×
27.02.2013
216.012.2a9c

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТРИЭТОКСИСИЛАНА

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к способам получения триэтоксисилана, пригодного для производства моносилана для полупроводниковой техники и солнечной энергетики, а также для различных кремнийорганических жидкостей и полимеров. Предложен способ получения триэтоксисилана прямым взаимодействием металлургического кремния с сухим этиловым спиртом в среде высококипящего растворителя в присутствии катализатора хлорида меди (I), причем повышение эффективности процесса достигается двухстадийной активацией смеси кремния, растворителя и катализатора. На первой стадии смесь выдерживают в токе водорода при 180-250°С в течение 0,5-2,5 часов при перемешивании. На второй - выдерживают реакционную массу в тех же условиях в атмосфере инертного газа без перемешивания. Технический результат - предложенный способ активации реакционной массы позволяет достигать конверсии кремния более 75% и селективности по триэтоксисилану свыше 80%. 7 пр.
Основные результаты: Способ получения триэтоксисилана прямым взаимодействием металлургического кремния с сухим этиловым спиртом в среде высококипящего растворителя в присутствии катализатора хлорида меди (I), отличающийся тем, что для повышения эффективности процесса проводят двухстадийную активацию смеси кремния, растворителя и катализатора, которую вначале выдерживают в токе водорода при 180-250°С в течение 0,5-2,5 ч при перемешивании, а затем в тех же условиях в атмосфере инертного газа без перемешивания.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к химии кремнийсодержащих соединений, а именно к разработке эффективного способа получения триэтоксисилана, пригодного для производства моносилана для полупроводниковой техники и солнечной энергетики, а также для различных кремнийорганических жидкостей и полимеров.

Известно два способа получения триэтоксисилана: этерификация трихлорсилана этиловым спиртом и прямое взаимодействие металлургического кремния с этанолом в среде высококипящего растворителя в присутствии медьсодержащего катализатора.

По первому способу триэтоксисилан получается с низкими выходами и содержит значительное количество примесей (в том числе хлоридов) из-за коррозии оборудования, что в принципе не позволяет применять этот продукт без сложной многостадийной очистки для получения моносилана особой чистоты. Кроме этого, использование в данной технологии токсичных хлоридов не удовлетворяет современным экологическим требованиям.

«Прямой синтез» триэтоксисилана из металлургического кремния и этанола теоретически позволяет получать продукт высокого качества, свободный от электроактивных примесей, так как в процессе не используются вещества, вызывающие коррозию оборудования. Способ является также экологически чистым, поскольку в нем не участвуют токсичные хлорсодержащие соединения.

Впервые о возможности «прямого синтеза» алкоксисиланов из кремния и спиртов в присутствии медьсодержащего катализатора было сообщено Е.Г.Роховым еще в 1948 г., однако только в 1972 году был запатентован способ прямого синтеза алкоксисиланов, заключавшийся в пропускании паров алифатических спиртов при 250-300°С через смесь кремния с 10% меди, для активации предварительно прогретую в токе водорода при температуре более 1000°С в течение 14 часов (патент US 3641077, МПК C07F 7/00, 7/02, 7/22, 1972).

К недостаткам метода следует отнести низкие выходы триалкоксисиланов, длительное время и высокую температуру активации контактной массы.

Из патентной литературы известно, что ведение «прямого синтеза» в среде полиароматических углеводородов в присутствии хлорида меди (I) позволяет существенно увеличить выход триэтоксисилана (патент US 3775457, МПК C07F 7/04, 7/06, 1973). При этом для активации кремния в этанол вводили до 0,2% фтористого водорода.

Существенными недостатками такой активации является сильная коррозия оборудования и загрязнение целевого триэтоксисилана фтором.

В изобретении (патент US 4931578, МПК C07F 7/18, 1990) описано применение в качестве катализаторов «прямого синтеза» галогенидов меди (I, II), формиата, ацетата, ацетилацетоната меди или оксидов меди, что также позволяет достичь хороших выходов триалкоксисиланов. В данной работе активацию реакционной массы проводят в течение 15 часов при интенсивном перемешивании в три этапа: сначала нагревают ее в течение часа до 200°С в токе азота, затем в течение 10 часов барботируют смесь азота с галоидным алкилом при 200-260°С и, наконец, прекратив подачу галоидного алкила, позволяют массе «созреть» в токе азота в течение 4-х часов.

Недостатком данного способа активации является ее большая длительность, что снижает производительность оборудования. Вторым существенным недостатком метода является загрязнение целевого триалкоксисилана следами галоидного алкила, что в дальнейшем приводит к снижению качества моносилана.

Таким образом, для получения триэтоксислана, пригодного для производства моносилана особой чистоты, необходим такой режим проведения активации реакционной массы, который бы исключал введение в процесс посторонних активных реагентов, способных вызвать коррозию оборудования и загрязнить целевой продукт.

Наиболее близким к предлагаемому способу и принятым нами в качестве прототипа является способ получения триэтоксисилана, описанный в патенте (US 5728858, МПК C07F 7/16, 1998), в котором активация реакционной массы проводится при непрерывном перемешивании в токе водорода при 150-250°С в течение 0,5-1,5 часа. Водород инертен в коррозионном отношении, легко удаляется из реакционной массы и не загрязняет целевой триэтоксисилан. В качестве катализатора использовались гидроксиды меди.

Недостатком способа является нестабильность выбранных катализаторов и сильная зависимость их активности от срока хранения и технологии получения. Кроме этого, при восстановлении таких катализаторов водородом получается вода, которая отрицательно сказывается на выходе триалкоксисиланов.

Задачей настоящего изобретения является увеличение выхода триэтоксисилана, повышение чистоты триэтоксисилана, сокращение времени активации реакционной массы и повышение производительности процесса.

Указанная задача решается тем, что предложен способ получения триэтоксисилана прямым взаимодействием металлургического кремния с сухим этиловым спиртом в среде высококипящего растворителя в присутствии медьсодержащего катализатора, отличающийся тем, что для повышения эффективности процесса проводят двухстадийную активацию реакционной массы, которую вначале выдерживают в токе водорода при 180-250°С в течение 0,5-2,5 часов при перемешивании, а затем - в тех же условиях в атмосфере инертного газа без перемешивания.

Технический результат достигается за счет использования режима активации реакционной массы, в котором для повышения конверсии кремния и выхода триэтоксисилана, а также для сокращения времени реакции смесь кремния с 2-5% катализатора перемешивают в среде Therminol-66 в течение 0,5-2,5 часов в токе водорода при 180-250°С, затем барботирование водорода прекращают и выдерживают массу при остановленной мешалке без перемешивания в токе инертного газа (азота или аргона) в течение 0,5-2,5 часов, после чего включают мешалку и производят дозирование спирта.

Такой способ активации реакционной массы позволяет на первом этапе в результате восстановления хлорида меди (I) водородом получить высокоактивные наноразмерные частицы меди, генерерованию которых в последнее время посвящено большое количество патентов (патент US 2003/0065204, МПК C07F 7/16, 2003). На втором этапе активации при отсутствии перемешивания и непосредственном контакте частиц катализатора с кремнием происходит диффузия наноразмерных частиц меди в кремний с образованием большого количества активных по отношению к спирту, как было показано Дж. Акером с сотрудниками (J.Acker, S.Kother, K.M.Lewis, K.Bohmhammel. The Reactivity in the system CuCl-Si related to the activation of silicon in the Direct Synthesis. Silicon Chemistry.-2003, vol.2, No.3, p.195-206), центров силицида меди Cu3Si.

Пропускание водорода в течение менее 0,5 часа нецелесообразно, поскольку не успевает пройти восстановление медьсодержащего соединения, а увеличение времени барботирования водорода более 2,5 часов снижает производительность оборудования, поэтому оптимальным временем выдержки в токе водорода является 1-1,5 часа.

Оптимальное время выдержки реакционной массы без перемешивания составляет 1-2 часа, поскольку выдержка в течение менее 0,5 часа не приводит к повышению конверсии кремния и выхода триэтоксисилана, а увеличение времени выдержки более 2,5 часов снижает производительность оборудования, не оказывая уже существенного влияния на конверсию кремния и выход триэтоксисилана. Способ осуществляют следующим образом.

Пример 1 (по прототипу).

В реактор из нержавеющей стали SS316L объемом 1000 мл, снабженный мешалкой, охлаждаемым до минус 50°С нисходящим холодильником, капилляром для ввода водорода и капилляром для ввода спирта, загружают 100 г кремния, 200 г Therminol-66 и 2 г хлорида меди (I). Продувают реактор аргоном, затем включают обогрев реактора и мешалку. По достижении температуры реакционной смеси 180°С при непрерывном перемешивании начинают барботировать водород со скоростью 30 мл/мин, доводя температуру реакционной массы до 240-250°С. Барботирование водорода продолжают в течение 1,5 часа, после чего подачу водорода прекращают и продолжают перемешивание реакционной смеси при этой температуре в токе аргона еще 1,5 часа. Затем с помощью дозировочного насоса вводят в реактор этиловый спирт с расходом 50 мл/час в токе аргона с расходом 30 мл/мин. Образующиеся продукты реакции конденсируют с помощью нисходящего холодильника, собирают в охлаждаемом до минус 50°С приемнике и анализируют методом газовой хроматографии. Реакция заканчивается за 16 часов. Конверсия кремния составляет 53,2%, а выход триэтоксисилана - 38,4%.

Пример 2.

Процесс проводят аналогично примеру 1, но после пропускания водорода останавливают мешалку и выдерживают реакционную массу в токе аргона или азота в течение 1,5 часа без перемешивания, а затем включают мешалку и начинают дозирование спирта. Реакция завершается за 17 часов. Конверсия кремния составляет 60,6%, а выход триэтоксисилана - 45,7%.

Пример 3.

Процесс проводят аналогично примеру 1, но после пропускания водорода останавливают мешалку и выдерживают реакционную массу в токе аргона или азота в течение 2,5 часа без перемешивания, а затем включают мешалку и начинают дозирование спирта. Реакция завершается за 17 часов. Конверсия кремния составляет 61,2%, а выход триэтоксисилана - 45,1%.

Пример 4.

Процесс проводят аналогично примеру 1, но после пропускания водорода останавливают мешалку и выдерживают реакционную массу в токе аргона или азота в течение 0,5 часа без перемешивания, а затем включают мешалку и начинают дозирование спирта. Реакция завершается за 16 часов. Конверсия кремния составляет 50,2%, а выход триэтоксисилана - 36,6%.

Пример 5.

Процесс проводят аналогично примеру 2, но водород пропускают в течение 0,5 часа. Реакция завершается за 14 часов. Конверсия кремния составляет 40,3%, а выход триэтоксисилана - 33,0%.

Пример 6.

Процесс проводят аналогично примеру 2, но водород пропускают в течение 2,5 часа. Реакция заканчивается за 17 часов. Конверсия кремния составляет 50,2%, а выход триэтоксисилана - 41,4%.

Пример 7.

Процесс проводят аналогично примеру 2, но с 5 г хлорида меди (I) в качестве катализатора. Реакция завершается за 17 часов. Конверсия кремния составляет 61,8%, а выход триэтоксисилана - 45,4%.

Способ получения триэтоксисилана прямым взаимодействием металлургического кремния с сухим этиловым спиртом в среде высококипящего растворителя в присутствии катализатора хлорида меди (I), отличающийся тем, что для повышения эффективности процесса проводят двухстадийную активацию смеси кремния, растворителя и катализатора, которую вначале выдерживают в токе водорода при 180-250°С в течение 0,5-2,5 ч при перемешивании, а затем в тех же условиях в атмосфере инертного газа без перемешивания.
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 67 items.
10.01.2013
№216.012.18b6

Способ получения α,ω-бис(метилдифенилсилил)олигодиорганосилоксанов

Изобретение относится к способам получения олигодиорганосилоксанов, используемых в качестве рабочих жидкостей паромасляных вакуумных насосов для создания умеренного и сверхглубокого вакуума; в качестве рабочих тел капельных холодильников-излучателей бескаркасных систем отвода...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471818
Дата охранного документа: 10.01.2013
10.01.2013
№216.012.18f9

Устройство для получения карбидокремниевых волокон

Изобретение относится к устройствам для получения пиролизом монофиламентных карбидокремниевых волокон. Устройство для получения карбидокремниевых волокон состоит из одной или более камер. Каждая камера выполнена в виде стеклянной трубки с двумя штуцерами для подачи газовой смеси...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471885
Дата охранного документа: 10.01.2013
20.01.2013
№216.012.1c29

Способ получения β-карбида кремния

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Шунгит III-й разновидности, порошкообразное фенольное связующее и смазку смешивают. Полученную шихту вальцуют. Вальцованную массу измельчают, просеивают. Изготавливают заготовки методом компрессионного прессования. Заготовки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002472703
Дата охранного документа: 20.01.2013
10.03.2013
№216.012.2e1f

Устройство для получения борных волокон

Изобретение относится к устройствам для получения борных волокон. Устройство для получения борных волокон содержит сборный корпус, состоящий из стеклянных неразборных камер. Каждая камера содержит два ртутных и два газовых штуцера, выполненных в виде стеклянных трубок. Внутри каждой камеры...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477338
Дата охранного документа: 10.03.2013
20.04.2013
№216.012.35e5

Способ получения силанов типа rsih диспропорционированием гидридалкоксисиланов типа rsih(or') (где n=0; 1; r=me; r'=me, et) и катализаторы для его осуществления

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Силаны типа RSiH получают диспропорционированием гидридалкоксисиланов типа RSiH(OR') (где n=0; 1; R=Me; R'=Me, Et) в присутствии гетерогенного катализатора - анионообменной смолы. Анионообменную смолу однократно обрабатывают сухим...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479350
Дата охранного документа: 20.04.2013
27.05.2013
№216.012.43d3

Способ обработки моноколеса газотурбинного двигателя

Изобретение относится к области обработки металлов резанием и может быть использовано при фрезеровании концевыми фрезами лопаток моноколес газотурбинных двигателей (ГТД) на станках с числовым программным управлением. Способ обработки моноколеса газотурбинного двигателя концевыми фрезами на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002482940
Дата охранного документа: 27.05.2013
20.06.2013
№216.012.4c2b

Композиция пастообразного ракетного горючего для прямоточных воздушно-реактивных двигателей с камерой дожигания

Изобретение относится к ракетной технике, а именно к области получения пастообразных горючих для прямоточных воздушно-реактивных двигателей с камерой дожигания. Предлагается композиция, содержащая нанодисперсные порошки металлов. В качестве нанодисперсных порошков применяют порошок бора или...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485081
Дата охранного документа: 20.06.2013
27.06.2013
№216.012.5076

Способ получения 1,2-бис(гидроксиметил)-о-карборана

Изобретение относится к способам получения 1,2-бис(гидроксиметил)-о-карборана, который используется для создания полимерных производных, применяемых в качестве компонентов специальных составов с уникальными свойствами, суперклеев и высокотермостойких полимеров. Способ получения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486191
Дата охранного документа: 27.06.2013
27.06.2013
№216.012.5077

Способ получения органохлорсиланов методом газофазной термической конденсации и реактор для его осуществления

Изобретение относится к технологии получения органохлорсиланов. Предложен способ получения органохлорсиланов методом газофазной термической конденсации гидридхлорсиланов с хлорпроизводными олефинов и ароматических углеводородов, включающий подогрев исходных реагентов до температуры 100-300°С,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486192
Дата охранного документа: 27.06.2013
27.06.2013
№216.012.5078

Способ разделения смеси метилхлорсиланов и хлористого метила

Изобретение относится к способам разделения смеси хлористого метила (ХМ) и метилхлорсиланов (МХС), получаемой в процессе синтеза метилхлорсиланов из кремния и хлористого метила. Предложен способ, при котором конденсат хлористого метила и метилхлорсиланов собирают раздельно с высокотемпературной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486193
Дата охранного документа: 27.06.2013
Showing 1-10 of 128 items.
10.01.2013
№216.012.18b6

Способ получения α,ω-бис(метилдифенилсилил)олигодиорганосилоксанов

Изобретение относится к способам получения олигодиорганосилоксанов, используемых в качестве рабочих жидкостей паромасляных вакуумных насосов для создания умеренного и сверхглубокого вакуума; в качестве рабочих тел капельных холодильников-излучателей бескаркасных систем отвода...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471818
Дата охранного документа: 10.01.2013
10.01.2013
№216.012.18f9

Устройство для получения карбидокремниевых волокон

Изобретение относится к устройствам для получения пиролизом монофиламентных карбидокремниевых волокон. Устройство для получения карбидокремниевых волокон состоит из одной или более камер. Каждая камера выполнена в виде стеклянной трубки с двумя штуцерами для подачи газовой смеси...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471885
Дата охранного документа: 10.01.2013
20.01.2013
№216.012.1c29

Способ получения β-карбида кремния

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Шунгит III-й разновидности, порошкообразное фенольное связующее и смазку смешивают. Полученную шихту вальцуют. Вальцованную массу измельчают, просеивают. Изготавливают заготовки методом компрессионного прессования. Заготовки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002472703
Дата охранного документа: 20.01.2013
10.03.2013
№216.012.2e1f

Устройство для получения борных волокон

Изобретение относится к устройствам для получения борных волокон. Устройство для получения борных волокон содержит сборный корпус, состоящий из стеклянных неразборных камер. Каждая камера содержит два ртутных и два газовых штуцера, выполненных в виде стеклянных трубок. Внутри каждой камеры...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477338
Дата охранного документа: 10.03.2013
20.04.2013
№216.012.35e5

Способ получения силанов типа rsih диспропорционированием гидридалкоксисиланов типа rsih(or') (где n=0; 1; r=me; r'=me, et) и катализаторы для его осуществления

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Силаны типа RSiH получают диспропорционированием гидридалкоксисиланов типа RSiH(OR') (где n=0; 1; R=Me; R'=Me, Et) в присутствии гетерогенного катализатора - анионообменной смолы. Анионообменную смолу однократно обрабатывают сухим...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479350
Дата охранного документа: 20.04.2013
27.05.2013
№216.012.43d3

Способ обработки моноколеса газотурбинного двигателя

Изобретение относится к области обработки металлов резанием и может быть использовано при фрезеровании концевыми фрезами лопаток моноколес газотурбинных двигателей (ГТД) на станках с числовым программным управлением. Способ обработки моноколеса газотурбинного двигателя концевыми фрезами на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002482940
Дата охранного документа: 27.05.2013
20.06.2013
№216.012.4c2b

Композиция пастообразного ракетного горючего для прямоточных воздушно-реактивных двигателей с камерой дожигания

Изобретение относится к ракетной технике, а именно к области получения пастообразных горючих для прямоточных воздушно-реактивных двигателей с камерой дожигания. Предлагается композиция, содержащая нанодисперсные порошки металлов. В качестве нанодисперсных порошков применяют порошок бора или...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485081
Дата охранного документа: 20.06.2013
27.06.2013
№216.012.5076

Способ получения 1,2-бис(гидроксиметил)-о-карборана

Изобретение относится к способам получения 1,2-бис(гидроксиметил)-о-карборана, который используется для создания полимерных производных, применяемых в качестве компонентов специальных составов с уникальными свойствами, суперклеев и высокотермостойких полимеров. Способ получения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486191
Дата охранного документа: 27.06.2013
27.06.2013
№216.012.5077

Способ получения органохлорсиланов методом газофазной термической конденсации и реактор для его осуществления

Изобретение относится к технологии получения органохлорсиланов. Предложен способ получения органохлорсиланов методом газофазной термической конденсации гидридхлорсиланов с хлорпроизводными олефинов и ароматических углеводородов, включающий подогрев исходных реагентов до температуры 100-300°С,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486192
Дата охранного документа: 27.06.2013
27.06.2013
№216.012.5078

Способ разделения смеси метилхлорсиланов и хлористого метила

Изобретение относится к способам разделения смеси хлористого метила (ХМ) и метилхлорсиланов (МХС), получаемой в процессе синтеза метилхлорсиланов из кремния и хлористого метила. Предложен способ, при котором конденсат хлористого метила и метилхлорсиланов собирают раздельно с высокотемпературной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486193
Дата охранного документа: 27.06.2013
+ добавить свой РИД