JPH0841077A - オルガノオキシシランの製造方法 - Google Patents
オルガノオキシシランの製造方法Info
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Abstract
るいは従来と同等の収率をより簡単により小型の装置で
実現すること。 【構成】 Rn SiCl4-n のクロロシランとアルコー
ルを膜中で接触させ、オルガノオキシシランと塩化水素
を生成させ、塩化水素を膜中から気化させて平衡反応を
オルガノオキシシランの生成に有利に導く。
Description
オキシ化方法に係る。この方法では膜の状態でクロロシ
ランを、クロロシランのエステル化が可能なアルコール
と接触させて、オルガノオキシシランと塩化水素の平衡
混合物を生成する。この膜を加熱して平衡混合物から塩
化水素を蒸気させて、平衡混合物中のオルガノオキシシ
ランの収率を増加させる。好ましい方法では、落下膜型
(falling−filmtype)反応器又はワイ
プト膜型(wiped−film)反応器で行なう。
製造するオルガノオキシシロキサンは他のシランの製造
の中間体として有用であり、またカップリング剤、シリ
ル化剤、表面処理剤として用いることができる。オルガ
ノオキシシランは一般的にそれからオルガノオキシシラ
ンを生成するオルガノオキシシランより取扱い上安全で
あり、またオルガノオキシ基のオルガノ置換基は有機化
合物および有機材料とより適合可能なオルガノオキシシ
ランを得るように選択することができる。
ノオキシシランの生成反応は下記式
て、オルガノオキシシランの収率を高めるように反応を
誘導するためには、塩化水素をそれが反応混合物中に生
成したときに除去することが望ましい。さらに、反応中
に放出される塩化水素は出発物質および生成物と反応し
て不所望な副生成物を生成するので、これがまた所望の
生成物の収率を低下させる。例えば、放出された塩化水
素はアルコールと反応して炭化水素塩化物と水を生成す
る。この反応によりかなりのアルコールの損失が生じ
る。さらに、この副反応で生成した水はクロロシランを
加水分解して不所望なポリシロキサンを生成しまたより
多くの塩化水素を発生する。また、塩化水素はそれ単独
で又はアルコールと共に、クロロシランに存在する他の
官能基と反応することがある。
塩化水素を迅速かつ効果的に反応混合物から除去する方
法を提供することである。本発明者らは、前記の平衡反
応を薄膜法(thin−film process)で
実施することにより上記の目的を達成できることを見い
出した。本発明は反応生成物である塩化水素を系から除
去する有効な手段を提供することにより、系の化学平衡
をオルガノオキシシロキサンの生成に好ましい方向に移
すものである。本発明はまた副反応と副反応の結果とし
ての不所望な副生成物を最小限にする手段を提供するも
のである。本発明のもう1つの目的は、物質移動を改良
して、現在商業的に使用されている反応性蒸留反応器で
実現可能なよりもより有効な反応操作を可能にする製法
を提供することである。
化学平衡を動かして不所望な副反応を減少させる多くの
方法が報告されている。例えば、米国特許第3,00
8,975号、同第3,651,117号、同第3,7
92,071号、同第3,985,781号、同第4,
039,567号、同第4,173,576号、同第
4,298,753号、同第4,506,087号、同
第4,924,022号。
シランのエステル化反応を薄膜法(thin−film
process)として実施することができ、それに
よって塩化水素を反応系から有効に気化(蒸発)させて
除去することができることを認識していない。本発明の
製法によればオルガノオキシシランの収率を増大し、不
所望な副反応を減少させることができる。同様に、本発
明の製法は、現在使用されている典型的な反応性蒸留法
と比べて、同等の収率をより簡単でより小型の反応器で
製造できる。
クロロシランのオルガノオキシ化方法である。この方法
は、(A)膜中で式(1)、即ち、Rn SiCl
4-n (式中、各Rは独立して水素原子、1〜20個の炭
素原子を含む1価炭化水素基、または1〜20個の炭素
原子を含みハロゲン置換した1価炭化水素基から選ば
れ、n=0,1,2又は3である。)のクロロシラン
を、該クロロシランのケイ素原子とエステル化反応をし
得るアルコールと接触させてオルガノオキシシランと塩
化水素を生成し、(B)該膜から塩化水素を気化させて
オルガノオキシシランの生成を促進し、(C)オルガノ
オキシシランを回収する工程を含むことを特徴とするオ
ルガノオキシシランの製造方法である。
(1)で表わされるものである。この製法のエステル化
反応はケイ素原子上に少なくとも1個の塩素置換基を有
することが必要であり、4個の塩素置換基がケイ素原子
上に存在してもよい。クロロシランは0,1,2又は3
個の置換基R(Rは独立して水素原子、1〜20個の炭
素原子を含む非置換1価炭化水素基、又は1〜20個の
炭素原子を含むハロゲン置換1価炭化水素基から選択さ
れる。)を有することができる。水素原子のほかに、R
はアルキル(例えば、メチル、エチル、プロピル、ブチ
ル、イソブチル、sec−ブチル、オクチル、オクチル
デシル、2−エチルヘキシル)、アルケニル(例えば、
ビニル、アリル)、ヘキサジエン、シクロアルキル(例
えば、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチ
ル)、芳香族炭化水素基(例えば、ペンチル、ナフチ
ル)、アラルキル又はアリールアルキル(例えば、ベン
ジル、2−フェニルエチル、2−フェニルプロピル)、
アルカリール又はアルカリアリール(例えば、トリル、
ジメチルフェニル)、ハロゲン置換炭化水素基(例え
ば、クロロメチル、3−クロロプロピル、3,3,3−
トリフルオロプロピル)であることができる。
ロロシラン(H3 SiCl)、トリクロロシラン、テト
ラクロロシラン、メチルジクロロシラン、ジメチルジク
ロロシラン、トリメチルクロロシラン、エチルジクロロ
シラン、ビニルトリクロロシラン、メチルビニルジクロ
ロシラン、フェニルジクロロシラン、フェニルトリクロ
ロシラン、ジフェニルジクロロシラン、メチルヘキサン
ジエニル、ジクロロシラン、(クロロプロピル)トリク
ロロシラン、ビス(3,3,3−トリフルオロプロピ
ル)ジクロロシラン、トリス(3,3,3−トリフルオ
ロプロピル)クロロシランがある。
とエステル化しうるアルコールと接触させてオルガノオ
キシシランと塩化水素を生成させる。本明細書で用語
「アルコール」は炭素、水素及び酸素だけを含む化合物
で、非カルボキシ基炭素原子だけにただ1個の水酸基が
結合し、アルコール中の他のすべての酸素原子はエーテ
ル基であるか又は水酸基もしくはエステル構造の一部で
あるような化合物を指称する。本発明の製法の条件下で
クロロシランのケイ素原子とエステル化反応を行ないう
るすべてのアルコールは使用できる。このようなアルコ
ールの選択に伴なう唯一の制約はアルコールの沸点の実
用上の考慮である。
ール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタ
ノール、イソブタノール、ターシャリブチルアルコー
ル、n−ペンタノール、イソペンタノール、n−ヘキサ
ノール、2−エチル−n−ヘキサノール、アリルアルコ
ール、シクロヘキサノール、フェノール、ベンジルアル
コール、2−メトキシアルコール、2−エトキシエタノ
ール、2−ブトキシエタノールがある。
1価アルコールであることが好ましい。アルコールがメ
タノール又はエタノールであることが最も好ましい。本
発明の製法で用いるアルコール対クロロシランのモル比
は、ケイ素に結合した塩素原子の数、および各ケイ素原
子上のオルガノオキシ基で置換されることが望まれる塩
素原子の数に依存する。
素原子を置換することが望ましい場合、アルコール対ク
ロロシランのモル比は化学量論的等量(stoichi
ometric equivalence)の60〜1
40%の範囲内で変更することができる。しかしなが
ら、アルコール対クロロシランのモル比が95〜110
%の範囲内が好ましい。最も好ましくは100〜105
%の範囲内である。化学量論的等量とは、反応系に添加
されるクロロシラン中のケイ素に結合した塩素原子の1
モルに対して、アルコール1モルとして定義される。
m)中で接触される。本発明の製法では、アルコールと
クロロシランのいずれか一方又は双方が液相でなければ
ならない。しかしながら、当業者は薄膜を形成するため
には反応体中の単に1成分が液相である必要があり、そ
の他の成分は気相(蒸気)として薄膜に接触させること
ができることを理解するであろう。従って、反応体のう
ち少なくとも1つが液相であるという上記の条件が満た
される限り、アルコール、クロロシラン又はその両方を
それらの接触前に予想することができる。好ましい方法
では、クロロシランの膜を形成し、アルコールを蒸気と
してその膜に接触させる。
く、業界公知のどの方法でもよい。本発明の方法の利点
は、塩化水素を膜から迅速に蒸発させて除去することを
可能にする膜の有効な物質移動特性によって実現される
ものである。このように膜から塩化水素を除去すること
により、反応の化学平衡をオルガノオキシシランの生成
が促進されかつ不所望な副反応が最小限化される。
ng film evaporator)あるいはワイ
プト膜蒸発器(wiped film evapora
tor)により形成できる。このような装置の例はKi
rk−Othmerの″Ercyclopeaia o
f Chemical Technology″、第4
版、第9分冊、965〜968頁(1984年)、及び
Mehraの″Selecting Evaporat
or″(″Cheramic Ergineerin
g)、1986年2月3日発行、56〜72頁に記載さ
れている。本発明の方法で反応器として使用する膜形成
装置はリボイラーに接続することができる。反応器は多
段反応器として使用でき、その場合、反応器を出る物質
は更なる反応を実施するために一連に接続された1又は
2以上の類似の反応器に供給することができる。反応器
からの生成物はさらに反応し生成物を純化する他の処理
(例えば、蒸留又は反応性蒸留処理)の原料(fee
d)として働く。
速度や膜の流動点(flooding point)な
どの要因に依存するであろう。これらのパラメータを決
定する標準的方法はPerryらのPerry’s C
hemical Engineers’ Handbo
ok 第6版、McGrow−Hill社(ニューヨー
ク州)5〜59頁(1994年)、及びYorkらのC
hemical Engineering Progr
ess,1992年10月、93〜98頁に記載されて
いる。用語「膜(film)」は表面上にバルクの液体
を塗布(coating)又は散布(spreadin
g)してバルクの液体の表面積を増大させ、それによっ
て液体から気相への成分の物質移動を増加させることを
含むものである。
して生成する塩化水素は膜から気化(蒸発)される。塩
化水素の気化は膜を加熱して、膜上方を減圧して、また
はこれらを組合せて実施される。膜を加熱して膜から塩
化水素を気化させることが好ましい。膜の加熱は標準的
手法、例えば、膜を支持する壁に接触する外被中を気
体、水またはシリコーン油などの熱媒体を通して行なう
ことができる。また、反応系への原料のあるものをその
気化温度以上に加熱してその蒸気を膜と接触させること
によって膜を加熱してもよい。例えば、アルコールをそ
の気化温度より高い温度に加熱して、液体クロロシラン
の膜の流れに向流として反応器に供給することができ
る。一般的には、膜の温度は膜が著しく蒸発しない範囲
でできるだけ高温であることが好ましい。これらの一般
的ガイドラインの範囲内で、本発明の方法を実施する最
適の温度はこの方法に用いる特定のアルコール、クロロ
シラン、及び任意の溶剤に依存するであろう。
本発明の方法において還流助剤、希釈剤、キャリヤある
いは加熱手段として機能する。一般的に、反応に関与せ
ずまひ反応速度に悪影響を与えないどのような不活性溶
剤も使用可能である。通常の条件下で液体であり150
℃以下の沸点を持つ不活性溶剤が好ましい。例えば、ト
ルエン、キシレン、ヘキサン、ソナン、ペンタン、ブタ
ンなどの炭化水素溶剤、四塩化水素、メチレンクロライ
ド、ジクロロエタン、ジクロロエチレン、1,1,1−
トリクロロエタン、トリクロロエチレン、ペルクロロエ
チレン、テトラクロロエタンなどで例示される塩素化炭
化水素がある。
法、例えば排気して反応器から除去し、集め、他の方法
の原料として使用することができる。オルガノオキシシ
ランも本発明の方法から回収される。回収されうるオル
ガノオキシシランは式(1)〔式中、クロロシランのケ
イ素原子の1又は2以上の塩素置換基はオルガノオキシ
基で置換される。〕で表わされる。本発明の方法で製造
される好ましいオルガノオキシシランは式(1)中のケ
イ素原子に結合した全部の塩素原子でオルガノオキシ基
で置換されたものである。
ラン、エトキシシラン、ブトキシシラン、ジメチルジメ
トキシシラン、ジメチルメトキシクロロシラン、トリメ
トキシシラン、テトラメトキシシラン、tert−ブチ
ルトリメトキシシラン、イソブチルトリメトキシシラ
ン、イソブチルメトキシシラン、オクタデシルトリメト
キシシラン、シクロヘキシルメチルジメトキシシラン、
トリエトキシシラン、メチルビニルジメトキシシラン、
フェニルジメチトキシシラン、ジフェニルジメトキシシ
ラン、フェニルメトキシクロロシラン、トリフェニルメ
トキシシラン、2−フェニルプロピルメチルジメトキシ
シラン、メチルヘキサンジエニルジメトキシシラン、
(クロロプロピル)トリメトキシシラン、(3,3,3
−トリフルオロプロピル)トリメトキシシラン、ビス−
(3,3,3−トリフルオロプロピル)ジメトキシシラ
ン、トリス−(3,3,3−トリフルオロプロピル)メ
トキシシランがある。
ンの回収は、単純に膜状態でアルコールとクロロシラン
を接触させて得られるオルガノオキシシラン含有混合物
を保持することからなることができる。オルガノオキシ
シランの回収はそのオルガノオキシシラン含有混合物
を、例えば、他の同様な反応器又は反応性蒸留塔への原
料として用いて、混合物をさらに反応させることに利用
してもよい。また、オルガノオキシシランの回収は、蒸
留などの標準的分離方法からなって、オルガノオキシシ
ランをさらに精製することであってもよい。
器におけるトリクロロシランのメトキシ化を評価した。
この反応器は7.6cmの内径と25cmの長さを持つガラ
ス管であった。反応器の頂部から5cmの位置に3個の1
5cm長のテフロン(登録商標)製ワイプブレードを有
し、これらは遠心力で反応器壁に向って保持されてい
た。反応器の外側には反応器の頂部から10cm下から底
部の4cm上まで延在する加熱用ジャケットを有した。加
熱用ジャケットの上側及び下側の高さの反応器の空隙部
に温度測定用熱電対を設置した。反応器の頂部はドライ
アイス凝縮器に接続した。反応器の底部はリボイラーに
接続した。メタノールを気化させ、反応器のリボイラー
の上かつブレードの下の位置の口を介して反応器に供給
した。この実験の間、生成物はリボイラー中に一定の量
を維持するためにリボイラーを満たす速度に等しい速度
でリボイラーから連続的に回収した。
75℃に加熱したキシレン150.0gを充填した。反
応器の頂部にトリクロロシラン381.1gとキシレン
254.0gの混合物を供給し、かつ反応器の底部の口
からメタノール蒸気を化学量論的等量の約99%の量を
供給した。この実験中、加熱ジャケットによる加熱は行
なわなかった。この実験中、反応器の上方空隙部温度は
43℃、下部空隙部温度は60℃であった。2時間後、
リボイラーから試料を取り出し、熱伝導度検出器を用い
るガス液体クロマトグラフィー(GLC−TC)で分析
した。GLC−TCのトレース下の面積%を下記の各成
分について測定した。クロロジメトキシシラン0%、ト
リメトキシシラン40.8%、テトラメトキシシラン
0.4%、キシレン58.1%。リボイラーから取出し
た試料の塩素含分をKOH滴定法でBCPを指示薬とし
て用いて測定した。試料は0.06重量%の塩素を含ん
でいた。
器におけるメチルビニルジクロロシランのメトキシ化を
評価した。反応器は例1のものと同様であった。リボイ
ラーに150.0gのトルエンを充填し、初め100℃
に加熱してから実験中70℃まで降温させた。メチルビ
ニルジクロロシランを反応器の頂部に3.23mL/分の
速度で供給し、メタノール蒸気を反応器の底部の口から
化学量論的等量の約120%を供給した。この実験中加
熱用ジャケットによる加熱はしなかった。この実験中、
反応器の上方空隙温度は57℃、下方空隙温度は65℃
であった。2.3時間後、リボイラー中の中味を火炎点
火検出器を用いるGLC(GLC−FID)で分析し、
また例1に記載したようにKOH滴定した。分析の結
果、メチルビニルクロロメトキシシラン7.4%、メチ
ルビニルジメトキシシラン、77.3%、トルエン6.
3%、ジシロキサンMeVi(MeO)SiO 1/2 (式
中、Meはメチル、Viはビニルである。)2.0%、
塩素2.6〜3.0重量%であった。
トキシ化を評価した。反応器は例1に記載したものと同
様であった。リボイラーに70℃に加熱したトルエン1
50gを充填した。反応器の頂部にメチルジクロロシラ
ン460.1gとトルエン307.4gの混合物をメチ
ルジクロロシランとして0.024モル/分の速度で供
給し、メタノール蒸気を反応器の底部の口に化学量論的
等量の100〜103%の量で供給した。この実験中加
熱用ジャケットによる加熱は行なわなかった。3.6時
間後、リボイラー中の中味をGLC−TCで分析し、ま
た例1に記載したようにKOH滴定した。結果として、
メタノール1.2%、メチルメトキシクロロシラン1.
9%、メチルジメチルメトキシシラン20.3%、メチ
ルトリメトキシシラン4.9%、トルエン71.5%、
塩素2.3重量%であった。
Claims (8)
- 【請求項1】 (A)膜の状態で式Rn SiCl
4-n (式中、各Rは独立して水素原子、1〜20個の炭
素原子を含む1価炭化水素基、又は1〜20個の炭素原
子を含みハロゲン置換した1価炭化水素基から選ばれ、
n=0,1,2又は3である。)のクロロシランを、該
クロロシランのケイ素原子とエステル化反応をし得るア
ルコールと接触させてオルガノオキシシランと塩化水素
を生成し、(B)該膜から塩化水素を気化させてオルガ
ノオキシシランの生成を促進し、(C)オルガノオキシ
シランを回収する工程を含むことを特徴とするオルガノ
オキシシランの製造方法。 - 【請求項2】 前記アルコールが1〜12個の炭素原子
を含む1価アルカノールである請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 前記アルコールと前記クロロシランのモ
ル比が化学量論的等量の60〜140%の範囲内である
請求項1記載の方法。 - 【請求項4】 前記クロロシランの膜を形成し、該膜に
前記アルコールを気化させて接触させる請求項1記載の
方法。 - 【請求項5】 さらに不活性溶剤を用いる請求項1記載
の方法。 - 【請求項6】 前記クロロシランのケイ素原子に結合し
た全部の塩素原子がオルガノオキシ基により置換される
請求項1記載の方法。 - 【請求項7】 前記アルコールが1〜12個の炭素原子
を含む1価アルコールであり、前記アルコールと前記ク
ロロシランのモル比が化学量論的等量の100〜105
%の範囲内であり、前記クロロシランの膜を形成して該
膜に前記アルコールを気化させて接触させ、該膜からの
前記塩化水素の気化を該フィルムを加熱して促進する請
求項1記載の方法。 - 【請求項8】 前記回収されるオルガノオキシシランが
トリメトキシシラン、メチルビニルジメトキシシラン又
はメチルジメトキシシランから選ばれる請求項1記載の
方法。
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