(1)でシランを含む成分がスピネル触媒と接触させられる際の温度は、200℃〜1400℃、あるいは500℃〜1400℃、あるいは600℃〜1200℃、あるいは650℃〜1100℃であってよい。
工程(1)でシランを含む成分がスピネル触媒と接触させられる際の圧力は、大気より低く、大気又は大気より高くすることができる。例えば、圧は、絶対圧で10キロパスカル(kPa)〜2100kPa、あるいは101kPa〜2101kPa、あるいは101kPa〜1101kPa、あるいは101kPa〜900kPa、あるいは201kPa〜901kPaの範囲であってもよい。
工程(1)で、H対スピネル触媒に接触させるシランのモル比は、10,000:1〜0.01:1、あるいは100:1〜1:1、あるいは20:1〜5:1、あるいは20:1〜4:1、あるいは20:1〜2:1、あるいは20:1〜1:1、あるいは4:1〜1:1の範囲であり得る。
シランを含む成分の滞留時間は、工程(1)でシランを含む成分がスピネル触媒と接触し反応物を生成するのに十分な時間である。例えば、シランを含む成分の十分な滞留時間は、少なくとも0.01秒、あるいは少なくとも0.1s、あるいは0.1s〜10分、あるいは0.1秒〜1分、あるいは0.5秒〜10秒、あるいは1分〜3分、あるいは5秒〜10秒であってよい。あるいは、工程(1)でシランを含む成分と接触しているスピネル触媒の滞留時間は、典型的に少なくとも0.1分、あるいは少なくとも0.5分、あるいは0.1分〜120分、あるいは0.5分〜9分、あるいは0.5分〜6分である。所望の滞留時間は、H及びシランの流量を調節することにより、又は総反応器容積を調節することにより、又はそれらの組合せることにより達成できる。反応物の所望の滞留時間は、反応物の流量を調節することにより、又は総反応器容積を調節することにより、又はそれらの組合せることにより達成できる。
工程(1)で、Hが存在する場合、Hとシランは反応器に同時に供給することができるが、別個のパルスによるなど他の配合方法もまた想定される。H及びシランは反応器に供給される前に混合されてもよく、あるいはH及びシランは別々の流れとして反応器に供給してもよい。
工程(1)で、スピネル触媒は十分な量で存在する。十分な量のスピネル触媒とは、シランを含む成分がスピネル触媒と接触させられるとき、下記の反応物を生成するのに足りる量のスピネル触媒である。例えば、十分な量のスピネル触媒は、反応器容積1cmあたり少なくとも0.01mgの触媒、あるいは、反応器容積1cmあたり少なくとも0.5mgの触媒、あるいは反応器容積1cmあたり1mgの触媒〜反応器容積に基づいてスピネル触媒の最大かさ密度、あるいは反応器容積1cmあたり1mg〜5,000mgの触媒、あるいは反応器容積1cmあたり1mg〜1,000mgの触媒、あるいは反応器容積1cmあたり1mg〜900mgの触媒である。
工程(1)は、スピネル触媒の滞留時間実施され、ここで滞留時間は上記で定義されたとおりである。工程(1)が実施される時間に上限はない。例えば、工程(1)は通常少なくとも0.1秒、あるいは1秒〜5時間、あるいは1分〜1時間実施される。
工程(1)の生成物は、反応物である。反応物は、反応物の総重量に基づいて、少なくとも0.1%、あるいは0.1%〜90%、あるいは1%〜50%、あるいは1%〜35%の量のケイ素を含む。反応物中のケイ素のパーセンテージは、標準的な分析試験を用いて測定することができる。例えば、Siのパーセンテージは、ICP−AES及びICP−MSを用いて測定できる。
本方法の工程(2)では、反応物を有機ハロゲン化物と100℃〜600℃の温度で接触させてそれにより反応生成物及び消耗反応物を生成する。有機ハロゲン化物は、式RXを有してもよく、式中、Rは1価の有機基であり、Xはハロゲン原子である。有機ハロゲン化物のXについて選択されるハロゲン原子は、工程(1)で使用されるシランのXについて選択されるハロゲン原子と同じであってもよい。あるいは、有機ハロゲン化物のXについて選択されるハロゲン原子は、工程(1)で使用されるシランのXについて選択されるハロゲン原子と異なっていてもよい。有機ハロゲン化物のRについて選択される基は、工程(1)で上記したシラン(式HSiX(4−a−b)で下付き記号b>0のとき)のRについて選択される基と同じであってもよい。あるいは、有機ハロゲン化物のRについて選択された基は、工程(1)で上記したシランのRについて選択される基と異なっていてもよい。あるいは、Rは上記で定義されたように、アルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、アラルキル及び炭素環から選択することができる。あるいは、Rはアルキル、アリール及び炭素環から選択されるヒドロカルビル基であってもよい。あるいは、各Rは、Me、Et、Pr又はBuなどのアルキルであってよく、あるいはメチルであってもよい。少なくとも3個の炭素原子を含有するアルキル基は分岐又は非分岐構造を有することができる。あるいは、各Xは、Br、Cl及びI、あるいはBr及びCl、あるいはCl及びIから独立して選択されてよく、あるいは、各XはClであってもよい。有機ハロゲン化物の例として、以下に限定されないが、塩化メチル、臭化メチル、ヨウ化メチル、塩化エチル、臭化エチル、ヨウ化エチル、塩化シクロブチル、臭化シクロブチル、塩化シクロヘキシル、及び臭化シクロヘキシルが挙げられる。
工程(2)での使用に適した反応器は、工程(1)について記載した通りである。工程(2)で使用した同じ反応器を工程(1)で使用してもよい。あるいは、工程(1)と工程(2)用に別々の反応器を使用することができる。別々の反応装置が使用されるとき、各工程における反応装置の種類は、同じであっても異なっていてもよい。工程(2)において、有機ハロゲン化物は、工程(1)で製造された反応物を含む反応器に有機ハロゲン化物を供給することにより、反応物と接触させることができる。
有機ハロゲン化物の滞留時間は、工程(2)でハロシランを含む反応生成物を生成するために有機ハロゲン化物が反応物と反応するのに十分な時間である。例えば、有機ハロゲン化物の十分な滞留時間は、少なくとも0.01秒、あるいは少なくとも0.1秒、あるいは0.5秒〜10分、あるいは1秒〜1分、あるいは1秒〜10秒であり得る。所望の滞留時間は有機ハロゲン化物の流量を調節することにより、又は総反応器容積を調節することにより、又はそれらの組合せることにより達成できる。
工程(2)で反応物が有機ハロゲン化物と接触するための滞留時間は、典型的に少なくとも1分、あるいは少なくとも5分、あるいは少なくとも1分〜120分、あるいは5分〜90分、あるいは5分〜60分である。あるいは、工程(2)が実施される滞留時間に上限はない。工程(2)で反応物の所望の滞留時間は、反応物の流量を調節することにより、又は総反応器容積を調節することにより、又はそれらの組合せることにより達成できる。
工程(2)で有機ハロゲン化物が反応物と接触させられる際の温度は、100℃〜600℃、あるいは200℃〜500℃、あるいは250℃〜375℃、あるいは少なくとも220℃であり得る。
工程(2)は、典型的に、反応物中のケイ素の量が所定限度以下に下がるまで(例として、反応物が消耗されるまで)実施される。例えば、工程(2)は、反応物中のケイ素の量が初期重量パーセントの、90%以下、あるいは1%〜90%、あるいは1%〜40%になるまで実施することができる。反応物中のケイ素の初期重量パーセントは、工程(2)で反応物が有機ハロゲン化物と接触させられる前の反応物中のケイ素の重量パーセントである。反応物中のケイ素の量は、工程(2)の反応生成物の製造を反応物中のケイ素の重量パーセントと相関させて、その後反応器の流出物をモニターすることにより監視することができ、又は上記したように測定してもよい。あるいは工程(2)は、工程(1)で寄与したケイ素の少なくとも1%が反応するまで実施され、あるいは工程(2)は、工程(1)で寄与したケイ素の1%〜40%が反応するまで実施され、あるいは工程(2)は、工程(1)で寄与したケイ素の少なくとも90%が反応するまで実施され、あるいは工程(2)は、工程(1)で寄与したケイ素の95%超が反応するまで実施され、あるいは工程(2)は、工程(1)で寄与したケイ素の99%超が反応するまで実施され、あるいは、工程(2)は、工程(1)で寄与したケイ素の99.9%が反応するまで実施される。
工程(2)で有機ハロゲン化物が反応物と接触させられる際の圧力は、大気中より低く、大気と又は大気より高くすることができる。例えば、圧は、絶対圧で10キロパスカル(kPa)〜2100kPa、あるいは101kPa〜2101kPa、あるいは101kPa〜1101kPa、あるいは101kPa〜900kPa、あるいは201kPa〜901kPaの範囲であってもよい。
この反応物は十分な量で存在する。十分な量の反応物とは、反応物が有機ハロゲン化物と接触させられるとき、本明細書で記載するハロシランを生成するのに足りる反応物である。例えば、反応物の十分な量は、反応器容積の1cmあたり少なくとも0.01mgの触媒、あるいは反応器容積の1cmあたり少なくとも0.5mgの触媒、あるいは反応器容積の1cmあたり0.01mgの触媒〜反応器容積中の反応物の最大かさ密度、あるいは反応器容積の1cmあたり1mg〜5,000mg触媒、あるいは反応器容積の1cmあたり1mg〜1,000mg触媒、あるいは反応器容積の1cmあたり1mg〜900mg触媒であってよい。
上記した方法で得られる反応生成物は、ハロシランを含む。ハロシランは一般式R(4−c)SiX(式中、上記したように、各Xは独立してハロゲン原子であり、各Rは独立して1価有機基であり、下付き記号cは1、2、3又は4である)を有する。あるいは、ハロシランは式RSiX(式中、上記したように、各Xは独立してハロゲン原子であり、各Rは独立して1価有機基である)のジオルガノジハロシランであってよい。あるいは、ハロシランは2種以上のオルガノハロシラン、例としてジオルガノジハロシランとオルガノトリハロシラン又は2種以上の異なるジオルガノジハロシラン、の混合物であってよい。
本明細書に記載の方法は、任意に更にパージ及び/又は処理することを含むことができる。パージ及び/又は処理は本方法の間様々な時間に行ってもよい。例えば、本明細書に記載の方法は、任意に更に1つ又は複数の以下のパージ及び/若しくは処理する工程:
工程(1)でスピネル触媒を、シランを含む成分と接触させる前に、スピネル触媒をパージ及び/若しくは処理する工程;並びに/又は
工程(2)で反応物を有機ハロゲン化物と接触させる前に、反応物をパージ及び/若しくは処理する工程:並びに/又は
工程(3)で消耗反応物を追加成分と接触させる前に、消耗反応物をパージ及び/若しくは処理する工程;並びに/又は
工程(4)で工程(3)にて再生成された反応物を(追加の)有機ハロゲン化物と接触させる前に、工程(3)にて再生成された反応物をパージ及び/若しくは処理する工程:並びに/又は
追加消耗反応物をパージ及び/若しくは処理する工程、を含んでもよい。パージ工程は、不要な物質を除去するため、スピネル触媒、反応物、及び/又は消耗反応物を含む反応器にガス流を導入することを含む。工程(2)で、及び工程(4)(存在するとき)で、不要な物質として、例えばH、O、HO及びHX(式中、Xは上記に定義したハロゲン原子である)があり得る。パージは、アルゴン又は窒素などの不活性ガスで、又は有機ハロゲン化物などの反応性ガスで成し遂げることができ、あるいは不活性ガスで行なわれてもよい。処理工程は、スピネル触媒を含む反応器にガス流を導入して、スピネル触媒を、シランを含む成分と接触させる前に、それを前処理することを含み得る。あるいは、処理工程は反応物を含む反応器にガス流を導入して、反応物を有機ハロゲン化物と接触させる前に、それを活性化及び/又は還元することを含んでもよい。処理はH又は有機ハロゲン化物などのガスで、あるいはHで成し遂げることができる。パージ及び/又は処理は、周囲温度又は高温、例として、少なくとも25℃、あるいは少なくとも300℃、あるいは25℃〜500℃、あるいは300℃〜500℃で行うことができる。
あるいは、処理は、H下で、上記したスピネル触媒を製造する方法の工程ii)で製造されたスピネル触媒を加熱して行なわれてもよい。理論に束縛されることを望まないが、これは、上記したスピネル触媒がスピネルに担持された銅化合物を有するときスピネルに担持された金属銅を生成できると思われる。
本方法の工程(2)で、反応物及び有機ハロゲン化物は、Hの非存在下、シランの非存在下、又はH及びシラン両方の非存在下で接触させてもよい。
本方法は、工程(2)の後に、任意に更に工程(3)及び(4)を含んでもよい。工程(3)及び(4)は、個々に連続して行うことができる。工程(3)及び(4)の目的は、工程(1)及び(2)を繰り返すことにより、例として本方法の工程(1)で使用されたスピネル触媒の代わりに消耗反応物を使用することにより、消耗反応物を再利用することである。工程(2)後の消耗反応物は、工程(2)開始前の反応物中のケイ素量よりも少ないケイ素量を含有する。工程(4)後残存した消耗反応物は、工程(3)で再生成された反応物中のケイ素量よりも少ないケイ素量を含有する。工程(3)で反応物に寄与したケイ素量で、次の工程(4)で消耗された該ケイ素量を減じたものが、Si差と呼ばれる。工程(3)及び工程(4)を含む任意の所定のサイクルについて、Si差はそのサイクルに関し工程(3)で析出されたケイ素量の90%を超えてでもよい。あるいは、Si差は95%を超えてもよい。あるいは、Si差は99%を超えてもよい。あるいは、Si差は99%を超えてもよい。あるいはSi差は90%〜99.9%であってもよい。
工程(3)は、工程(1)について上記したとおりの条件下、200℃〜1400℃の温度で、消耗反応物を、追加シランを含む追加成分と接触させて、少なくとも0.1%のケイ素を含む反応物を再生成する工程を含む。工程(3)で使用される追加シランは、工程(1)で上記使用されたシランとほぼ同じであってよい。あるいは、工程(3)で使用される追加シランは、式HSiX(4−a−b)(式中、R、X、下付き記号a、又は下付き記号bのうち少なくとも1つが、工程(1)のシランで使用されるものとは異なる)のシランであり得る。工程(1)について上記したように、工程(3)でHが使用されてもよい。工程(4)は、工程(3)で再生成された反応物を、(追加の)有機ハロゲン化物を含む追加第2成分と、(上記工程(2)について記載された条件下で)100℃〜600℃の温度で接触させて、ハロシランを含む反応生成物を生成する工程を含む。追加第2成分は、工程(2)で選択された有機ハロゲン化物を含む第2成分と同じでも異なっていてもよい。あるいは、工程(4)で使用される追加第2成分は、工程(2)で使用された第2成分と同じでもよい。
理論に束縛されることを望まないが、本明細書に記載の方法が、工程(3)及び(4)の繰り返しサイクル数の最大化を可能にするものと思われる。本方法は、任意に更に、工程(3)及び(4)を少なくとも1回、あるいは1〜10回、あるいは1〜1,000回、あるいは1〜100回、あるいは1〜10回繰り返す、工程(5)を含むことができる。
有機ハロゲン化物(又はシラン)が標準温度及び圧力で又はそれら以下で液状である場合、本方法は、更に、シランを工程(1)でスピネル触媒と及び/若しくは工程(3)で消耗反応物と接触させる前に、並びに/又は工程(2)及び/若しくは工程(4)で有機ハロゲン化物を反応物と接触させる前に、公知の方法により有機ハロゲン化物(及び/若しくはシラン)を予熱しガス化する工程を含むことができる。あるいは、本方法は更に、シランを、工程(1)でスピネル触媒と接触、及び/又は工程(3)で消耗反応物と接触させる前に、液状シランにHをバブリングして、気化する工程を含むことができる。
シランが標準温度及び圧力で又はそれら以下で固体である場合、本方法は更に、シランを、工程(1)でスピネル触媒及び/又は工程(3)で消耗反応物との接触に導く前に、融点以上に予熱し及び液化又は気化する工程を含むことができる。有機ハロゲン化物が標準温度及び圧力で又はそれら以下で固体である場合、本方法は更に、有機ハロゲン化物を、工程(2)及び/又は工程(4)で反応物との接触に導く前に、融点以上に予熱し及び液化又は気化する工程を含むことができる。
本方法は、任意に更に工程(5)を含む。工程(5)は、製造された反応生成物(すなわち、工程(2)及び/又は工程(4)の生成物)を回収する工程を含む。反応生成物は、上記したハロシランを含む。ハロシランは、例えば、反応器からガス状生成物を除去し、続いて蒸留で分離することにより、反応生成物から回収することができる。ハロシランは一般式R(4−c)SiX(式中、上記したように、各Xは独立してハロゲン原子であり、各Rは独立して1価有機基であり、下付き記号cは0、1、2又は3である)を有する。あるいは、ハロシランは、式RSiX(式中、各R及びXは上記したとおりである)を有してもよい。本方法により製造できる代表的なハロシランには、オルガノトリハロシラン及び/又はジオルガノジハロシランが挙げられる。オルガノトリハロシランは、メチルトリクロロシラン、メチルトリブロモシラン及びエチルトリクロロシランにより例示される。本プロセスにしたがって製造されるジオルガノジハロシランの例として、以下に限定されないが、ジメチルジクロロシラン(すなわち、(CHSiCl)、ジメチルジブロモシラン、ジエチルジクロロシラン及びジエチルジブロモシランが挙げられる。ジオルガノジハロシランの他に、製造され得る他のオルガノハロシランの例として、以下に限定されないが、メチルトリクロロシラン(すなわち、CHSiCl)及びメチルトリブロモシラン(すなわち、CHSiBr)が挙げられる。
ハロゲン化水素は、本方法にしたがって製造される反応生成物中に存在し得る。ハロゲン化水素は式HX(式中、Xは上記定義したとおりである)を有する。ハロゲン化水素は、凝縮、蒸留又はその他手段によってハロシランから分離し、回収し又は他の化学プロセスに供給することができる。
本明細書に記載の方法は、ハロシラン、特に、ジオルガノジハロシランなどのオルガノハロシランを製造する。オルガノハロシランは、ポリオルガノシロキサンを製造する加水分解プロセスで反応物として利用することができる。ジメチルジクロロシランなどのジオルガノジハロシランは、ポリジオルガノシロキサンを製造するプロセスで反応物として利用できる。オルガノトリハロシランは、レジンなどのポリオルガノシロキサンを製造するプロセスで反応物として利用することができる。このように製造されるポリオルガノシロキサンは、多くの産業及び用途で有用性が見出されている。
本明細書に記載される方法は、費用のかかる処分を必要とする大量の金属ハロゲン化物副生成物を生成しないという利点を提供し得る。さらに、本方法は、他のハロシランと比較して、ジオルガノジハロシランを製造するための良好な選択性を有することができる。最終的に、反応物は、本方法において再生成及び再利用することができ、再生成及び再利用は、ジオルガノジハロシランの生産量及び/又は選択性の向上をもたらし得る。
これらの実施例は、本発明のいくつかの実施態様を説明することを意図しており、本請求項に記載された本発明の範囲を限定するかのように解釈してはならない。下記表で、’nd’は実施せず又は測定せずを意味する。
これらの実施例で使用した反応装置は、フロー反応装置中に内径4.8mmの石英ガラス管を含んだ。反応管をLindberg/Blue Minimiteの2.54cmの管状炉を使用して加熱した。Brooks Instrument製の5850Eマスフローコントローラを使用してガス流量を調節した。ステンレス鋼SiClバブラーを使用して、SiClをHガス流中に導入した。Hガス流中のSiClの量を、周知の熱力学原理を用いた計算に従ってバブラー中のSiClの温度を変化させることにより調節した。反応が大気圧を超える圧で進むので、背圧調節器(0〜3MPa(0〜500psig)定格のGO型Hastelloy(登録商標))を反応器の後尾に導入した。
反応生成物を含有する反応器の流出物を、廃棄される前に一定の1mL注入ループを有するアクチュエーター作動の6方向バルブ(Vici)を通した。注入弁を作動することにより反応流出物流からサンプルを取り、分析のため1mLのサンプルが6890AアジレントGCの注入口に、注入口におけるスプリット比を75:1として、直接注入した。GCは、出口でスプリットされた、クロロシラン分析に適した単一カラムを含んでいた。両パスは、反応生成物の定量化をするために、熱伝導度検出器(TCD)へ流した。
比較例1では、7.0グラムのアルミナ(DAVICAT AL2720)を、30mLの脱イオン水に入れた10.9805グラムのCu(NO・2.5HO(ALDRICH 12837)で含浸させた。得られた混合物をホットプレート上に置き、過剰の溶剤を除去した。得られた物質を、200℃の熱風炉で12時間乾燥した。得られた物質はアルミナ担持銅触媒であった。
このアルミナ担持銅触媒の活性度を気相中固定層反応器で評価した。アルミナ担持銅触媒(0.5g)を、固定層反応器中に置き、反応器に500℃、100sccmでHを3〜4時間供給して還元した。この後、H及びSiClの混合物を、反応器にHをステンレス鋼製SiClバブラーを通して泡立てることにより、750℃で30分間供給した。H及びSiClの全流量は150sccmであり、HとSiClのモル比は4:1であった。SiCl流を、バブラー温度を14.6℃に保持することによりH流で制御した。バブラーから出た気体及び蒸気を、アルミナ担持銅触媒を含む反応器に供給し、33%Siを含むSi含有銅触媒を生成した。30分後、SiCl流を止め、1時間にわたって300℃に冷却する間、100sccmのH流を持続した。
反応器が300℃に達したとき、Hを50sccmのアルゴン流で30分間反応器からパージした。30分後、アルゴン流を止め、CHClを5sccmの流量で、大気圧かつ300℃の温度で60分間反応器に供給した。反応器流出物を定期的にサンプリングし、GCで分析して反応器から出た全質量に基づいて(CHSiCl及びその他クロロシランの重量パーセントを測定した。
次に、CHCl供給を止め、消耗Si含有銅触媒を、500℃で30〜60分間Hで処理し、再度H/SiClに750℃で30分間接触させてSi含有銅触媒を再生成した。H及びSiClの合わせた流量は150sccmであり、HとSiClのモル比は4:1であった。Si含有銅触媒を再生成した後、反応器を再度アルゴンでパージし、CHClを上記したように再生成されたSi含有銅触媒に接触させた。このサイクルを10回繰り返した。結果を表C1に示す。
Figure 0006479794
比較例2では、30% Cu/Alの組成を有するアルミナ担持銅触媒を、Cu(NOの70ミクロンサイズのアルミナ(Sud Chemie T2610)への多重含浸を使用し、空気中700℃で加熱して合成した。このアルミナ担持銅触媒の活性度を気相中固定層反応器で評価した。この触媒をXRDで分析したところ、アルミナ担持銅触媒がスピネル触媒でないことを示した。理論に束縛されることを望まないが、本発明の方法によればこの実施例で使用される反応物からスピネル触媒を生成するためには焼成する最低温度は700℃を超えなければならないと考えられる。
このアルミナ担持銅触媒(1.5g)を固定層反応器内に置いた。アルミナ担持銅触媒を、100sccmのH下500℃で3〜4時間還元した。次に、H及びSiClの気体混合物を、反応器にHをステンレス鋼SiClバブラーを通して泡立てることにより、750℃で30分間供給した。H及びSiClの全流量は150sccmで、H対SiClのモル比=4:1であった。SiCl流を、バブラー温度を14.6℃に保持することによりH流で制御した。バブラーから出た気体及び蒸気を、アルミナ担持銅触媒を含む反応器に供給し、約15%Siを含むSi含有銅触媒を生成した。30分後、SiCl流を止め、1時間にわたって300℃に冷却する間、100sccmのH流を持続した。
反応器が300℃に達したとき、Hを50sccmのアルゴン流で30分間反応器からパージした。30分後、アルゴン流を止め、CHClを5sccmの流量で、大気圧かつ300℃の温度で60分間反応器に供給した。反応器流出物を定期的にサンプリングし、GCで分析して反応器から出た全質量に基づいて(CHSiCl及びその他クロロシランの重量パーセントを測定した。
次に、CHCl供給を止め、消耗Si含有銅触媒を、500℃で30〜60分間Hで処理し、再度H/SiClに750℃で30分間接触させてSi含有銅触媒を再生成した。H及びSiClの合わせた流量は150sccmであり、HとSiClのモル比は4:1であった。Si含有銅触媒を再生成した後、反応器をアルゴンでパージし、CHClを上記したように再生成されたSi含有銅触媒に接触させた。このサイクルを13回繰り返した。結果を表C2に示す。
Figure 0006479794
比較例1は、下記サンプル2(e)で示されるように、スピネル触媒でない担持銅触媒Cu/Al触媒の活性度が、CuAlスピネル触媒(Cu添加量は43.8%のCuOとして、35%である)と比べて低いことを示す。比較例1及び2もまた、サイクルの繰り返し後AlClの生成を示した。下記実施例でスピネル触媒を使用すると、AlClを生成しなかった。理論に束縛されることを望まないが、これは高い焼成温度(例として、≧800℃)で生成されるスピネル触媒中Cu−Al相互作用によるものと考えられる。理論に束縛されることを望まないが、スピネル触媒を使用する利点は、本明細書で記述される方法の工程(1)でAlClの生成を妨げ、触媒寿命及びプロセス効率を高めることであると考えられる。
実施例1では、メチルクロロシランをアルミン酸金属塩スピネル担持銅触媒上で製造した。サンプル1(a)を製造するため、12.6グラムのアルミナ(DAVICAT AL2720)を120℃に加熱して乾燥し、20mLの脱イオン水に入れた4.1グラムのCu(NO.2.5HO(ALDRICH12837)に含浸させた。得られた物質を、ホットプレート上に置いて過剰の水分を除去し、更に120℃の熱風炉で乾燥した。得られた含浸アルミナを空気中800℃で12時間加熱して焼成し、アルミン酸銅担体を生成した。銅塩及びアルミナの開始重量に基づいて、アルミン酸銅担体は10% CuO(w/w)及び90% Al(w/w)を含むと計算され、10CuAlと名付ける。続いて、この10CuAlを、20mLの脱イオン水に入れた22グラムのCu(NO.2.5HOに含浸させた。得られた物質を、ホットプレート上に置いて過剰の溶媒を除去し、更に120℃の熱風炉で乾燥した。得られた含浸アルミン酸銅担体を空気中500℃で4時間加熱してアルミン酸銅担持銅スピネル触媒を生成した。銅塩及び担体の開始重量に基づいて、該スピネル触媒サンプル1(a)の組成が30% Cu及び70% 10CuAlであると計算され、スピネル触媒1(a)30Cu/10CuAlと名付けた。
このスピネル触媒サンプル1(a)の活性度を固定層反応器で評価した。この実験で、0.92グラム(14cm(5.5”)層長さ)のスピネル触媒サンプル1(a)を、100sccmのH下で500℃で3〜4時間加熱することにより還元した。得られた還元触媒サンプルを、H及びSiCl中、Hを上記のステンレス鋼SiClバブラーを通して泡立てることにより750℃で15分間処理した。H及びSiClの全流量は150sccmであり、HとSiClのモル比は1:1であった。SiCl流を、バブラー温度を37.2℃に保持することによりH流で制御した。バブラーから出た気体及び蒸気を、サンプル1(a)を含むフロー反応器のガラス管に供給して、20% Siを含む反応物を生成した。15分後、SiCl流を止め、1時間にわたって300℃に冷却する間、100sccmの水素流を持続した。反応器が300℃に達したとき、Hを50sccmのアルゴン流で30分間反応器からパージした。30分後、アルゴン流を止め、CHClを5sccmの流量で、大気圧かつ300℃の温度で60分間反応器に供給した。反応器流出物を定期的にサンプリングし、GCで分析して反応器から出た全質量に基づいて(CHSiCl及びその他のクロロシランの重量パーセントを測定した。次に、CHCl供給を止め、(消耗)反応物を、500℃で30〜60分間Hで処理し、再度H/SiClに750℃で15分間接触させて反応物を再生成した。H及びSiClの合わせた流量は150sccmであり、HとSiClのモル比は1:1であった。反応物が再生成された後、反応器をアルゴンで再度パージし、CHClを上記したように再生成した反応物に接触させた。サイクルを8回繰り返した。結果を表2に示す。本実施例は、主生成物であるジメチルジクロロシランを含むメチルクロロシランの混合物が、本発明の方法により製造されることを示す。
Figure 0006479794
レート=Siのg/時間/触媒のg、その他**=(CH)HSiCl、(CHHSiCl、(CHSiCl、SiCl
サンプル1(b)を製造するため、12.6グラムのアルミナ(DAVICAT AL2720)を、120℃に加熱して乾燥し、20mLの脱イオン水に入れた5.45グラムのNi(NO.6HO(ALDRICH 72253)に含浸させた。得られた物質を、ホットプレート上に置いて過剰の水分を除去し、更に120℃の熱風炉で乾燥した。得られた含浸アルミナを空気中900℃で12時間加熱して焼成し、アルミン酸ニッケル担体を生成した。ニッケル塩及びアルミナの開始重量に基づいて、アルミン酸ニッケル担体は10% NiO及び90% Alを含むと計算され、それを、10NiAlと名付けた。続いて、この10NiAlを20mLの脱イオン水に入れた22グラムのCu(NO.2.5HOに含浸させた。得られた混合物を、ホットプレート上に置いて過剰の水分を除去し、更に120℃の熱風炉で乾燥した。得られた含浸担体を空気中500℃で4時間加熱し、アルミン酸ニッケル担持銅スピネル触媒サンプル1(b)を生成した。銅塩及び担体の開始重量に基づいて、該スピネル触媒サンプル1(b)の組成が30% Cu及び70% 10NiAlであると計算され、スピネル触媒1(b)30Cu/10NiAlと名付けた。
スピネル触媒1(b)の活性度を固定層反応器で評価した。この実験で、0.9グラム(14cm(5.5”)層長さ)スピネル触媒1サンプル(b)を、H下100sccmで500℃3〜4時間還元し、その後H及びSiCl中ステンレス鋼SiClバブラーを通してHを泡立てることにより750℃で30分間処理した。H及びSiClの全流量は150sccmで、1:1のHとSiClモル比であった。SiCl流を、バブラー温度を37.2℃に保持することによりH流で制御した。バブラーから出た気体及び蒸気を、サンプル1(b)を含むフロー反応器のガラス管に供給して、50% Siを含む反応物を生成した。30分後、SiCl流を止め、1時間にわたって300℃に冷却する間、100sccmの水素流を持続した。反応器が300℃に達したとき、Hを50sccmのアルゴン流で30分間反応器からパージした。30分後、アルゴン流を止め、CHClを5sccmの流量で300℃かつ大気圧で60分間反応器に供給した。反応器流出物を定期的にサンプリングし、GCで分析して反応器から出た全質量に基づいて(CHSiCl及びその他クロロシランの重量パーセントを測定した。次に、CHCl供給を止め、(消耗)反応物を、Hで500℃で30〜60分間処理し、再度H/SiClに750℃で30分間接触させて反応物を再生成した。H及びSiClの合わせた流量は150sccmであり、HとSiClのモル比は1:1であった。反応物が再生成された後、反応器をアルゴンで再度パージし、CHClを上記したように再生成した反応物に接触させた。サイクルを4回繰り返した。結果を表3に示す。本実施例は、メチルクロロシランの混合物が本発明の方法により生成されることを示す。
Figure 0006479794
レート=Siのg/時間/触媒のg、その他**=(CH)HSiCl、(CHHSiCl、(CHSiCl、SiCl
サンプル1(c)を製造するため、11.2グラムのアルミナ(DAVICAT AL2720)を120℃に加熱して乾燥し、20mLの脱イオン水に入れた8.2グラムのCu(NO.2.5HOに含浸させた。得られた物質を、ホットプレート上に置いて過剰の水分を除去し、更に120℃の熱風炉で乾燥した。得られた含浸アルミナを空気中800℃で12時間焼成し、アルミン酸銅担体を生成した。銅塩及びアルミナの開始重量に基づいて、アルミン酸銅担体の組成は20% CuO及び80% Alであると計算され、それを20CuAlと名付けた。続いて、この20CuAlを20mLの脱イオン水に入れた9.35グラムのCu(NO.2.5HOに含浸させた。得られた物質を、ホットプレート上に置いて過剰の水分を除去し、更に120℃の熱風炉で乾燥した。得られた含浸物質を空気中500℃で3時間加熱し、アルミン酸銅担持銅スピネル触媒を生成した。銅塩及び担体の開始重量に基づいて、該スピネルサンプル触媒1(c)の最終組成が30% Cu及び70% 20CuAlであると計算され、スピネル触媒1(c)30Cu/20CuAlと名付けた。
スピネル触媒サンプル1(c)の活性度を固定層反応器で評価した。この実験で、1.15グラム(14cm(5.5”)層長さ)の触媒をH下100sccmで500℃で3〜4時間還元し、その後H及びSiCl中ステンレス鋼SiClバブラーを通してHを泡立てることにより750℃で15分間処理した。H及びSiClの全流量は150sccmであり、HとSiClのモル比は1:1であった。SiCl流を、バブラー温度を37.2℃に保持することによりH流で制御した。バブラーから出た気体及び蒸気を、サンプル1(c)を含むフロー反応器のガラス管に供給して、20% Siを含む反応物を生成した。15分後、SiCl流を止め、1時間にわたって300℃に冷却する間、100sccmの水素流を持続した。反応器が300℃に達したとき、Hを50sccmのアルゴン流で30分間反応器からパージした。30分後、アルゴン流を止め、CHClを5sccmの流量で300℃かつ大気圧で60分間反応器に供給した。反応器流出物を定期的にサンプリングし、GCで分析して反応器から出た全質量に基づいて(CHSiCl及びその他クロロシランの重量パーセントを測定した。次に、CHCl供給を止め、(消耗)反応物を、Hで500℃で30〜60分間処理し、再度H/SiClに750℃で15分間接触させて反応物を再生成した。H及びSiClの合わせた流量は150sccmであり、HとSiClのモル比は1:1であった。反応物が再生成された後、反応器をアルゴンで再度パージし、CHClを上記したように再生成した反応物に接触させた。サイクルを9回繰り返した。結果を表4に示す。本実施例は、主生成物であるジメチルジクロロシランを含むメチルクロロシランの混合物が、本発明の方法により製造されることを示す。
Figure 0006479794
レート=Siのg/時間/触媒のg、その他**=(CH)HSiCl、(CHHSiCl、(CHSiCl、SiCl
実施例2では、メチルクロロシランを、H及びSiClで処理したアルミン酸銅型スピネル触媒上で製造した。サンプル2(a)を製造するため、11.2グラムのアルミナ(DAVICAT AL2720)を120℃に加熱して乾燥し、20mLの脱イオン水に入れた8.2グラムのCu(NO.2.5HOに含浸させた。得られた物質を、ホットプレート上に置いて過剰の水分を除去し、更に120℃の熱風炉で乾燥した。得られた含浸アルミナを空気中800℃で12時間加熱して焼成し、アルミン酸銅スピネル触媒を生成した。銅塩及びアルミナの開始重量に基づいて、サンプル2(a)の組成は20% CuO及び80% Alであると計算され、スピネル触媒サンプル2(a)20CuAlと名付けた。
スピネル触媒2(a)の活性度を固定層反応器で評価した。この実験で、0.72グラム(14cm(5.5”)層長さ)のサンプル2(a)を、H下100sccmで500℃で3〜4時間還元し、その後H及びSiCl中ステンレス鋼SiClバブラーを通してHを泡立てることにより750℃で15分間処理した。H及びSiClの全流量は150sccmであり、HとSiClのモル比は1:1であった。SiCl流を、バブラー温度を37.2℃に保持することによりH流で制御した。バブラーから出た気体及び蒸気を、サンプル2(a)を含むフロー反応器のガラス管に供給して、20% Siを含む反応物を生成した。15分後、SiCl流を止め、1時間にわたって300℃に冷却する間、100sccmの水素流を持続した。反応器が300℃に達したとき、Hを50sccmのアルゴン流で30分間反応器からパージした。30分後、アルゴン流を止め、CHClを5sccmの流量で300℃かつ大気圧で60分間反応器に供給した。反応器流出物を定期的にサンプリングし、GCで分析して反応器から出た全質量に基づいて(CHSiCl及びその他クロロシランの重量パーセントを測定した。次に、CHCl供給を止め、(消耗)反応物を、Hで500℃30〜60分間処理し、再度H/SiClに750℃15分間接触させて反応物を再生成した。H及びSiClの合わせた流量は150sccmであり、HとSiClのモル比は1:1であった。反応物が再生成された後、反応器をアルゴンで再度パージし、CHClを上記したように再生成した反応物に接触させた。サイクルを4回繰り返した。結果を表5に示す。本実施例は、主生成物であるジメチルジクロロシランを含むメチルクロロシランの混合物が、本発明の方法により製造されることを示す。
Figure 0006479794
レート=Siのg/時間/触媒のg、その他**=(CH)HSiCl、(CHHSiCl、(CHSiCl、SiCl
スピネル触媒サンプル2(b)を、7グラムのアルミナ及び11グラムのCu(NO.2.5HOを使用し、焼成を1000℃で6時間加熱することにより行ったことを除いて、サンプル2(a)について上記したように製造した。銅塩及びアルミナの開始重量に基づいて、サンプル2(b)の組成が30% CuO及び70% Alであると計算され、スピネル触媒サンプル30CuAlと名付けた。
スピネル触媒サンプル2(b)の活性度を、1.25グラムのサンプル2(b)をH下で還元し、その後H及びSiCl中750℃で16分間処理したことを除いて、サンプル2(a)について上記したように評価した。16分後、SiCl流を止め、1時間にわたって320℃に冷却する間100sccmの水素流を持続した。反応器が320℃に達したとき、Hを50sccmのアルゴン流で30分間反応器からパージした。30分後、アルゴン流を止め、CHClを5sccmの流量で320℃かつ大気圧で60分間反応器に供給した。反応器流出物を定期的にサンプリングし、GCで分析して反応器から出た全質量に基づいて(CHSiCl及びその他クロロシランの重量パーセントを測定した。次に、CHCl供給を止め、(消耗)反応物をHで500℃で30〜60分間処理し、再度H/SiClに750℃で16分間接触させて反応物を再生成した。反応物が再生成された後、反応器をアルゴンで再度パージし、CHClを上記したように再生成した反応物に接触させた。サイクルを9回繰り返した。結果を表6に示す。本実施例は、主生成物であるジメチルジクロロシランを含むメチルクロロシランの混合物が、本発明の方法により製造されることを示す。
Figure 0006479794
レート=Siのg/時間/触媒のg、a)工程1を36分間行った、その他**=(CH)HSiCl、(CHHSiCl、(CHSiCl、SiCl
サンプル2(c)(Au−Mg−CuAlと名付けられた)を、3.31グラムのCuCl(Aldrich451665、99.995+%)、0.077グラムのAuCl(Aldrich334049、99%)及び0.066グラムのMgCl(Alfa Aesar232−094−6、100%)を35mL濃塩酸に溶解させ、100℃で5分間静かに加熱して塩溶液を生成することを除いて、サンプル2(b)について上記したように製造した。この塩溶液をその後7グラムのアルミナ(DAVICAT AL2720)(あらかじめ120℃に加熱して乾燥した)に加えた。得られた物質を、サンプル2(b)について上記したように乾燥し、焼成した。金属前駆体の開始重量に基づいて、アルミナ担体上の添加量は0.71% Au、0.24% Mg及び22.3% Cuであると計算され、スピネル触媒サンプル2(c)としてAu−Mg−CuAlと名付けた。
スピネル触媒サンプル2(c)の活性度を、0.7グラムのサンプル2(c)を、H及びSiCl中750℃で10〜30分間処理される前に、H下100sccmで500℃で3時間、750℃で1時間還元したことを除いて、サンプル2(b)について上記したように固定層反応器で評価した。残りの条件はサンプル2(b)について上記したとおりであった。結果を表7に示す。本実施例は、主生成物であるジメチルジクロロシランを含むメチルクロロシランの混合物が、本発明の方法により製造されることを示す。
Figure 0006479794
スピネル触媒サンプル2(d)(13%CuO−Alと呼ばれる)を、Sigma−Aldrichから購入したAl触媒上に市販のCuO(417971)から、アルミン酸銅型スピネル触媒を生成するために500℃の熱風炉で15時間加熱し、空気中1000℃で8時間焼成することにより生産し、それを13CuAlと名付けた。
サンプル2(d)の活性度を、固定層反応器で評価した。この実験で、1.3グラム(14cm(5.5”)層長さ)の触媒を、H下100sccmで500℃で3〜4時間還元し、その後H及びSiCl中ステンレス鋼SiClバブラーを通してHを泡立てることにより750℃で16〜30分間処理した。H及びSiClの全流量は150sccmであり、HとSiClのモル比は1:1であった。SiCl流を、バブラー温度を37.2℃に保持することによりH流で制御した。バブラーから出た気体及び蒸気を、サンプル2(d)を含むフロー反応器のガラス管に供給して、20〜30% Siを含む反応物を生成した。この後、SiCl流を止め、1時間にわたって320℃に冷却する間、100sccmの水素流を持続した。反応器が320℃に達したとき、Hを50sccmのアルゴン流で30分間反応器からパージした。30分後、アルゴン流を止め、CHClを5sccmの流量で320℃かつ大気圧で60分間反応器に供給した。反応器流出物を定期的にサンプリングし、GCで分析して反応器から出た全質量に基づいて(CHSiCl及びその他クロロシランの重量パーセントを測定した。次に、CHCl供給を止め、(消耗)反応物をHで500℃で30〜60分間処理し、再度H/SiClに750℃で16分間接触させて反応物を再生成した。H及びSiClの合わせた流量は150sccmであり、HとSiClのモル比は1:1であった。反応物が再生成された後、反応器をアルゴンで再度パージし、CHClを上記したように再生成した反応物に接触させた。サイクルを5回繰り返した。結果を表8に示す。本実施例は、主生成物であるジメチルジクロロシランを含むメチルクロロシランの混合物が、本発明の方法により製造されることを示す。
Figure 0006479794
レート=Siのg/時間/触媒のg、その他**=(CH)HSiCl、(CHHSiCl、(CHSiCl、SiCl
スピネル触媒サンプル2(e)(43.8%CuAlと呼ばれる)を製造するため、11.24グラムのアルミナ(DAVICAT AL2720)を120℃に加熱して乾燥し、20mLの脱イオン水に入れた14グラムのCu(NO.2.5HOに含浸させた。得られた物質を、サンプル2(a)について上記したように、500℃で14時間加熱することにより乾燥した。上記製造した得られた物質を、20mLの脱イオン水に入れた12グラムのCu(NO.2.5HOに含浸させた。得られた混合物を、ホットプレート上で加熱することにより乾燥して過剰の水分を除去し、更に120℃の熱風炉で乾燥した。得られた含浸アルミナを空気中500℃で16時間加熱し、空気中1000℃で加熱することにより焼成し、アルミン酸銅型スピネル触媒サンプル2(e)を生成した。銅塩及びアルミナの開始重量に基づいて、サンプル2(e)の最終組成が43.8% CuO及び56.2% Alであると計算され、それはCuO:Alの50:50モル%である。この触媒をXRDで分析して、アルミン酸銅スピネルの存在を確認した。43.8%CuAlスピネル触媒がこの実施例で生成された。
サンプル2(e)の活性度を、固定層反応器で評価した。この実験で、1.7グラム(14cm(5.5”)層長さ)の触媒を、H下100sccmで500℃/3時間かつ750℃/1時間還元し、その後H及びSiCl中ステンレス鋼SiClバブラーを通してHを泡立てることにより750℃で5〜60分間処理した。H及びSiClの全流量は、H対SiClのモル比を変えながら、150sccmであった。SiCl流を、バブラー温度を変えることによりH流で制御した。バブラーから出たガス及び蒸気を、サンプル2(c)を含有するフロー反応器のガラス管に供給して、25% Siを含む反応体を生成した。この後、SiCl流を止め、1時間にわたって300℃に冷却する間、100sccmの水素流を持続した。反応器が300℃に達したとき、Hを50sccmのアルゴン流で30分間反応器からパージした。30分後、アルゴン流を止め、CHClを5sccmの流量で320℃かつ大気圧で40〜60分間反応器に供給した。反応器流出物を定期的にサンプリングし、GCで分析して反応器から出た全質量に基づいて(CHSiCl及びその他クロロシランの重量パーセントを測定した。次に、CHCl供給を止め、(消耗)反応物をHで500℃で30〜60分間処理し、再度H/SiClに750℃で接触させて反応物を再生成した。H及びSiClの合わせた流量は150sccmであり、HとSiClのモル比は1:1/2:1であった。反応物が再生成された後、反応器をアルゴンで再度パージし、CHClを上記したように再生成した反応物に接触させた。サイクルを6回繰り返した。結果を表9〜10に示す。本実施例は、主生成物であるジメチルジクロロシランを含むメチルクロロシランの混合物が、本発明の方法により製造されることを示す。
Figure 0006479794
レート=Siのg/時間/触媒のg、その他**=(CH)HSiCl、(CHHSiCl、(CHSiCl、SiCl
Figure 0006479794
実施例3では、市販のスピネル触媒を使用した。Sigma−Aldrichから購入した銅鉄酸化物(CuFe)スピネル触媒を、液圧プレスを使用して5X5サイズの錠剤にペレット化し、1mm粒子に篩分けした。このスピネル触媒の活性度を固定層反応器で評価した。この実験で、1.75グラム(14cm(5.5”)層長さ、1mm粒子)の触媒を、H下100sccmで500℃で3〜4時間還元し、その後H及びSiCl中ステンレス鋼SiClバブラーを通してHを泡立てることにより750℃で30分間処理した。H及びSiClの全流量は150sccmであり、HとSiClのモル比は1:1であった。SiCl流を、バブラー温度を37.2℃に保持することによりH流で制御した。バブラーから出た気体及び蒸気を、スピネル触媒を含むフロー反応器のガラス管に供給して、20% Siを含む反応物を生成した。この後、SiCl流を止め、1時間にわたって320℃に冷却する間、100sccmの水素流を持続した。反応器が320℃に達したとき、Hを50sccmのアルゴン流で30分間反応器からパージした。30分後、アルゴン流を止め、CHClを5sccmの流量で320℃かつ大気圧で60分間反応器に供給した。反応器流出物を定期的にサンプリングし、GCで分析して反応器から出た全質量に基づいて(CHSiCl及びその他クロロシランの重量パーセントを測定した。次に、CHCl供給を止め、(消耗)反応物をHで500℃で30〜60分間処理し、再度H/SiClに750℃で30分間接触させて反応物を再生成した。H及びSiClの合わせた流量は150sccmであり、HとSiClのモル比は1:1であった。反応物が再生成された後、反応器をアルゴンで再度パージし、CHClを上記したように再生成した反応物に接触させた。サイクルを5回繰り返した。結果を表11に示す。本実施例は、メチルクロロシランの混合物が本発明の方法により製造されることを示す。
Figure 0006479794
その他**=(CH)HSiCl、(CHHSiCl、(CHSiCl、SiCl
実施例4では、Sigma−Aldrichから購入したクロム酸銅(2CuO.Cr)スピネルを液圧プレスを使用して5X5サイズの錠剤にペレット化し、その後1mm粒子に篩分けした。
この触媒の活性度を固定層反応器で評価した。この実験で、1.5グラム(14cm(5.5”)層長さ、1mm粒子)のスピネル触媒を、H下100sccmで500℃で3〜4時間還元し、その後H及びSiCl中ステンレス鋼SiClバブラーを通してHを泡立てることにより750℃で30分間処理した。H及びSiClの全流量は150sccmであり、HとSiClのモル比は1:1であった。SiCl流を、バブラー温度を37.2℃に保持することによりH流で制御した。バブラーから出た気体及び蒸気を、スピネル触媒を含むフロー反応器のガラス管に供給して、30%Siを含む反応物を生成した。工程1の後、SiCl流を止め、1時間にわたって320℃に冷却する間、100sccmの水素流を持続した。反応器が320℃に達したとき、Hを50sccmのアルゴン流で30分間反応器からパージした。30分後、アルゴン流を止め、CHClを5sccmの流量で320℃かつ大気圧で60分間反応器に供給した。反応器流出物を定期的にサンプリングし、GCで分析して反応器から出た全質量に基づいて(CHSiCl及びその他クロロシランの重量パーセントを測定した。次に、CHCl供給を止め、(消耗)反応物をHで500℃で30〜60分間処理し、再度H/SiClで、反応物を再生成するために、750℃で30分間接触させた。H及びSiClの合わせた流量は150sccmであり、HとSiClのモル比は1:1であった。反応物が再生成された後、それをアルゴンで再度パージし、CHClを上記したように再生成した反応物に接触させた。サイクルを6回繰り返した。結果を表12に示す。本実施例は、メチルクロロシランの混合物が本発明の方法により製造されることを示す。
Figure 0006479794
その他**=(CH)HSiCl、(CHHSiCl、(CHSiCl、SiCl
実施例5では、アルミン酸銅スピネル触媒(43.8%CuAl、70ミクロン粒径)を内径5センチメートル(2インチ)の石英(内側、インコネル600)流動層反応器(80cmのフリーボード高さを有する)に投入した。触媒を、シリカフリット分配器を通して流れる50容積%のN及び50容積%のH下500℃で2時間、750℃で1時間還元した。反応器には別個のSiCl流を供給する設備があった。SiCl導管を、反応器に供給する前に予熱し、導管は反応器の底からであった。還元後、N流を止め、スピネル触媒をSiCl及びHで2時間処理して5% Siを含む反応物を生成した。H及びSiClの全流速は4.6m/m(15fpm)であり、HとSiClのモル比は1:1であった。SiCl供給量をぜん動ポンプにより制御し、供給タンクの重量減少で確認した。2時間後、SiCl流を止め、1時間にわたって320℃に冷却する間、0.82LPMの水素流を持続した。反応器が320℃に達したとき、Hを窒素流で30分間反応器からパージした。30分後、窒素流を止め、CHClを、2.56LPMの流量の窒素で希釈した0.28LPMの流量で320℃かつ大気圧で60分間反応器に供給した。反応器流出物を定期的にサンプリングし、GCで分析して反応器から出た全質量に基づいて(CHSiCl及びその他クロロシランの重量パーセントを測定した。次に、CHCl供給を止め、(消耗)反応物を、Hで500℃で30〜60分間処理し、再度H/SiClに750℃で2時間接触させて反応物を再生成した。H及びSiClの合わせた流速は4.6m/m(15fpm)であり、HとSiClのモル比は1:1であった。反応物が再生成された後、反応器を再度窒素でパージし、CHCl(窒素で希釈)を上記したように再生成した反応物に接触させた。サイクルを5回繰り返した。結果を表13に示す。本実施例は、メチルクロロシランの混合物が本発明の方法により製造されることを示す。
Figure 0006479794
レート=Siのg/時間/触媒のg
本明細書で記載したスピネル触媒は担持銅触媒と異なる。理論に束縛されることを望まないが、Al担持CuO触媒のXRDパターンがCuO相によるシグナルは、全てアルミナとして現れ、全アルミナが高い添加量のCuO濃度で覆われていたと考えられる。それに対して、焼成後、CuOとAlとの相互作用が起こり、XRDパターンにおいてスピネル相(CuAl)が現れる。
実施例6では、スピネル触媒をその場で生成した。43.8%のCuO及び56.2%のAlの混合物の100g量を、内径5センチメートル(2インチ)の石英(内側、インコネル600)流動層反応器(80cmのフリーボード高さを有する)内に置いた。反応器を窒素(N)ガス下でパージした。反応器を加熱し、混合物をNガス下で焼成した。反応器温度をゆっくりと100℃刻みで800℃まで上昇させ、800℃で3時間維持した。反応器温度を更に950℃に上昇させ、1時間維持し、その後N雰囲気下で1晩冷却した。Nガス流を3m/m(10ft/分)で持続して焼成中混合物を流動化した。翌日、反応器からサンプルを取りXRDで分析し、アルミン酸銅スピネルの存在を確認した。
このスピネルを50容量%のN及び50容量%のH下3m/m(10ft/分)の全体速度で還元した。初めに、反応器を、スイッチを入れ、全体のガス流3L/分下100℃にセットして6分間維持し、その後温度を100℃刻みで800℃に上昇させて各温度で30分間維持し、最後に800℃で3時間維持した。全体のガス流を3m/m(10ft/分)で持続して還元中反応器内容物を流動化した。
上記した還元の後、N流を止め、反応器中のスピネル触媒をSiCl及びHで2時間処理して5%Siを含む反応物を生成した。工程(1)でH及びSiClの全流速は3m/m(10ft/分)で、HとSiClのモル比1:1であった。2時間後、SiCl流を止め、1.1L/分のH流を、1時間にわたって、300℃に冷却しながら、3m/m(10ft/分)の速度を持続する間、設定した。反応器が300℃に達したとき、HをN流で30分間反応器からパージした。
この工程(2)で、30分後、N流を止め、0.98L/分の流量のNで希釈したCHClを0.98L/分の流量で300℃かつ大気圧で60分間反応器に供給した。反応器流出物を定期的にサンプリングし、GCで分析、反応器から出た全質量に基づいて反応生成物中の(CHSiCl及びその他クロロシランの重量パーセントを測定した。
次に、CHCl供給を止め、消耗触媒をHで500℃で30〜60分間処理し、再度H及びSiClに750℃で2時間接触させて反応物を再生成した。H及びSiClの合わせた流速は3m/m(10ft/分)であり、HとSiClのモル比は1:1であった。反応物が再生成された後、それをNで再度パージし、(Nで希釈した)CHClを上記のように再生成した反応物に接触させた。サイクルを6回繰り返した。結果を表14に示す。本実施例は、活性アルミン酸銅触媒が本発明の方法により流動層反応器で、メチルクロロシラン混合物を生産するその場で製造できることを示す。
Figure 0006479794
レート=Siのg/時間/反応物のg;その他=MeHSiCl、MeHSiCl、MeSiCl、及びSiClの合わせた量;nd=測定せず
実施例7では、CuO及びAl(全部で3g、1:1のモル比)を混合し、1.3cm(1/2”)石英反応器(内側インコネル600)内に置いた。反応器を、Nガスでパージし、その後900℃に加熱してCuO及びAl混合物をNガス流下50sccmで8時間焼成した。反応器をその後N雰囲気下で1晩冷却した。翌日、反応器からサンプルを取りXRDで分析し、アルミン酸銅スピネルの存在を確認した。
アルミン酸銅スピネルを、Hガスで100sccmの流量で500℃で2時間かつ750℃で2時間還元し、H及びSiCl中ステンレス鋼SiClバブラーを通してHを泡立てることにより750℃で30分間処理した。H及びSiClの全流量は150sccmで、HとSiClのモル比1:1であった。SiCl流を、バブラー温度を37.2℃に保持することによりH流で制御した。バブラーから出た気体及び蒸気をアルミン酸銅スピネル触媒を含むフロー反応器に供給して、20% Siを含む反応物を生成した。
30分後、SiCl流を止め、1時間にわたって300℃に冷却する間、100sccmのH流を持続した。反応器が300℃に達したとき、Hを50sccmのアルゴン流で30分間反応器からパージした。30分後、アルゴン流を止め、CHClを5sccmの流量で、大気圧かつ300℃で60分間反応器に供給した。反応器流出物を定期的にサンプリングし、GCで分析して反応器から出た全質量に基づいて(CHSiCl及びその他クロロシランの重量パーセントを測定した。
次に、CHCl供給を止め、消耗触媒をHで500℃で30〜60分間処理し、再度H及びSiClに750℃で30分間接触させて反応物を再生成した。H及びSiClの合わせた流量は150sccmであり、HとSiClのモル比は1:1であった。反応物が再生成された後、反応器をアルゴンで再度パージし、CHClを上記したように再生成された反応物に接触させた。サイクルを7回繰り返した。結果を表15に示す。本実施例は、アルミン酸銅触媒が本明細書で記載された方法により流動層反応器で、メチルクロロシラン混合物を含む反応生成物を生産するその場で製造できることを示した。
Figure 0006479794
レート=Siのg/時間/反応物のg;その他=まとめると、MeHSiCl、MeHSiCl、MeSiCl、SiCl
実施例8では、CuO及びAl(全部で20g、1:1モル比)を混合し、その後平底るつぼに置いた。混合物を、5℃/分の加熱速度で、炉で空気中900℃で15時間焼成し、その後1晩室温に冷却した。翌日、反応器からサンプルを取りXRDで分析し、アルミン酸銅スピネルの存在を確認した。
アルミン酸銅スピネル(2g)を1.3cm(1/2”)石英反応器(内側インコネル600)中に置いた。アルミン酸銅スピネルをその後、サイクルを3回繰り返したことを除いて、実施例7に上記したように使用した。結果を表16に示す。本実施例は、アルミン酸銅スピネルが、本明細書で記載された方法により固定層反応器でメチルクロロシランの混合物を生産するために、CuO及びAlを物理混合して空気焼成を使用することにより製造できることを示した。
Figure 0006479794
レート=Siのg/時間/反応物のg;その他=まとめると、MeHSiCl、MeHSiCl、MeSiCl、SiCl
範囲の開示は、範囲そのものまたその中に含まれるあらゆるものも端点も含む。例えば、2.0〜4.0という範囲の開示は、2.0〜4.0という範囲だけでなく、個々の2.1、2.3、3.4、3.5及び4.0も、その範囲内に含まれる任意の他の数も含む。更に、例えば、2.0〜4.0という範囲の開示は、例えば、2.1〜3.5、2.3〜3.4、2.6〜3.7及び3.8〜4.0という部分集合も、その範囲内に含まれる任意の他の部分集合も含む。
様々な実施態様の特定の特色又は特徴を記載するために本明細書で依拠された任意のマーカッシュ群に関して、異なる、具体的な及び/又は予期しない結果が、他の全てのマーカッシュ構成要素から独立したそれぞれのマーカッシュ群の各構成要素から得ることができることは理解されることである。マーカッシュ群の各構成要素は、個々に及び/又はマーカッシュ群の任意の他の1つ若しくは複数の構成要素と組合せて依拠することができ、各構成要素は添付の特許請求の範囲内で具体的実施態様について適切な根拠を提供する。例えば、マーカッシュ群、アルキル、アリール及び炭素環式、の開示は、個々のアルキル構成要素、アルキル及びアリールのサブグループ、並びにそれに含まれる任意の他の個々の構成要素及びサブグループを含む。
本開示の種々の実施態様を記載するに依存された任意の範囲及び部分範囲は、添付の特許請求の範囲内に独立的かつ集合的に入ることも理解されるべきであり、また全体値及び/又は部分値(例えかかる値が明白に記載されていないとしても)を含む全ての範囲を記載し、考慮することが理解される。列挙された範囲及び部分範囲が本開示の種々の実施態様を十分に記述かつ可能し、かかる範囲及び部分範囲が関連する2分の1、3分の1、4分の1、5分の1などに更に詳述され得る。単なる一例として、範囲「200〜1400」は、下3分の1、即ち200〜600、中3分の1、即ち600〜1000、及び上3分の1、即ち1000〜1400と更に詳述でき、それらは個別的かつ集合的に添付の特許請求の範囲内であり、かつ添付の特許請求の範囲内の具体的実施態様に個別的及び/又は集合的に依拠することができ、適切な根拠を提供する。その上、範囲を定義又は修飾する言語、例えば「少なくとも」、「を超える」、「未満」、「以下」などに関して、かかる言語には部分範囲及び/又は上限若しくは下限を含むと理解するべきである。別の例として、「少なくとも0.1%」の範囲は、本質的に0.1%〜35%の部分範囲、10%〜25%の部分範囲、23%〜30%の部分範囲などを含み、各部分範囲は、添付の特許請求の範囲内の具体的実施態様に個別的及び/又は集合的に依拠することができ、適切な根拠を提供する。最終的には、開示された範囲内の個々の数は、添付の特許請求の範囲内の具体的実施態様に依拠することができ、適切な根拠を提供する。例えば、範囲「1〜9」は、種々の個々の整数、例えば3なども、小数点(又は分数)、例えば4.1などを含む個々の数も含み、それらは添付の特許請求の範囲内の具体的実施態様に依拠することができ、適切な根拠を提供する。
独立請求項及び従属請求項(単一項従属及び多数項従属の両方とも)の全ての組合せの主題が明確に企画されているが、簡潔にするために詳細には記載されていない。本開示は例示的に記載したものであり、使用されている用語は、限定ではなく説明の言葉としての性質を持つことを意図していることを理解すべきである。前述した教示に照らして本開示の多くの変更及び変形が可能であり、本開示は、具体的に記載されているものとは異なる方法で実施することができる。

Claims (12)

  1. ハロシランを含む反応生成物を製造する方法であって、工程(1)及び工程(2)を含み、
    [ここで、工程(1)は、600℃〜1400℃の温度で式HSiX(4−a−b)(式中、下付き記号aは0〜4の整数であり、下付き記号bは0又は1であり、数(a+b)≦4、各Rは独立して1価有機基であり、各Xは独立してハロゲン原子である)のシランを含む第1成分を、銅を含むスピネル触媒と接触させ、それにより反応物を生成する(ただし、数(a+b)<4のときは前記第1成分が更にHを含む)工程であり、
    工程(2)は、前記反応物を、有機ハロゲン化物を含む第2成分と100℃〜600℃の温度で接触させ、それにより反応生成物及び消耗反応物を生成する工程である]
    前記方法は更に任意に工程(3)及び工程(4)を含み、
    [ここで工程(3)は200℃〜1400℃の温度で前記消耗反応物を、式HSiX(4−a−b)(式中、下付き記号aは0〜4の整数であり、下付き記号bは0又は1であり、数(a+b)≦4、各Rは独立して1価有機基であり、各Xは独立してハロゲン原子である)の追加シランを含む追加第1成分と接触させ(ただし、数(a+b)<4のときは前記追加成分が更にHを含む)、それにより前記反応物を再生成する工程であり、
    工程(4)は工程(3)で再生成した前記反応物を、有機ハロゲン化物を含む追加第2成分と100℃〜600℃の温度で接触させる工程である]これにより追加反応生成物及び追加消耗反応物を生成し、
    前記方法は任意に工程(5)を更に含み、(ここで、工程(5)は工程(3)と工程(4)を少なくとも1回繰り返す工程である)
    前記方法は更に任意に工程(2)〜工程(5)のうちの任意の1つ又は複数の後に工程(6)を含む、(ここで工程(6)はハロシランを回収する工程である)方法。
  2. 前記スピネル触媒が次の条件(A)〜(E);
    条件(A)は銅が前記スピネルの一部であること;
    条件(B)は銅が前記スピネルの一部であり、前記スピネル触媒が過剰の担体を更に含むこと;
    条件(C)は銅が前記スピネルの一部であり、前記スピネル触媒が更に促進剤を含むこと;
    条件(D)は前記スピネル触媒がスピネル上に担持された銅を含むこと;又は
    条件(E)は前記スピネル触媒がスピネル上に担持された銅及び前記スピネルの一部を形成する銅の両方を含むこと;のうちの1つを満たす、請求項1に記載の方法。
  3. 前記スピネル触媒が1つ若しくは複数のCuAl又はCuFe、20% CuAl、30% CuAl、43.8% CuAl、13% CuAl、Au−Mg−CuAl、CuO/NiAl、Cu/CuAl、Cu/NiAl、Cu/MgAl、30% Cu/10% NiAl、若しくは2CuO.Cr、CuO/CuAl、30% Cu/10% CuAl又は30% Cu/20% CuAlを含む、請求項1に記載の方法。
  4. 前記スピネル触媒が実験式CuM’(式中、M’はAl、Cr、Fe、Mg又はNiである)のスピネルを含む、請求項1に記載の方法。
  5. 前記スピネル触媒が次の工程:
    i)担体と前駆体とを配合し、それにより配合物を生成する工程と、
    ii)前記スピネル触媒を生成するのに十分な温度かつ時間で、大気中で前記配合物を焼成する工程と、を含む方法により製造される、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
  6. 工程i)前及び/又は工程ii)後に工程a)と工程b)
    [ここで、工程a)は、前記担体と追加金属前駆体を配合し、それにより更なる配合物を生成する工程であり、
    工程b)は、前記スピネル触媒を生成するために前記更なる配合物を焼成する工程であり、ここで前記金属前駆体中の金属が銅以外の金属である]を更に含む、請求項5に記載方法。
  7. 以下の工程:
    工程(1)で前記スピネル触媒を前記シランを含む前記成分と接触させる前に、前記スピネル触媒をパージ及び/若しくは処理する工程、並びに/又は、
    工程(2)で前記反応物を前記有機ハロゲン化物と接触させる前に、前記反応物をパージ及び/若しくは処理する工程、並びに/又は、
    工程(3)で前記消耗反応物を前記追加成分と接触させる前に、前記消耗反応物をパージ及び/若しくは処理する工程、並びに/又は、
    工程(4)で工程(3)にて再生成された前記反応物を前記(追加の)有機ハロゲン化物と接触させる前に、工程(3)にて再生成された前記反応物をパージ及び/若しくは処理する工程、並びに/又は、
    前記追加消耗反応物をパージ及び/若しくは処理する工程、を更に含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
  8. 工程(2)及び任意に工程(4)(存在する場合)で前記反応物と前記有機ハロゲン化物との接触をHの非存在下で行う、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
  9. ポリオルガノシロキサンを生産するための反応物としてハロシランを使用することを更に含む、請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法。
  10. 前記スピネル触媒が以下の工程:
    i)銅酸化物と第2金属酸化物(ここで第2金属酸化物は銅酸化物と異なる)を配合する工程と、
    ii)前記スピネル触媒を生成するために配合物を焼成する工程と、を含む方法により製造される、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
  11. 工程ii)が反応器内で行われ、工程(1)が同じ反応器内で行われる、請求項10に記載の方法。
  12. 前記第2金属酸化物がAl、Cr、及びFeからなる群から選択される、請求項10又は請求項11に記載の方法。
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