KR19990085368A - Method for producing tetraalkoxysilane - Google Patents

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KR19990085368A
KR19990085368A KR1019980017743A KR19980017743A KR19990085368A KR 19990085368 A KR19990085368 A KR 19990085368A KR 1019980017743 A KR1019980017743 A KR 1019980017743A KR 19980017743 A KR19980017743 A KR 19980017743A KR 19990085368 A KR19990085368 A KR 19990085368A
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Inventor
소순영
한기도
원호연
Original Assignee
이종학
한화석유화학 주식회사
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Abstract

본 발명은 테트라알콕시실란의 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 실리콘에 저급알콜을 반응시켜 테트라알콕시실란을 제조하는 방법에 있어서, 구리 또는 구리의 할로겐화물을 주촉매로 하고, 카드뮴 또는 카드뮴의 할로겐화물 및 아연 또는 아연의 할로겐화물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 또는 그 이상의 성분을 상기 주촉매에 혼합하여 이루어진 촉매와 실리콘(Silicon)을 유기용매에 함침시켜 상기 촉매가 침적된 실리콘을 제조하고, 이를 질소분위기 하에서 활성화시켜 활성이 높은 접촉물질을 제조한 다음, 상기 접촉물질을 유동층 반응기에 공급하여 저급알콜과 반응시켜 테트라알콕시실란을 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 테트라알콕시실란의 제조방법은 종래의 기술이 갖는 장애요소를 크게 경감시키고, 궁극적으로 목적화합물인 테트라알콕시실란의 수율을 크게 증가시킬 수 있다.The present invention relates to a method for producing tetraalkoxysilane, and more particularly, to a method of producing tetraalkoxysilane by reacting a lower alcohol with silicon, wherein a halide of copper or copper is used as a main catalyst, and cadmium or cadmium In the organic solvent is impregnated with a catalyst and a silicon (Silicone) by mixing one or more components selected from the group consisting of halides and halides of zinc or zinc in the main catalyst to prepare a silicon on which the catalyst is deposited, The present invention relates to a method for preparing a tetraalkoxysilane by activating it under a nitrogen atmosphere to produce a highly active contact material, and then supplying the contact material to a fluidized bed reactor to react with a lower alcohol. The method for producing a tetraalkoxysilane according to the present invention can greatly reduce the obstacles of the prior art, and ultimately increase the yield of the tetraalkoxysilane as a target compound.

Description

테트라알콕시실란의 제조방법Method for producing tetraalkoxysilane

본 발명의 테트라알콕시실란(Tetraalkoxysilane)의 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 유기염화실란을 제조하는 방법인 직접합성법(Direct Synthesis) 또는 라카오 합성법(Synthesis of Rochow)으로 지칭되는 공정을 응용하여, 구리 및 다른 금속화합물의 혼합 촉매 존재하에서 규소(Silicon)와 저급알콜을 반응시켜 원하는 테트라알콕시실란 화합물을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing tetraraalkoxysilane of the present invention, and more particularly, a process called direct synthesis (Synthesis of Rochow) or a method of preparing organochlorinated silane. The present invention relates to a method for preparing a desired tetraalkoxysilane compound by reacting silicon with lower alcohol in the presence of a mixed catalyst of copper and other metal compounds.

일반적으로, 알콕시실란, 특히 테트라알콕시실란은 반도체 웨이퍼 절연막, 반도체용 연마제 등에 직접 사용될 뿐 아니라, 상온 경화용 실리콘고무 제조시 필수적인 첨가물인 연무질 실리카(Fumed Silica)의 원료로 사용되는 등 산업의 제 분야에 걸쳐 광범위하게 활용되고 있다.In general, alkoxysilanes, especially tetraalkoxysilanes, are not only directly used in semiconductor wafer insulating films, semiconductor abrasives, etc., but also as raw materials for fumed silica, which is an essential additive in the production of silicone rubber for room temperature curing. It is widely used throughout.

현재, 알콕시실란의 제조에 가장 널리 사용되는 방법은 하기 반응식 1로 표시되는 사염화실란(Silicon tetrachloride; SiCl4)과 알콜을 반응시켜 제조하는 방법이다.Currently, the most widely used method for the production of alkoxysilanes is a method of preparing by reacting an alcohol with a silicon tetrachloride (SiCl 4 ) represented by Scheme 1 below.

SiCl4+ 4 ROH -----→ Si(OR)4+ 4 HClSiCl 4 + 4 ROH ----- → Si (OR) 4 + 4 HCl

그러나, 상기 방법은 염화수소가 부생되어 생산시 부식을 방지하기 위한 특수한 재질의 장치가 필요하며, 이의 제거 및 폐기에 많은 경비가 소요되는 단점이 있다.However, the method requires a device of a special material to prevent corrosion in the production of hydrogen chloride by-produced, there is a disadvantage that a large cost is required for its removal and disposal.

이를 극복하기 위하여, 금속실리콘 분말과 저급알콜을 구리촉매를 이용하여 반응시킴으로써 테트라알콕시실란을 얻는 하기 반응식 2와 같은 방법이 제안되었다.In order to overcome this problem, a method as in Scheme 2 below has been proposed in which a tetraalkoxysilane is obtained by reacting a metal silicon powder with a lower alcohol using a copper catalyst.

Si+ 4 ROH ---Cu--→ Si(OR)4+ 2 H2 Si + 4 ROH --- Cu- → Si (OR) 4 + 2 H 2

그러나, 실제로 상기 반응식 2에서는 목적 화합물인 테트라알콕시실란 뿐만 아니라 트리알콕시실란(trialkoxysilane, HSi(OR)3) 및 기타 실리콘 유도체들이 함께 생성되며, 분자량이 크고, 비등점이 높은 디실란(disilane)류 화합물도 생성되는 단점이 있다. 따라서, 상기 반응으로 얻어진 생성물들은 분리와 정제과정을 거쳐야만 각 성분별로 고순도의 최종 제품을 얻을 수 있다. 궁극적으로, 목적 생성물인 테트라알콕시실란을 얻는데 있어서, 생산성을 증가시키기 위해서는 상술한 부생성물중에서 생성량이 가장 많은 트리알콕시실란을 최대한 감소시키면서 실란 화합물이 많이 생성되도록 반응조건을 설정하는 것이 매우 중요하다.However, in the above Scheme 2, not only tetraalkoxysilane as a target compound but also trialkoxysilane (HSi (OR) 3 ) and other silicone derivatives are produced together, and a disilane compound having a high molecular weight and a high boiling point. There is also a drawback that is generated. Therefore, the products obtained by the reaction can be obtained after the separation and purification process to obtain a high-purity final product for each component. Ultimately, in obtaining the tetraalkoxysilane which is the desired product, it is very important to set the reaction conditions so that the silane compound is generated as much as possible while reducing the trialkoxysilane having the highest amount of production in the above by-products.

테트라알콕시실란의 생산효율을 높히기 위해, 구리 외에 다양한 첨가물을 부가하거나 다른 형태의 촉매를 사용하는 방법이 이미 개시되었다. 그 일례로서 구리 촉매와 특수한 형태의 용매를 혼합사용하여 액상에서 반응시키거나(미국특허 제 4,289,889호 및 제 4,762,939호), 알칼리 금속 카보네이트를 고압반응 촉매로 사용하는 방법(미국특허 제 4,447,632호) 또는 알칼리 금속 또는 알칼리 금속 알콕사이드를 촉매로 하고 특수한 형태의 용매를 사용하여 액상에서 반응시키는 방법(미국특허 제 4,211,717호, 제 4,288,604호, 제 4,752,647호 및 일본특개평 제 1-135788호) 등이 개시되었다.In order to increase the production efficiency of tetraalkoxysilanes, a method of adding various additives in addition to copper or using other types of catalysts has already been disclosed. For example, a mixture of a copper catalyst and a special type of solvent is used to react in a liquid phase (US Pat. Nos. 4,289,889 and 4,762,939), or an alkali metal carbonate is used as a high pressure reaction catalyst (US Pat. No. 4,447,632) or A method of reacting in a liquid phase using an alkali metal or an alkali metal alkoxide as a catalyst and using a special type of solvent (US Pat. Nos. 4,211,717, 4,288,604, 4,752,647 and Japanese Patent Laid-Open No. 1-135788) and the like have been disclosed. .

상기 특허들에서는 상기 방법들을 적용함으로써 직접합성법에 의한 테트라알콕시실란 합성반응의 수율 및 목적 화합물의 순도를 개선할 수 있다고 주장하고 있다. 그러나, 상기 방법들은 대개 용매를 사용하여 액상에서 반응시키는 방법이다. 따라서, 공업적인 관점에서 대용량으로 알콕시실란을 제조하려면 연속적 제조법이 바람직하나, 상기 방법들은 다량의 용매를 사용하므로 대개 회분식 반응기로 조작되어 대용량의 제조에는 한계를 갖고 있다. 또한, 상기 공정들은 다음의 문제점들 중 적어도 하나를 지니고 있다.The patents claim that by applying the above methods, the yield of tetraalkoxysilane synthesis by the direct synthesis method and the purity of the target compound can be improved. However, these methods are usually reactions in a liquid phase using a solvent. Therefore, in order to manufacture alkoxysilanes in a large capacity from an industrial point of view, a continuous production method is preferable, but these methods generally use a large amount of solvents, and thus they are usually operated in a batch reactor, thereby limiting the production of large capacity. In addition, the processes have at least one of the following problems.

첫째, 다량의 용매사용으로 반응 생산성이 떨어지고, 반응 도중 또는 반응 후 용매를 제거해야 하고, 둘째, 생성된 트리알콕시실란과 테트라알콕시실란의 평균중량비(이하 Tr/Te)와 얻어진 실란합성물 전체에 대한 테트라알콕시실란의 몰농도로 평가되는 테트라알콕시실란의 선택성이 불충분하며, 셋째, 고압하에서 진행되어 고압반응 용기가 필요하고, 마지막으로 부산물, 특히 고비점의 실란류 화합물이 많이 생성된다.First, the productivity of the reaction decreases due to the use of a large amount of solvent, and the solvent must be removed during or after the reaction. Second, the average weight ratio of the produced trialkoxysilane and tetraalkoxysilane (hereinafter referred to as Tr / Te) and the entire silane compound obtained The selectivity of the tetraalkoxysilane, which is evaluated by the molarity of the tetraalkoxysilane, is insufficient, and thirdly, it proceeds under high pressure to require a high pressure reaction vessel, and finally, many by-products, especially high boiling point silane compounds are produced.

이에 본 발명자들은 일련의 연구를 수행한 결과, 상술한 문제점을 해결하기 위해서는 1) 테트라알콕시실란에 대한 평균 선택성의 증가 및 반응 초기에 높혀진 초기 선택성이 촉매계가 최종적인 비활성화에 이를 때까지 최대한 유지시키고, 2) 원료인 실리콘의 전환율을 높임으로서 궁극적으로 테트라알콕시실란에 대한 수율을 최대화하여야 하며, 3) 원료 실리콘과 촉매들로서 활성이 높은 접촉물질을 미리 제조한 후 유동층 반응기에 연속적으로 공급하여 유동화시에 실리콘과 촉매의 분리 및 촉매의 손실을 방지함으로서 알콕시실란의 반응속도와 테트라알콕시실란에 대한 선택성이 증가되도록 하는 연속제조가 가능한 공정 개발이 필요하였다.In order to solve the above problems, the present inventors have conducted a series of studies. 1) The average selectivity for tetraalkoxysilane and the initial selectivity increased at the beginning of the reaction are maintained to the maximum until the catalyst system is finally deactivated. 2) Ultimately, the yield of tetraalkoxysilane should be maximized by increasing the conversion rate of silicon as a raw material, and 3) high active materials as raw material silicon and catalysts are prepared beforehand and continuously supplied to a fluidized bed reactor for fluidization. In order to prevent the separation of silicon and catalyst and the loss of the catalyst in the process, it was necessary to develop a process capable of continuous manufacturing to increase the reaction rate of alkoxysilane and selectivity to tetraalkoxysilane.

이러한 요구조건을 만족시키기 위해, 본 발명자들이 광범위한 연구를 수행한 결과, 촉매계를 구성하는 첨가물질의 종류와 양이 테트라알콕시실란의 선택성과 수율을 좌우하는 핵심 요인임을 확인하였다. 이에 기초하여 일련의 연구를 수행한 결과, 이미 제안된 구리 촉매계에 아연 (또는 아연의 할로겐화물) 및 카드뮴 (또는 카드뮴의 할로겐화물)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 또는 그 이상의 촉매를 혼합한 촉매계를 사용하여, 테트라알콕시실란의 선택성과 수율이 증가됨을 발견하였고, 본 발명은 이에 기초하여 완성되었다.In order to satisfy these requirements, the present inventors have conducted extensive research and found that the type and amount of additives constituting the catalyst system are the key factors that influence the selectivity and yield of the tetraalkoxysilane. Based on this, a series of studies have been carried out to use a catalyst system in which one or more catalysts selected from the group consisting of zinc (or halides of zinc) and cadmium (or halides of cadmium) are already mixed with the proposed copper catalyst system. Thus, it was found that the selectivity and yield of tetraalkoxysilanes were increased, and the present invention was completed based on this.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 일으키지 않거나, 최소화할 수 있는 촉매계를 이용한 테트라알콕시실란의 제조방법을 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for producing tetraalkoxysilane using a catalyst system which does not cause the above problems or can be minimized.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은 실리콘에 저급알콜을 반응시켜 테트라알콕시실란을 제조하는 방법에 있어서, 구리 또는 구리의 할로겐화물을 주촉매로 하고, 카드뮴 또는 카드뮴의 할로겐화물 및 아연 또는 아연의 할로겐화물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 또는 그 이상의 성분을 상기 주촉매에 혼합한 촉매성분과 실리콘을 유기용매에 함침시킨 후, 유기용매를 제거하여 촉매성분이 침적된 실리콘을 제조하고, 이를 질소분위기하에서 활성화시켜 활성이 높은 접촉물질을 제조한 다음, 상기 접촉물질을 유동층 반응기에 공급하여 저급알콜과 반응시키는 것으로 이루어진다.The method of the present invention for achieving the above object is a method of producing tetraalkoxysilane by reacting a lower alcohol to silicon, the main catalyst is a halide of copper or copper, halides of cadmium or cadmium and zinc or zinc After impregnating an organic solvent with a catalyst component and silicon mixed with one or more components selected from the group consisting of halides in the main catalyst, the organic solvent is removed to prepare silicon having the catalyst component deposited thereon, and nitrogen atmosphere It is activated under the following conditions to prepare a highly active contact material, which is then fed to a fluidized bed reactor to react with lower alcohol.

이하 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.Looking at the present invention in more detail as follows.

전술한 바와 같이, 실리콘에 저급알콜을 반응시켜 테트라알콕시실란을 제조하는 방법에 있어서, 촉매계를 구성하는 첨가물질의 종류와 양이 테트라알콕시실란의 선택성과 수율을 좌우하는 핵심 요인이다. 따라서, 본 발명에서는 이미 제안된 구리 촉매계에 아연 (또는 아연의 할로겐화물) 및 카드뮴 (또는 카드뮴의 할로겐화물)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 또는 그 이상의 촉매를 혼합한 촉매계를 사용하였다.As described above, in the method for producing tetraalkoxysilane by reacting lower alcohol with silicon, the type and amount of additives constituting the catalyst system are key factors that influence the selectivity and yield of the tetraalkoxysilane. Accordingly, in the present invention, a catalyst system in which one or more catalysts selected from the group consisting of zinc (or halides of zinc) and cadmium (or halides of cadmium) is mixed with the copper catalyst system already proposed.

다시 말하면, 본 발명에 따른 테트라알콕시실란의 제조방법은 실리콘에 저급알콜을 반응시켜 테트라알콕시실란을 제조하는데 있어서, 사용되는 촉매의 조성이 구리 또는 구리의 할로겐화물을 주촉매로 하고, 카드뮴 또는 카드뮴의 할로겐화물 및 아연 또는 아연의 할로겐화물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 또는 그 이상의 성분을 상기 주촉매에 혼합한 촉매계 구성물질을 제조하여 테트라알콕시실란의 제조에 사용하였다.In other words, in the method for producing tetraalkoxysilane according to the present invention, in the production of tetraalkoxysilane by reacting lower alcohol with silicon, the composition of the catalyst used is mainly copper or halide of copper, and cadmium or cadmium One or more components selected from the group consisting of halides of halides and halides of zinc or zinc were prepared in the main catalyst to prepare tetraalkoxysilanes.

본 발명에 따르면, 구리 또는 구리의 할로겐화물을 주촉매로 하고, 카드뮴 또는 카드뮴의 할로겐화물 및 아연 또는 아연의 할로겐화물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 또는 그이상의 성분을 상기 주촉매에 혼합한 촉매계 구성물질을 원료인 실리콘에 첨가하여 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 노말핵산, 아세톤 및 에테르로 이루어진 군으로부터 선택된 유기용매에 넣고 잘 혼합한 후, 소정의 온도와 압력(예를 들어, 80∼100℃ 및 10torr)에서 건조시켜 유기용매를 제거하였다. 유기용매를 제거하면 구리와 첨가물이 균일하게 침적된 실리콘을 얻을 수 있다. 유기용매를 사용하는 이유는 촉매계의 구성물질들인 금속 또는 금속염화물 성분들과 원료인 실리콘을 균일하게 혼합하기 위한 것이다.According to the present invention, a catalyst-based material comprising copper or a copper halide as a main catalyst and one or more components selected from the group consisting of cadmium or cadmium halides and zinc or zinc halides mixed in the main catalyst Is added to silicon as a raw material, and mixed in an organic solvent selected from the group consisting of methanol, ethanol, propanol, butanol, normal nucleic acid, acetone, and ether, and then mixed well, and a predetermined temperature and pressure (for example, 80 to 100 ° C. and 10 torr) to remove the organic solvent. By removing the organic solvent, it is possible to obtain silicon in which copper and additives are uniformly deposited. The reason for using the organic solvent is to uniformly mix the metal or metal chloride components, which are components of the catalyst system, and the raw material, silicon.

구리 또는 구리의 할로겐화물의 경우, 구리 또는 구리의 할로겐화물 중의 순 구리의 함량은 실리콘 함량 100중량부에 대해 1∼20중량부가 바람직하다. 이때, 상기 순 구리의 함량이 1중량부 미만이면 반응속도가 현저히 저하되고, 20중량부를 초과하면 반응속도의 증가효과는 둔화되는 반면 반응종료후 처리해야할 폐구리의 양이 증가한다. 카드뮴 또는 카드뮴의 할로겐화물의 경우, 순 카드뮴의 함량은 순 구리의 함량 100중량부에 대해 약 0.001∼2.0중량부가 바람직하다. 이때, 상기 순 카드뮴의 함량이 0.001중량부 미만이면 카드뮴의 첨가효과, 즉 장시간동안 목적화합물에 대한 선택성을 높게 유지시켜 주는 효과가 거의 나타나지 않고, 2.0중량부를 초과하면 부반응이 촉진되어 비점이 높은 디실란류화합물이 생성된다. 아연 또는 아연의 할로겐화물의 경우, 순 아연의 함량은 순 구리의 함량 100중량부에 대해 약 0.1∼20중량부가 바람직하다. 이때, 상기 순 아연의 함량이 0.1중량부 미만이면 아연의 첨가효과, 즉 트리알콕시실란의 생성을 억제시키는 효과가 거의 나타나지 않으며, 20중량부를 초과하면 오히려 트리알콕시실란의 생성량이 증가되는 역작용이 나타난다.In the case of copper or copper halides, the content of pure copper in copper or copper halides is preferably 1 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of silicon content. At this time, when the content of the pure copper is less than 1 part by weight, the reaction rate is significantly lowered. When it exceeds 20 parts by weight, the effect of increasing the reaction rate is slowed while the amount of waste copper to be treated after the reaction is increased. In the case of cadmium or a halide of cadmium, the content of pure cadmium is preferably about 0.001 to 2.0 parts by weight based on 100 parts by weight of pure copper. At this time, when the content of the pure cadmium is less than 0.001 parts by weight, the effect of the addition of cadmium, that is, the effect of maintaining high selectivity to the target compound for a long time is hardly seen, and when it exceeds 2.0 parts by weight, the side reaction is promoted to increase the boiling point D. Silane compounds are produced. In the case of zinc or a halide of zinc, the content of pure zinc is preferably about 0.1 to 20 parts by weight relative to 100 parts by weight of pure copper. At this time, when the content of the pure zinc is less than 0.1 parts by weight, there is almost no effect of adding zinc, that is, suppressing the production of trialkoxysilane, and when the content is more than 20 parts by weight, a reverse action of increasing the amount of trialkoxysilane appears. .

상기 구리와 첨가물이 균일하게 침적된 실리콘을 유동층 반응기에 넣고, 210∼240℃에서 질소를 흘려주며 원료를 건조시킨다. 그 다음, 온도를 상승시켜 300∼320℃에서 촉매와 실리콘을 반응시키면 실리콘테트라할라이드가 방출되면서 금속촉매가 실리콘 입자에 화학적으로 침적된 "접촉물질"이 얻어지며, 이 접촉물질을 실온으로 냉각시키고 질소분위기 하에서 보관하였다.Silicon in which the copper and the additives are uniformly deposited is placed in a fluidized bed reactor, and the raw material is dried while flowing nitrogen at 210 to 240 ° C. Then, by raising the temperature and reacting the catalyst with silicon at 300 to 320 ° C., the silicon tetrahalide is released to obtain a “contact material” in which the metal catalyst is chemically deposited on the silicon particles, and the contact material is cooled to room temperature. Stored under nitrogen atmosphere.

이렇게 제조된 접촉물질을 370∼390℃로 유지되는 반응기에 놓고 기화기에서 기화시킨 저급알콜과 160∼300℃에서 반응시켜 테트라알콕시실란을 제조하였다. 상기 저급알콜은 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 부탄올, 이소부탄올, 2차 부탄올 및 3차 부탄올로 이루어진 군으로부터 선택된다. 본 발명에 사용 가능한 반응기 형태는 교반식 반응기, 비교반식 유동층 반응기, 고정층반응기 또는 교반식 유동층 반응기가 적합하다. 또한 테트라알콕시실란을 제조할 때, 상기 반응기 온도가 160℃ 미만이면 반응속도가 크게 저하되고, 300℃를 초과하면 부반응이 다수 진행되는 문제가 발생한다. 상기 반응기 온도는 바람직하기로는 180∼260℃이다.The contact material thus prepared was placed in a reactor maintained at 370 to 390 ° C and reacted with a lower alcohol vaporized in a vaporizer at 160 to 300 ° C to prepare tetraalkoxysilane. The lower alcohol is selected from the group consisting of methanol, ethanol, propanol, isopropanol, butanol, isobutanol, secondary butanol and tertiary butanol. Reactor types that can be used in the present invention are suitable agitated reactors, comparative semi-fluid bed reactors, fixed bed reactors or agitated fluid bed reactors. In addition, when preparing the tetraalkoxy silane, the reaction rate is greatly reduced if the reactor temperature is less than 160 ℃, a problem that a large number of side reactions proceed if the temperature exceeds 300 ℃. The reactor temperature is preferably 180 to 260 ° C.

또한, 상기 활성화된 접촉물질을 회분식 뿐만 아니라 유동층 반응기에 연속적으로 공급하여 알콕시실란을 연속식으로 제조할 수 있다. 활성화된 접촉물질을 유동층 반응기에 연속적으로 공급함으로서 유동층 내에서 촉매의 손실방지로 인해 원료와 촉매들의 농도를 일정하게 유지시킬 수 있음으로써 반응속도도 증가하였음을 확인하였다. 이렇게 유동층 반응기를 연속적으로 운전할 때, 반응에 사용되어 활성이 저하된 반응물의 잔사를 간헐적으로 제거함으로써 생성되는 테트라알콕시실란의 생성속도를 장시간 동안 거의 일정하게 유지하는 것이 가능하므로, 결과적으로 높은 생산성을 갖게 된다.In addition, the activated contact material can be continuously supplied to the fluidized bed reactor as well as batchwise to produce alkoxysilanes continuously. By continuously supplying the activated contact material to the fluidized bed reactor, it was confirmed that the reaction rate was also increased by maintaining the concentration of the raw materials and the catalysts constant due to the loss of the catalyst in the fluidized bed. When the fluidized bed reactor is continuously operated in this way, it is possible to keep the rate of tetraalkoxysilane produced by intermittently removing the residue of the reactant used in the reaction, which is generated for a long time, almost for a long time, resulting in high productivity. Will have

이하 실시예를 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보지만, 하기 예에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the scope of the present invention is not limited to the following examples.

실시예 1Example 1

실리콘 40g, 염화제일구리 4.36g (구리의 순함량은 실리콘 100중량부에 대해 7중량부임), 염화아연 0.29g (구리 100중량부에 대해 5중량부임)을 아세톤 50㎖에 넣고 잘 혼합한 후, 90℃/10 torr의 조건에서 건조하여 아세톤을 제거함으로써 구리와 첨가물이 균일하게 침적된 실리콘을 얻었다. 이 실리콘을 2중 나선형 교반날개가 설치된 내경 3.5㎝, 길이 60㎝의 관형 유동층 반응기에 넣고, 230℃ 조건에서 질소를 흘려주며 원료를 건조시켰다. 310℃에서 염화구리와 실리콘을 반응시키면 사염화실란이 발생된다. 이 반응이 완결되면 380℃로 가열하여 3시간 동안 촉매를 활성화시키고, 메탄올을 반응기 하단에 서서히 주입하여 증발시켜 200℃에서 반응시켰다. 메탄올의 주입 유량은 시간당 9.0g이었으며, 총 반응시간은 20시간이었다. 이 때 얻어진 실란 중의 테트라메톡시실란의 순도 (기체크로마토그래피)는 순간 최고 99.7%, 평균 94.7% 이었으며, 트리메톡시실란과 테트라메톡시실란의 생성비율(Tr/Te)은 0.035 이었다. 또한 잔류하는 실리콘 양에 기준한 실리콘의 전환율은 약 92%이었으며, 테트라메톡시실란의 수율은 86.2%이었다.40 g of silicon, 4.36 g of cuprous chloride (the net content of copper is 7 parts by weight based on 100 parts by weight of silicon), 0.29 g of zinc chloride (5 parts by weight of 100 parts by weight of copper) are added to 50 ml of acetone and mixed well. , Acetone was removed by drying under the condition of 90 ° C./10 torr to obtain silicon in which copper and additives were uniformly deposited. The silicon was placed in a tubular fluidized bed reactor having an inner diameter of 3.5 cm and a length of 60 cm provided with a double spiral stirring blade, and dried at 230 ° C. under nitrogen flow. When tetrachloride is reacted with silicon at 310 ° C, silane tetrachloride is produced. Upon completion of the reaction, the catalyst was heated to 380 ° C. to activate the catalyst for 3 hours, methanol was slowly injected into the bottom of the reactor, and evaporated to react at 200 ° C. The injection flow rate of methanol was 9.0 g per hour and the total reaction time was 20 hours. The purity (gas chromatography) of the tetramethoxysilane in the silane obtained at this time was 99.7% at the moment, average 94.7%, and the production ratio (Tr / Te) of trimethoxysilane and tetramethoxysilane was 0.035. In addition, the conversion of silicon was about 92% based on the amount of silicon remaining, and the yield of tetramethoxysilane was 86.2%.

실시예 2Example 2

실시예 1에 기술한 방법으로, 실리콘 40g, 염화제일구리 6.23g (구리의 순함량은 실리콘에 대해 10중량부), 염화아연 0.834g (구리에 대해 10중량부) 및 염화카드뮴 0.040g (구리에 대해 0.6중량부)을 노말핵산 50㎖에 넣고 잘 혼합한 후, 90℃/10 torr의 조건에서 건조시킴으로써 노말핵산을 제거하여 구리와 첨가물이 균일하게 침적된 실리콘을 얻었다. 실시예 1에 기술한 방법과 동일한 반응기를 사용하여 동일한 방법으로 촉매를 제조한 후 활성화시켰다. 에탄올을 반응기 하단에 서서히 주입하여 증발시켜 240℃에서 반응시켰다. 에탄올의 주입 유량은 시간당 9.0g 이었으며, 총 반응시간은 18시간이었다. 이 때 얻어진 실란중의 순도 (기체 크로마토그래피)는 테트라에톡시실란 87.0%, 트리에톡시실란 1.4%, 미반응 에탄올 11.7% 이었으며, 트리에톡시실란과 테트라에톡시실란의 생성비율(Tr/Te)은 0.016 이었다. 또한 잔류하는 실리콘 양에 기준한 실리콘의 전환율은 약 87% 이었으며, 테트라메톡시실란의 수율은 81.6% 이었다.In the method described in Example 1, 40 g of silicon, 6.23 g of cuprous chloride (the net content of copper is 10 parts by weight based on silicon), 0.834 g of zinc chloride (10 parts by weight of copper) and 0.040 g of cadmium chloride (copper 0.6 parts by weight) was added to 50 ml of normal nucleic acid and mixed well, followed by drying under the condition of 90 ° C / 10 torr to remove normal nucleic acid to obtain silicon in which copper and additives were uniformly deposited. The catalyst was prepared and activated in the same manner using the same reactor as described in Example 1 and then activated. Ethanol was slowly injected into the bottom of the reactor and evaporated to react at 240 ° C. The injection flow rate of ethanol was 9.0 g per hour, and the total reaction time was 18 hours. The purity (gas chromatography) in the obtained silane was 87.0% of tetraethoxysilane, 1.4% of triethoxysilane, and 11.7% of unreacted ethanol, and the production ratio of triethoxysilane and tetraethoxysilane (Tr / Te ) Was 0.016. In addition, the conversion of silicon was about 87% based on the amount of silicon remaining, and the yield of tetramethoxysilane was 81.6%.

실시예 3Example 3

금속 실리콘 분말 (평균입도 200㎛) 280g, 염화제일구리 30.5g (구리의 순수함량은 실리콘에 대해 7중량부), 염화아연 2.03g (구리에 대해 5중량부), 염화카드뮴 0.28g (구리에 대해 0.6중량부)을 메탄올 200㎖에 놓고 잘 혼합한 후, 90℃/10 torr의 조건에서 건조하여 메탄올을 제거하였다. 메탄올을 휘발시켜 구리와 첨가물이 균일하게 침적된 실리콘을 얻었다. 상기 실리콘을 유동충반응기에 넣고 질소를 흘려주며 온도를 상승시켜 310℃에서 염화구리와 실리콘을 반응시키면 사염화실란이 방출되면서 금속촉매가 실리콘 입자에 화학적으로 침적된 "접촉물질"을 얻을 수 있다.Metallic silicon powder (average particle size 200㎛) 280g, cuprous chloride 30.5g (copper content is 7 parts by weight of silicon), zinc chloride 2.03g (5 parts by weight of copper), cadmium chloride 0.28g (copper 0.6 parts by weight) was added to 200 ml of methanol, mixed well, and dried under conditions of 90 ° C / 10 torr to remove methanol. Methanol was volatilized to obtain silicon in which copper and additives were uniformly deposited. When the silicon is placed in a fluidized bed reactor, nitrogen is flowed, and the temperature is increased to react copper chloride and silicon at 310 ° C. to release silane tetrachloride, thereby obtaining a “contact material” in which a metal catalyst is chemically deposited on silicon particles.

이 접촉물질을 380℃로 가열하여 3시간 이상 유지시켜 "활성화된 접촉물질"을 얻었으며, 상기 접촉물질을 실온으로 냉각시키고 반응이 종료될 때까지 질소분위기 하에서 보관하였다. 내경 3.5㎝, 길이60㎝의 관형 유동층 반응기에 상기 접촉물질 60g을 넣고 메탄올을 반응기 하단에 설치된 예열기에 시간당 9.0g씩 서서히 주입하여 180℃에서 증발시켜 유동층 반응기의 하부로 공급하였다. 매 5시간마다 접촉물질을 15g씩 투입하여 총 72시간을 연속적으로 반응시켰을 때, 생성물인 메톡시실란 1,095g을 연속적으로 얻었다.The contact was heated to 380 ° C. for at least 3 hours to obtain an “activated contact” which was cooled to room temperature and stored under nitrogen atmosphere until the reaction was complete. 60 g of the contact material was put in a tubular fluidized bed reactor having an inner diameter of 3.5 cm and a length of 60 cm, and methanol was slowly injected at an amount of 9.0 g per hour into a preheater installed at the bottom of the reactor and evaporated at 180 ° C. to be fed to the bottom of the fluidized bed reactor. When 15 g of contact material was added every 5 hours and the reaction was continued for a total of 72 hours, 1,095 g of methoxysilane, a product, was continuously obtained.

이때 얻어진 메톡시실란을 기체크로마토그래피로서 분석한 결과, 테트라메톡시실란 94.1%, 트리메톡시시란 3.0%, 메틸트리메톡시실란 0.1%, 고비점 디실란류 2,8% 이었다. 따라서 트리메톡시실란과 테트라메톡시실란의 생성비율 (Tr/Te)은 0.032 이었으며, 실리콘 소모율은 약 86.2% 이었다.The methoxysilane obtained at this time was analyzed by gas chromatography, and the results were tetramethoxysilane 94.1%, trimethoxysilane 3.0%, methyltrimethoxysilane 0.1%, and high boiling point disilanes 2,8%. Accordingly, the production ratio (Tr / Te) of trimethoxysilane and tetramethoxysilane was 0.032, and the silicon consumption was about 86.2%.

비교예 1Comparative Example 1

미국특허 제 4,762,939호U.S. Patent 4,762,939

기계적 교반기와 다단증류기가 장착된 100㎖ 4구 플라스크에 50g의 실리콘과 혼합용매 (Therminol 및 Kemamine 각각 101g) 202g 및 염화제일구리 5g을 넣고 교반하면서 가온시킨다.In a 100 ml four-necked flask equipped with a mechanical stirrer and a multi-stage distillation machine, 50 g of silicon, 202 g of mixed solvent (101 g of Therminol and Kemamine), and 5 g of cuprous chloride were added to each other, followed by heating.

질소를 흘리면서 반응기의 온도를 226℃까지 가열한 후, 메탄올을 정량펌프로 주입시키며 반응시키는 도중 증류기를 통해 생성물을 증류하였다. 이 때 얻어진 실란중의 테트라메톡시실란의 순도는 순간 최고 87.9%, 평균 순도 44.1%이었으며, 나머지는 트리메톡시실란, 미반응 메탄올, 반응용매 및 고비점 실란 화합물 등이었다.The temperature of the reactor was heated to 226 ° C. while flowing nitrogen, and the product was distilled through a distillator while methanol was injected into the metering pump. The purity of the tetramethoxysilane in the silane obtained at this time was up to 87.9% at an instant and an average purity of 44.1%, and the rest were trimethoxysilane, unreacted methanol, a reaction solvent and a high boiling point silane compound.

트리메톡시실란과 테트라메톡시실란의 생성비율 (Tr/Te)은 반응용매의 종류 및 사용량에 따라 최저 0.001에서 최고 2.10까지 나타났다. 실리콘의 전환율은 반응용매의 종류, 사용량 및 실리콘 주입량에 따라 최대 81.3%에서 39.7%로 나타났다.The production ratio (Tr / Te) of trimethoxysilane and tetramethoxysilane ranged from 0.001 to 2.10, depending on the type and amount of reaction solvent used. The conversion of silicon ranged from 81.3% to 39.7%, depending on the type of reaction solvent, the amount used and the amount of silicon injected.

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1에 따라 제조된 테트라메톡시실란의 순도, 트리메톡시실란과 테트라메톡시실란의 생성비율(Tr/Te) 및 실리콘 소모율을 하기 표 1에 기재하였다.The purity of the tetramethoxysilane prepared according to Examples 1 to 3 and Comparative Example 1, the production ratio (Tr / Te) and silicon consumption of trimethoxysilane and tetramethoxysilane are shown in Table 1 below.

항목Item 테트라메톡시실란 순도Tetramethoxysilane purity Tr/TeTr / Te 실리콘소모율Silicon consumption rate 순간 최고Moment best 평균Average 순간Moment 평균Average 실시예 1Example 1 99.7%99.7% 94.7%94.7% 0.010.01 0.0350.035 92.0%92.0% 실시예 2Example 2 -- 87.0%87.0% -- 0.0160.016 87.0%87.0% 실시예 3Example 3 -- 94.1%94.1% -- 0.0320.032 86.2%86.2% 비교예 1Comparative Example 1 87.9%87.9% 44.1%44.1% 0.001∼2.100.001 to 2.10 0.190.19 최대: 81.3%최소: 39.7%Maximum: 81.3% Minimum: 39.7%

Tr/Te: 값이 작을수록 부생물인 트리알콕시실란이 소량 생성됨을 의미함.Tr / Te: Lower value means smaller amount of by-products of trialkoxysilane.

상기 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 테트라알콕시실란을 제조하는데 있어서 종래의 기술이 갖는 장애요소를 크게 경감시키고 궁극적으로 목적 화합물인 테트라알콕시실란의 수율을 크게 증가시킬 수 있다. 따라서, 보다 경제적이고 경쟁력이 있는 테트라알콕시실란 생산기술로 적용이 가능하다.As can be seen from Table 1, the present invention can greatly reduce the obstacles of the prior art in the production of tetraalkoxysilane and ultimately increase the yield of the tetraalkoxysilane of the target compound. Therefore, it is possible to apply to more economical and competitive tetraalkoxysilane production technology.

Claims (9)

실리콘에 저급알콜을 반응시켜 테트라알콕시실란을 제조하는 방법에 있어서, 구리 또는 구리의 할로겐화물을 주촉매로 하고, 카드뮴 또는 카드뮴의 할로겐화물 및 아연 또는 아연의 할로겐화물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 또는 그 이상의 성분을 상기 주촉매에 혼합한 촉매성분과 실리콘을 유기용매에 함침시킨 후, 유기용매를 제거하여 촉매성분이 침적된 실리콘을 제조하고, 이를 질소분위기하에서 활성화시켜 활성이 높은 접촉물질을 제조한 다음, 상기 접촉물질을 반응기에 공급하여 저급알콜과 160∼300℃에서 반응시키는 것을 특징으로 하는 테트라알콕시실란의 제조방법.In the method for producing tetraalkoxysilane by reacting silicon with lower alcohol, one or more selected from the group consisting of halides of cadmium or cadmium and halides of zinc or zinc as a main catalyst, After impregnating the catalyst component and silicon mixed with the above components in the main catalyst in an organic solvent, the organic solvent is removed to prepare a silicon in which the catalyst component is deposited, and activated in a nitrogen atmosphere to prepare a highly active contact material. Next, the method for producing a tetraalkoxysilane, characterized in that for supplying the contact material to the reactor to react with lower alcohol at 160 ~ 300 ℃. 제 1항에 있어서, 상기 반응기가 교반식 또는 비교반식 유동층 반응기, 고정층 반응기 또는 회분식 반응기임을 특징으로 하는 테트라알콕시실란의 제조방법.The method of claim 1, wherein the reactor is a stirred or non-fluidized fluidized bed reactor, a fixed bed reactor or a batch reactor. 제 1항에 있어서, 상기 반응이 회분식 또는 연속식으로 진행됨을 특징으로 하는 테트라알콕시실란의 제조방법.The method for producing tetraalkoxysilane according to claim 1, wherein the reaction proceeds batchwise or continuously. 제 1항에 있어서, 상기 반응온도가 180∼260℃임을 특징으로 하는 테트라알콕시실란의 제조방법.The method of claim 1, wherein the reaction temperature is 180 to 260 ° C. 제 1항에 있어서, 상기 유기용매가 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 노말핵산, 아세톤 및 에테르로 이루어진 군으로부터 선택된 하나임을 특징으로 하는 테트라알콕시실란의 제조방법.The method of claim 1, wherein the organic solvent is one selected from the group consisting of methanol, ethanol, propanol, butanol, normal nucleic acid, acetone and ether. 제 1항에 있어서, 상기 저급알콜이 메탄올, 에탈올, 프로판올, 이소프로판올, 부탄올, 이소부탄올, 2차 부탄올 및 3차 부탄올로 이루어진 군으로부터 선택된 하나임을 특징으로 하는 테트라알콕시실란의 제조방법.The method of claim 1, wherein the lower alcohol is one selected from the group consisting of methanol, ethanol, propanol, isopropanol, butanol, isobutanol, secondary butanol and tertiary butanol. 제 1항에 있어서, 상기 구리 또는 구리의 할로겐화물에 포함되는 순수한 구리의 함량이 실리콘 100중량부에 대해 1.0∼20.0 중량부임을 특징으로 하는 테트라알콕시실란의 제조방법.The method for producing tetraalkoxysilane according to claim 1, wherein the content of pure copper contained in the copper or a halide of copper is 1.0 to 20.0 parts by weight based on 100 parts by weight of silicon. 제 1항에 있어서, 상기 카드뮴 또는 카드뮴 할로겐화물에 포함되는 순수한 카드뮴의 함량은 순수한 구리의 함량 100중량부에 대해 0.001∼2.0중량부임을 특징으로 하는 테트라알콕시실란의 제조방법.The method of claim 1, wherein the content of pure cadmium in the cadmium or cadmium halide is 0.001 to 2.0 parts by weight based on 100 parts by weight of pure copper. 제 1항에 있어서, 상기 아연 또는 아연의 할로겐화물에 포함되는 순수한 아연의 함량은 순수한 구리의 함량 100중량부에 대해 0.1∼20.0중량부임을 특징으로 하는 테트라알콕시실란의 제조방법.The method of claim 1, wherein the content of pure zinc contained in the zinc or the halide of zinc is 0.1 to 20.0 parts by weight based on 100 parts by weight of pure copper.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5616492A (en) * 1979-07-20 1981-02-17 Mitsubishi Chem Ind Ltd Preparation of tetraalkoxysilane
JPS63166888A (en) * 1986-12-29 1988-07-11 Mitsubishi Kasei Corp Production of tetraalkoxysilane
JPH01128989A (en) * 1987-09-30 1989-05-22 Union Carbide Corp Production of trialkoxysilane-tetraalkoxysilane mixture
JPH0753569A (en) * 1993-08-11 1995-02-28 Mitsubishi Chem Corp Production fo tetraalkoxysilane

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5616492A (en) * 1979-07-20 1981-02-17 Mitsubishi Chem Ind Ltd Preparation of tetraalkoxysilane
JPS63166888A (en) * 1986-12-29 1988-07-11 Mitsubishi Kasei Corp Production of tetraalkoxysilane
JPH01128989A (en) * 1987-09-30 1989-05-22 Union Carbide Corp Production of trialkoxysilane-tetraalkoxysilane mixture
JPH0753569A (en) * 1993-08-11 1995-02-28 Mitsubishi Chem Corp Production fo tetraalkoxysilane

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