JPH09169778A - アルキルハロシランの製造方法 - Google Patents
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Abstract
ルハロシラン濃度とアルキルトリハロシラン濃度を変え
る方法を提供する。 【解決手段】 この方法は、0.5〜10重量%の銅、
5〜200ppmのスズ、25〜2,500ppmのリ
ン及び0ppmより多く50ppmより少量の亜鉛を含
む、触媒量の触媒の存在下において、250〜400℃
の範囲内の温度で塩化アルキルをケイ素メタロイドと接
触させることを含むものであり、これらの触媒成分のお
のおのの濃度はケイ素の重量を基にするものである。
Description
当該生成物中のトリアルキルハロシラン濃度とアルキル
トリハロシラン濃度を変えるため制御するための方法で
ある。この方法は、0.5〜10重量%の銅、5〜20
0ppmのスズ、25〜2,500ppmのリン及び0
ppmより多く50ppmより少量の亜鉛を含む、触媒
量の触媒の存在下において、250〜400℃の範囲内
の温度で、塩化アルキルをケイ素メタロイドと接触させ
ることを含むものであり、これらの触媒成分のおのおの
の濃度はケイ素の重量を基にするものである。発明者ら
は、亜鉛濃度を制御することにより、生成物中のトリア
ルキルハロシラン濃度及びアルキルトリハロシラン濃度
が変わることを見いだした。本発明の方法は、生成物中
のトリアルキルハロシランの濃度を上昇させるのに殊に
有効である。
は、アルキルハロシラン類を製造するための直接法を改
良するものである。この直接法は、銅触媒の存在下でハ
ロゲン化アルキルを粒子状のケイ素と接触させることを
含む。この方法は、Rochowによって米国特許第2
380995号及び同第2380996号各明細書に最
初に記載された。
多数のやり方でもって洗練及び改良されてきており、現
在世界中で事実上全ての工業用アルキルハロシラン類の
製造に利用されている。シリコーンの大量生産の成果に
より数百万ポンド(1ポンドは約0.45kg)のシラ
ン類が毎年製造されて消費されると考えると、直接法か
らの生成物の分布における小さな変更でさえ重要である
のは明らかである。
ルキルハロシランはジメチルジクロロシランであり、こ
れはこのアルキルハロシランが、加水分解し縮合してシ
リコーンポリマーを生成した後に、最も大量の商業的シ
リコーン製品の主鎖を構成するからである。それゆえ
に、直接法を最適化する上での大抵の努力はこのジアル
キルジハロシランの収率を最高にすることに向けられて
きた。時には、他のアルキルハロシラン類、特にトリア
ルキルハロシランに対する商業的需要がジアルキルジハ
ロシランについて最適化された方法で現在生産されるも
のを超えることがある。現在の方法、例えばジアルキル
ジハロシランを再配分してトリアルキルハロシランとア
ルキルトリハロシランとを生成するといったものは、実
施するのに経費がかかり、商業的に魅力がなくなる。本
発明は、直接法を制御して生成物中のトリアルキルハロ
シランとアルキルトリハロシランの濃度を変更し、それ
により生成物中のトリアルキルハロシランとアルキルト
リハロシランの量を商業的需要により適切に釣り合わせ
るための方法を提供する。
452号明細書又は米国特許第4602101号及び同
第5312948号明細書である。
成分の濃度を処理工程(プロセス)にあるケイ素の重量
を基にして表して、銅を0.1〜10重量%、スズを5
〜200ppm、リンを25〜2,500ppm、そし
て亜鉛を0ppmより多く50ppmより少量供給する
触媒混合物の存在下で、直接法を実施することを教示し
ていない。更に、上記の文献に記載された技術では、直
接法において亜鉛の濃度を生成物中のトリアルキルハロ
シラン及びアルキルトリハロシランの濃度を変える方法
として活用することができることは認識されていない。
シラン類を製造するための方法である。この方法は、次
に示す各触媒成分をそれらの濃度をケイ素の重量を基に
表して、銅を0.5〜10重量%、スズを5〜200p
pm、リンを25〜2,500ppm、そして亜鉛を0
ppmより多く50ppm未満含む触媒の存在下に、2
50〜400℃の範囲内の温度で、ハロゲン化アルキル
をケイ素メタロイドと接触させることを含む。本発明の
好ましい方法においては、亜鉛濃度を、生成物中のトリ
アルキルハロシランとアルキルトリハロシランの濃度を
変更する手段として所定の範囲内に制御する。
ン類は、次の式(1)で表される。 Ra Hb SiX4-a-b (1) 式(1)において、各置換基Rは炭素原子数が1〜4の
アルキル基から独立に選ばれる。置換基Rは、例えば、
メチル基、エチル基、プロピル基、イシプロピル基、ブ
チル基及びtert−ブチル基である。式(1)におい
て、下付き記号のaは0、1、2、3又は4の値を持
ち、下付き記号のbは0、1又は2の値を持ち、そして
項aと項bの合計は1、2、3又は4である。式(1)
において、置換基Xはハロゲン原子である。好ましいの
はXが塩素である場合である。好ましいアルキルハロシ
ランは、下付き記号aの値が1、2又は3であり、下付
き記号bが0であるものである。同様に好ましいもの
は、式(1)のRがメチル基、そしてXが塩素であるも
のである。本発明の最も好ましいアルキルハロシランは
トリメチルクロロシラン、ジメチルジクロロシラン及び
メチルトリクロロシランである。
ケイ素と接触させる。この方法において有用なハロゲン
化アルキルは、次に掲げる式(2)によって表され、 RX (2) この式のRとXは先に説明したとおりである。好ましい
のは、ハロゲン化アルキルの置換基Xが塩素の場合であ
る。従って、好ましいハロゲン化アルキルは塩化メチル
である。
反応させるための標準の反応器においてバッチプロセス
として、あるいは連続プロセスとして実施される。この
方法は、例えば、流動床反応器、攪拌床反応器、又は振
動床反応器で実施される。
粒状のケイ素の流動床で行うのが好ましい。このプロセ
スは、粒子の流動床をガスと反応させるための標準タイ
プの反応器で行われる。床は、ハロゲン化アルキルを流
動媒体として使用して、あるいはハロゲン化アルキルと
本発明の方法において不活性のガスとの混合物を流動媒
体として使用して流動化される。
の純度が少なくとも95重量%で100重量%未満であ
る任意のケイ素である。好ましいケイ素は、ケイ素の純
度が98%より高くて100重量%未満である冶金グレ
ードのケイ素である。米国特許第5281739号明細
書に記載されたケイ素−銅合金は、本発明の方法にとっ
て有用なケイ素の一例である。
0μmの範囲の平均粒子寸法を有する粉末であるのが好
ましい。ケイ素についての好ましい平均粒子寸法は0.
1〜150μmである。更に一層好ましいのは、米国特
許第5312948号明細書の特許請求の範囲(クレー
ム)に記載された質量(mass)分布を持つ粒状のケ
イ素である。
すなわち反応集合物(reaction mass)中
に存在するケイ素の重量を基にして、0.5〜10重量
%の銅を含む触媒の存在下で実施される。好ましいの
は、触媒がケイ素の重量を基にして3〜5重量%の銅を
含む場合である。加えられる銅の源は、例えば、粉末の
金属銅、粉末のケイ素−銅合金、銅の化合物、あるいは
2種以上の銅源の混合物でよい。使いやすい銅化合物
は、例えば塩化第一銅である。
するケイ素の重量を基にして、5〜200ppmのスズ
を含まなくてはならない。好ましいのは、触媒がケイ素
の重量を基にして40〜80ppmのスズを含む場合で
ある。スズの源は、例えば、金属スズの粉末でよい。も
う一つのスズ源はスズ化合物、例えばハロゲン化スズ
(例としてテトラメチルスズ、アルキルスズハロゲン化
物及び酸化スズ)といったもの、である。
のプロセスに存在するケイ素の重量を基にして25〜
2,500ppmのリンも含まなくてはならない。好ま
しいのは、触媒がケイ素の重量を基準として50〜1,
000ppmのリンを含む場合である。リンの源は、元
素のリン、金属リン、及び本発明の方法の反応集合物中
で金属リンを生成する化合物から選ばれる。このような
リン源は米国特許第4602101号明細書に記載され
ている。リン源は、米国特許第5059706号明細書
に記載されたガス状のリン化合物でもよい。
イ素の重量を基にして0ppmより多く50ppm未満
の亜鉛を含まなくてはならない。亜鉛の源は、例えば、
金属亜鉛、亜鉛のハロゲン化物、例として塩化亜鉛又は
酸化亜鉛の如きもの、である。亜鉛源は、黄銅といった
ような合金でもよく、例えば、亜鉛のうちの少なくとも
一部分を黄銅としてプロセスに加えてもよい。
量を変えることが生成物混合物中のトリアルキルハロシ
ランとアルキルトリハロシランの量を変更するための方
法をもたらすということを、思いもよらぬことに見いだ
した。発明者らはまた、亜鉛濃度が低下するにつれて、
反応生成物中のトリアルキルハロシランとアルキルトリ
ハロシランの量が増加するということも見いだした。更
に一層思いもよらぬことは、生成されたアルキルトリハ
ロシランに関してトリアルキルハロシランが不均衡に増
加することを発明者が見いだしたことである。従って、
この方法は、直接法で生成されたアルキルトリハロシラ
ンの量を制御するのに、またトリアルキルハロシランに
富んだ反応生成物を供給するのに、特に有効である。
明の触媒は、これらの成分を反応器へ別々に導入して
も、あるいはこれらの成分のうちの元素の形態のもの2
種以上のものの混合物、マスターバッチ、合金又はブレ
ンドとして及びそれらの化合物又は混合物として導入し
てもよい。触媒は、ハロゲン化アルキルとの接触の前に
270〜350℃の範囲内の温度で熱により活性化させ
ることができる。
内の温度で実施される。本発明の方法を実施するための
好ましい温度は260〜320℃である。一層好ましい
のは280〜320℃の範囲内の温度である。
生成物の分布に及ぼす効果を一連の実験でもって評価し
た。これらの実験は、米国特許第4218387号明細
書に記載されたのと同様の振動床タイプの反応器で行っ
た。反応器へ入れるもの(チャージ)を、精製し粉砕さ
れた冶金グレードのケイ素100部を触媒パッケージと
組み合わせて調製した。この触媒パッケージは、6.5
部の塩化第一銅、50ppmのスズ、リンを14重量%
含む2000ppmのリン化銅、及び亜鉛を50重量%
含む様々な量の黄銅を含んでいた。これらの濃度は全て
ケイ素の出発重量を基にしている。各実験ごとに加えた
亜鉛の量は表1に記載される。ケイ素と触媒パッケージ
とは振盪により一緒に混合した。
を閉じ、そして秤量して初期重量を測定した。窒素を反
応器を通して流動させ、次に加熱した流動砂浴を用いて
反応器を315℃に加熱した。反応器へ塩化メチルを合
計して44時間供給し、その間全ての生成物と未反応の
塩化メチルを−40℃未満に維持したコールドトラップ
で集めた。反応器の損失重量をケイ素転化率の指標とし
て使用した。コールドトラップで集められた液を熱伝導
率(TC)型検出器を使用する気液クロマトグラフィー
(GLC)で分析した。このクロマトグラフィー分析
(GLC−TC)で検出された反応生成物には、ジメチ
ルジクロロシラン、トリメチルクロロシラン、メチルト
リクロロシラン、及び1重量%未満の濃度の他のクロロ
シラン類が含まれていた。反応生成物の収率は、コール
ドトラップで検出された全クロロシラン類の重量百分率
として計算した。各実験についてのメチルクロロシラン
生成物の公称の収率は、コールドトラップで集められた
全クロロシラン生成物中の個々のメチルクロロシランの
濃度(重量%)に平均のケイ素転化率(分数(フラクシ
ョン)表示)を乗じて計算した。実験1のデータを除い
て、表1に示されたデータのおのおのは同時に運転した
一対の反応器について測定した平均の結果である。
Claims (4)
- 【請求項1】 ハロゲン化アルキルとケイ素メタロイド
とを、各触媒成分を当該ケイ素の重量を基にして次に示
す濃度で含む、すなわち銅を0.5〜10重量%、スズ
を5〜200ppm、リンを25〜2,500ppm、
そして亜鉛を0ppmより多く50ppmより少量含む
触媒の存在下において、250〜400℃の範囲内の温
度で接触させることを含む、アルキルハロシランの製造
方法。 - 【請求項2】 前記ハロゲン化アルキルが塩化メチルで
ある、請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 前記触媒を、前記ハロゲン化アルキルと
の接触の前に270〜350℃の範囲内の温度で熱によ
り活性化させる、請求項1記載の方法。 - 【請求項4】 前記亜鉛の少なくとも一部分を黄銅とし
てプロセスに加える、請求項1記載の方法。
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