制备烷基卤代硅烷的方法技术

一种制备烷基卤代硅烷的方法，该方法包括使卤代烷和硅在铜催化剂存在下反应，该铜催化剂包括铜粉、微粒铜、铜片，或其组合以及至少一种助催化剂。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
本专利技术涉及一种。更具体而言，本专利技术涉及一种包括硅、卤代烷和铜催化剂的烷基卤代硅烷的制备方法。Rochow，U.S.专利2,380,995公开了在铜-硅合金存在下通过粉末状硅和卤代烷直接反应制备烷基卤代硅烷的混合物。通常将这一反应称为“直接方法”或“直接工艺”。该反应可以概述如下(I)Me2SiCl2MeSiCl3MeHSiCl2Me2HSiCl其中Me是甲基。除上述甲基氯硅烷之外，在生产甲基氯硅烷粗品期间还形成了“残留物”。残留物是指在大气压下甲基氯硅烷粗品中沸点大于约70℃的产物。残留物由下述材料组成，如乙硅烷，例如，对称的1，1，2，2-四氯二甲基乙硅烷；1，1，2-三氯三甲基乙硅烷；二硅氧烷；二甲硅烷亚甲基以及其它更高沸点的物质，例如，丙硅烷；三硅氧烷；三甲硅烷亚甲基；等等。通常，希望在甲基氯硅烷反应中得到高产率并且相对于其他产物选择性地生产二甲基二氯硅烷。不断寻求新工艺以改进烷基卤代硅烷反应。专利技术简述本专利技术提供一种，该方法包括使卤代烷和硅在铜催化剂存在下反应，该铜催化剂包括铜粉、微粒铜、铜片，或其组合以及至少一种助催化剂。 附图说明图1显示了重复进行的使用铜片催化剂或铜粉催化剂的甲基氯硅烷反应中粗甲基氯硅烷的生成速率。图2显示了重复进行的使用铜片催化剂或铜粉催化剂的甲基氯硅烷反应中生成的甲基氯硅烷与二甲基二氯硅烷(T/D)的比例。图3显示了重复进行的使用铜片催化剂或铜粉催化剂的甲基氯硅烷反应中生成的甲基二氯硅烷的重量百分比。图4显示了重复进行的使用铜片催化剂或铜粉催化剂的甲基氯硅烷反应中产生的残留物的重量百分比。专利技术详述在本专利技术中，通过使硅和卤代烷在铜催化剂和至少一种助催化剂的存在下反应制备烷基卤代硅烷。铜催化剂是以铜粉、微粒铜、铜片，或其组合的形式。现已发现铜粉、微粒铜、铜片或其组合对于生成烷基卤代硅烷是合适的并且节约成本的催化剂。通常，铜粉、微粒铜、铜片或其组合具有大于0.2平方米/克(m2/g)的表面积。存在的铜粉、微粒铜、铜片或其组合通常相对于整个反应器床以重量计为约1％到约6％，优选相对于整个反应器床以重量计为约1.5％到约4.5％，更优选相对于整个反应器床以重量计为约2％到约4％。给定反应物的最佳量可根据反应条件变化，并且本领域的技术人员可容易地确定其它成分的认定。用于接触物质(contact mass)的硅可以具有含量基于全部的硅以重量计为约0.1％到1％的铁(Fe)，含量基于全部的硅以重量计为约0.01％到0.2％的钙(Ca)，含量基于全部的硅以重量计为约0.02％到0.5％的铝(Al)。硅通常具有低于约700微米的粒径，具有大于约20微米并且小于约300微米的平均粒径。硅颗粒的平均直径优选为约100微米到约150微米。通常得到的硅的纯度以硅的重量计为至少约98％，然后将其粉碎成上述范围内的硅颗粒，用于制备接触物质。这里使用的“接触物质”是指与硅粉末一起预加热以形成接触物质的铜源。可通过在氯代甲烷或其它适宜气体的存在下将硅和铜催化剂在炉中温度为约280℃到约400℃加热制备接触物质。在烷基卤代硅烷反应期间，可使用助催化剂如锌、锡、锑和磷。现已发现金属锌、锌卤化物，例如氯化锌和氧化锌能有效地作为本专利技术的助催化剂成分。存在的锌(Zn)相对整个反应器床为约0.01重量％到约1重量％。也可使用金属锡粉末(-325ASTM筛)、锡卤化物，例如四氯化锡、氧化锡、四甲基锡和烷基锡卤化物及其组合作为制备该物质的助催化剂组分的锡源。存在的锡(Sn)相对于整个反应器床为约百万分之十到约百万分之一百。当磷是该烷基卤代硅烷反应的成分时，其存在的量通常相对整个反应器床为约百万分之一百到约百万分之一千份。当将磷加入到反应器床时，其可以来自于多种源。例如，磷的源可以是磷化铜、磷化锌、三氯化磷、烷基膦例如，三乙基膦或三甲基膦或其组合。虽然优选将氯代甲烷用于本专利技术的烷基卤代硅烷，但是也可使用其它C(1-4)烷基氯化物，例如氯乙烷、氯丙烷等等。相应地，术语“烷基卤代硅烷”包括被称为“D”或“Di”的二甲基二氯硅烷，其中优选被称为“T”或“Tri”的甲基氯硅烷，和多种其它硅烷，例如四甲基硅烷、三甲基氯硅烷、甲基三氯硅烷、四氯化硅、三氯硅烷、甲基二氯硅烷和二甲基氯硅烷。二甲基二氯硅烷具有最高的商业利益。T/D比值是粗甲基氯硅烷反应产物中甲基三氯硅烷与二甲基二氯硅烷的重量比。T/D比值的增加表明优选的二甲基二氯硅烷的生成减少。因此，T/D产物比值是对烷基卤代硅烷反应的许多改进的目标。除T/D比值之外，另一种甲基氯硅烷反应的性能指标是粗甲基氯硅烷的生成速率。形成甲基氯硅烷的反应速率常数通常由本领域技术人员定义为术语“Kp”。Kp是甲基氯硅烷的生成速率并且测定为每小时每克硅的粗硅烷的克数。充分高的速率与甲基氯硅烷的生成的增加有关。充分高的速率通常大于约0.5g硅烷/g Si-h。产生的甲基二氯硅烷(MH)的百分数也是甲基氯硅烷性能的测定标准。甲基二氯硅烷中的氢化物可能源于氯代甲烷的裂化，其表示甲基氯硅烷反应不充分地进行。因此，充分高的甲基二氯硅烷与甲基氯硅烷性能差有关。在本专利技术中，充分高的甲基二氯硅烷通常大于约2％以上。形成的残留物也是甲基氯硅烷反应的性能指标。充分低的残留物含量与甲基氯硅烷的生成的增加有关。在本专利技术中，充分低的残留物通常是低于约3％。通常，烷基卤代硅烷反应可在固定床反应器中进行。但是，烷基卤代硅烷反应可以在其它类型反应器中进行，例如流化床和搅拌床。更具体地说，固定床反应器是一种包含硅颗粒的柱子，卤代烷气体从其中经过。搅拌床与固定床相似，其中有某种机械搅拌，以便使床保持恒定的运动。流化床反应器通常包括接触物质的床、硅颗粒、催化剂颗粒和促进剂颗粒，其是流化的；即，当经过反应器时，硅颗粒悬浮在气体，通常为氯甲烷中。烷基卤代硅烷反应通常在半连续的条件下或者以间歇模式在温度为约250℃到约350℃进行，并且优选为约280℃到约320℃。使用流化床反应器在约1大气压到约10大气压的压力下进行该反应也是可行的，因为较高的压力提高了氯代甲烷向甲基氯硅烷的转化率。理想地，压力为约1.1大气压到约3.5大气压，并且优选为约1.3大气压到约2.5大气压。关于硅和卤代烷在催化剂存在下反应的描述中的措辞“半连续的条件”是指该反应是在半连续的条件下的流化床反应器中进行的。采用半连续的反应，例如，加入反应物并运行反应器直到约50％的硅已被利用。约50％的硅被利用之后，可以加入另外的硅反应物和催化剂。半连续的反应与间歇模式反应相反。采用间歇模式反应，混合所有的反应物成分并且反应直到大部分反应物被消耗。为了继续进行，必须停止反应并加入另外的反应物。在间歇条件下，可运行固定床和搅拌床两者。为了使本领域的技术人员能更好地实施本专利技术，通过示例的方法给出以下实施例，而并非为了限制。实施例用固定床反应器进行烷基卤代硅烷反应。玻璃反应器长100mm，宽13mm，中部多孔玻璃料位于距一端80mm处。通常，将固体放入玻璃反应器中，然后在氩气流中加热。实验的计时起点是加入MeCl时。使用VWR型1156循环冷却器在-20℃冷凝器中收集产物。用使用Kel F密封和MKS型247四频道读数的MKS型1179质量流量控制器控制MeCl流。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备烷基卤代硅烷的方法，该方法包括使卤代烷和硅在铜催化剂存在下反应，该铜催化剂包括铜粉、微粒铜、铜片，或其组合以及至少一种助催化剂。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：LN路易斯，AC克劳福德，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]