硅氮烷裂解的连续方法技术

硅氮烷的裂解方法，其特征为，该方法连续进行。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及，特别是用来生产用于非氧化物无机陶瓷的分子前体。分批进行的硅氮烷裂解反应，在现有技术中已经进行了描述(Metallo-organicheskaya Khimiya(1989)，2(3)，701-2，Kalikhman，I.D.等人；Journal of Organometallic Chemistry(1989)，361(2)，147-55，Kalikhman，I.D.等人；Zhurnal Obshchei Khimii(1981)，51(8)，1824-9，Sheludyakov，V.D.等人)。尤其有利的是由阴离子组分C和N以及2至4种具有阳离子功能的其他元素如B、Al、Ga、In、Si、Ge、P、Ti、Zr、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Fe或Zn形成的陶瓷。这样的陶瓷，例如由Si、B、N和C所组成，以极好的热学、机械学和化学耐性而著名，并且在所有与应用相关的特性相结合方面例如热机中的使用，明显地优于竞争性材料。达到这些有利的性质的条件首先是实现由具有阴离子和阳离子功能的元素规则交替的网，后者均匀分布在1到2纳米以上的区域内。这样的条件可以通过合成和提供包含经过氮相互连接在一起的阳离子组分彼此按所期望的组合的分子单组分前体来实现。随后将这些分子前体聚合并最终经热解而陶瓷化。由于聚合物中间步骤可以根据任何聚合物技术方法加工，因此展示了不一般地宽域的应用形式，例如诸如纤维、薄膜、渗透物、涂层和模塑体。特别重要的是这种新材料家族用于生产纤维加强型陶瓷复合物的潜力。由于在高温空气中和同时机械负荷下无与伦比的优异特性，保证了其应用潜力。向被金属材料和传统的陶瓷材料所占据的领域中渗透由于有多种技术优势而值得期待，但只有在可以获得成本有利的生产方法时才有可能。在综述″Amorphous Multinary Ceramics in the Si-B-N-C System″(M Jansen等人，Struct.Bond.2002，101，137)2002，101，137)和DE 41 07 108 A1，DE 100 45 427 A1，DE 100 45 428 A1和101 04536 A1中，对于Si/B/N/C子系统描述了式(1)RxHal3-xSiNR1-BRyHal2-y的单组分前体的主结构变体，其中R每种情况下独立地代表具有1到20个C原子的烃基，Hal每种情况下独立地表示Cl、Br或I，R1每种情况下独立地代表具有1到20个C原子的烃基或氢，x＝0、1或2并且y＝0或1。上述方法的共同点是从Me3Si-NR1SiMe3开始，由两步连续的硅氮烷裂解，首先与SiHal4-xRx然后与BHal3-yRy，在两步液相操作中以分批方式合成各自的目标分子。 这里涉及实验室合成，不能直接在技术规模上作为环境和经济上优化的生产方法来实行。可能尤其有以下的问题1.第一步硅氮烷裂解的反应时间每批在20到48小时之间，第二步为大约12小时。因此通过这条路线不能获得令人满意的空时产率。2.如果将反应温度提高，则选择性下降并且可能得到不希望的副产物如RxHal3-xSi-NR1-SiHal3-xRx或Me3Si-NR1-SiHal2-xRx-NR1-SiMe3。3.至今，需要大大过量的昂贵进料，其成本削弱了该方法的经济性。4.由″分批″方法合成是相对不经济的，因为在每批反应之前都要为反应装置提供耗时且成本过高的惰性环境。5.由合成期间必要的冷却以及由通过蒸馏过程的分离和提纯产物而产生高成本。在DE 100 45 428 A1中描述了上述定义的单组分前体的另一种制备路线，据此一种胺组分R1NH2相继与硅烷组分SiHal4-xRx和硼烷组分BHal3-yRy反应 在这两步连续的氨解反应顺序中，在两步中出现的不可避免地形成难以分离的盐酸盐是有缺点的，同时显著地降低了相对于投入的原料的产物产率。尽管如此，这条路线使达到连续的生产方法的实现成为可能，在该方法中，反应器在生产阶段和再生阶段(除去盐酸盐)之间循环(DE 102 28 990 A1)。虽然上述方法已经产生了很好的结果，但从技术和经济的角度来看仍然显示了以下缺点1.通过间歇的运行方式大大降低了空时产率。只有通过安装一个并列反应器才能实现补救(这样就提高了投资支出)。2.起始组分胺和中间步骤的甲硅烷基胺各一半结合成盐酸盐并且在再生循环期间排出。这显著减少了终产物相对于贵重的进料的产率。3.目标产物必须进行复杂的分离和纯化。4.残留的中间体和终产物在热气提期间热解并因此导致在长期运转过程中反应器结垢。通过硅氮烷裂解可以生产很多令人感兴趣的化合物，尤其是用于非氧化物陶瓷的分子单组分前体。然而，至今已知的分批方法，显示了上述讨论到的缺点。因此本专利技术的一个目的是提供至少部分解决了现有技术的缺点的硅氮烷化合物的裂解方法。本专利技术的另一个目的是提供生产用于非氧化物陶瓷的单组分前体的有效的、普遍适用的方法，尤其是它应该满足以下要求-该方法应该是可连续进行的，无需将中间步骤分别分离或贮存。-产物产率应该是最优的，从而将进料尽可能完全地转化为产物。本专利技术涉及硅氮烷化合物的裂解方法，其特征为该方法连续地进行。令人惊讶地发现，硅氮烷裂解可以连续进行，因此上述关于空时产率低的缺点就可以克服。硅氮烷是具有Si-N键的硅氮化合物。通过硅氮烷裂解可以合成元素-N化合物。此外根据本专利技术发现，如果用于硅氮烷裂解的起始物至少一种以气态使用，连续式操作方法是尤其有利且可行的。因此，硅氮烷或裂解试剂或二者都可以以气态形式使用。在优选实施方案中，所有的起始物都以气态形式使用并且反应在气相中进行。在另一个优选实施方案中，至少一种起始物是以气态形式使用并且至少另一种起始物以液态形式使用。在这种实施方法中，该方法有利地逆流进行，由此可以达到几乎定量或甚至定量的转化。在这样的反应操作中，至少一个反应步骤有利地采取气-液反应器的形式，例如泡罩塔、喷淋塔、填充塔、降膜式反应器或具有外循环的反应器。根据本专利技术可以通过将目标产物或/和不希望得到的副产物从反应混合物中并因此从平衡中除去来达到更进一步地改善该连续方法。目标产物可以，例如通过结晶、冷凝和/或使用溶剂与反应混合物的剩余组分分离。副产物，尤其是易挥发的副产物，优选通过部分冷凝、蒸馏、渗透蒸发、气体渗透或吸附从反应混合物中除去。冷凝物相和气相之间的相分离优选在惯性分离器或在旋风分离器中进行。使用根据本专利技术的连续式操作方法，尤其是可以达到关于所期望的目标产物的高选择性。通过与一种起始物以过量，尤其是过量至少1.5倍，更优选至少过量2倍进行反应，可以更进一步地确保选择性。总之，使用根据本专利技术的连续方法，进料可以几乎定量转化为所期望的目标化合物。在本专利技术的优选实施方案中，在此描述的硅氮烷裂解用来生产具有N-Y结构特征的化合物。因此本专利技术也涉及包含如上所述的用来生产包含N-Y结构特征的化合物的，其中Y每种情况下独立地选自B、Al、Ga、In、Si、Ge、P、Ti、Zr、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Fe或Zn，其中将硅氮烷化合物与选自以下的式(2)化合物反应BHal3-xRx，AlHal3-xRx，GaHal3-xRx，InHal3-xRx，SiH本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：M·詹森，G·科利奥斯，B·耶施克，
申请(专利权)人：马普科技促进协会，
类型：发明
国别省市：