制备接触物质的方法技术

提供制备烷基卤硅烷的方法，该方法包括将硅和某种形式的铜在高于约５００℃的温度下热处理，产生接触物质，在所述接触物质存在下，使烷基卤和硅反应，生成烷基卤硅烷。（*该技术在2021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。更具体来说，本专利技术涉及制备粉状硅、烷基卤和铜催化剂直接反应法所用接触物质的方法。Rochow在US 2380995中公开了在铜硅合金存在下，通过粉状硅和烷基卤之间直接反应，制备烷基卤硅烷混合物的方法。该反应一般称之为“直接法”或“直接工艺”。该反应可归纳如下Me2SiCl2MeSiCl3MeHSiCl2Me2HSiCl其中Me是甲基。除了上面的甲基氯硅烷外，在甲基氯硅烷粗产物的生产过程中，还形成“残渣”。所谓残渣，指甲基氯硅烷粗产物中所含的大气压下沸点高于70℃左右的产物。残渣例如由对称1，1，2，2-四氯二甲基乙硅烷、1，1，2-三氯三甲基乙硅烷、乙硅醚、二硅甲烷之类的乙硅烷，以及丙硅烷、丙硅醚、三硅甲烷之类的其他高沸点物种等物质组成。如上所示，由直接反应法形成的烷基卤硅烷包括二甲基二氯硅烷，称之为“D”或“Di”，并包括甲基三氯硅烷，称之为“T”或“Tri”。这些是反应的主要产物，一般来说，产生的二甲基二氯硅烷占约80％-约88％，而甲基三氯硅烷占约5％-约10％。二甲基二氯硅烷有最高商业价值。在甲基氯硅烷反应粗产物中，T/D之比是甲基三氯硅烷与二甲基二氯硅烷的重量比。T/D之比提高，表明优选的二甲基二氯硅烷产量降低。因此，该T/D产物之比很重要，是各种对直接反应法进行改善的主题。Gilliam在US 2464033中公开了使用锌与铜催化剂相结合作为促进剂，可以获得二甲基二氯硅烷的较高选择性。Gilliam介绍，以重量计比例占约2％-约50％，优选5％-20％的元素铜或其卤化物或氧化物形式的铜，以重量计比例占约0.03％-约0.75％的卤化锌、氧化锌、或金属锌、或其混合物形式的锌(其中铜和锌的重量比以硅为基础计)，可以用作以硅粉和卤代甲烷直接反应制备二烷基取代的二卤硅烷，例如二甲基二氯硅烷的促进剂。南斯拉夫，贝尔格莱德，无机化学研究所的Radosavlyevich等人，在“某些混合物对甲基氯硅烷直接合成所用接触物质活性的影响”(1965)一文中介绍，将微量银加入接触物质中，在氯化铜存在下，使粉状硅与氯甲烷反应，结果降低了甲基氯硅烷的产量，而锡和氯化钙却提高甲基氯硅烷的形成率。Rong等人在“铝用作甲基氯硅烷直接法的促进剂，化学工业用硅III”(J.KR.TUSET EDS.19，Trondheim，Norway，1996)一文中公开了加入固体铝化合物来改善直接法的活性及选择性。Ward等人的US4500724指出，锡和锌对于改善直接法来说很重要，并可加以控制，以提供对烷基卤硅烷产物选择性的改善作用。人们一直都在寻找能提高二甲基二氯硅烷形成率、降低T/D重量比，而同时使沸点高于约70℃产物的重量百分比保持或降低的制备烷基卤硅烷之方法。专利技术简述本专利技术改善直接法二甲基二氯硅烷的形成和选择性，并同时保持或明显减少残渣。根据本专利技术，选择性的接触物质是通过形成带有某种形式之铜的硅物质，并于高于约500℃温度下热处理该物质而制备的。在一个实施方案中，本专利技术涉及制备烷基卤硅烷的方法，包括在高于约500℃的温度下，热处理硅和某种形式的铜，产生接触物质，并在该接触物质存在下进行烷基卤的反应，生成烷基卤硅烷。在另一实施方案中，本专利技术涉及含有接触物质的反应器，该接触物质由硅和各种形式的铜形成，并于高于约500℃的温度下处理该物质而制备的。在另一实施方案中，本专利技术涉及含有接触物质的烷基卤硅烷反应器，该接触物质基本上不含除η(Cu3Si)相外的各种形式之铜。专利技术详述在一个典型例子中，在约280-约400℃温度的炉中，使硅和氯化亚铜反应，直到停止释放四氯化硅(SiCl4)为止，制备出生产烷基卤硅烷所用的物质。所得该固体含硅和铜，称之为“接触物质”。该接触物质一般在其与烷基卤接触，产生烷基卤硅烷步骤之前制得。根据本专利技术，将硅和某种形式之铜加热处理提供经改善的接触物质。根据本专利技术，某种形式之铜与硅接触形成接触物质。以整个接触物质计，某种形式之铜提供约0.5-约10％重量，优选铜量为约1-7％，更优选约2-5％。该接触物质的制备按下述反应式(II)进行在低于500℃的温度下形成接触物质。然后升高温度热处理该物质。该热处理步骤包括将该物质加热到约550-约1550℃的温度，优选约850-约1250℃，更优选约975-约1125℃。热处理时间随温度不同而变。一般来说，热处理时间为约0.01-约8小时，优选约0.05-约4小时，更优选约1-约3小时。在整个所需加热期间，一般稳定地施加热量进行热处理。此外，该加热步骤也可以以多阶段式、分步升温式、脉冲式等方式施加热量来进行。该加热步骤一般在惰性条件下进行，例如通氮气等。铜的羧酸盐一般用作铜源来制得该方法所用的接触物质。甲酸铜、乙酸铜和草酸铜是适宜的羧酸盐例子。以氮吸收法测定，该颗粒材料的BET表面积应是约0.5-约20米2/克。部分氧化的铜也可以是制备接触材料的铜源。如果铜中锡与铜的相对含量超过了制得满意催化剂所需含量时，可用基本上不含锡的铜来替换，以清除过剩的锡，或者使用含锡铜和基本上不含锡铜的混合物，来保持所得催化剂有所希望的锡浓度。本文中所谓“基本上不含锡”是指含锡量低于约300ppm。可用于制取接触物质的部分氧化的铜的例子含有约32-约33％的CuO、约57-约59％的Cu2O、约5-约10％的Cu、350ppm的Fe、54ppm的Sn、22ppm的Pb、约0.05％不溶性物质、和少于约20ppm的Bi或Ti，所有百分比均以该部分氧化的铜总体重量计。在制备该接触物质时，颗粒氯化铜、氯化亚铜、颗粒铜金属均可用。发现金属锌、锌的卤化物(例如氯化锌)、以及氧化锌作为该物质铜催化剂的成分均有效。锡金属粉末(-325 ASTM筛目)、卤化锡(例如四氯化锡)、氧化锡、四甲基锡和烷基卤化锡，也可以用作制备该物质催化剂成分的锡源。该接触物质所用硅中，以硅的总重量计，可含约0.1-1％的铁、0.01-0.2％的钙、0.02-0.5％的铝。硅的粒径一般为约700微米以下，平均粒径大于约20微米，而小于约300微米。该硅颗粒的平均粒径优选约100-150微米。通常获得纯度为含硅重量98％的硅，然后为制备接触物质将其磨成上述粒径范围的颗粒。一旦接触物质形成，Cu3Si(也称之为η-相)是该接触物质内铜的主要形式。升高温度热处理该接触物质，实质上提高了整个接触物质中铜的η-相。本文中所谓“选择性”意指催化剂最大程度生产二甲基二氯硅烷的能力，例如由T/D比值降低，和％残留物减少所体现的。本文中所谓“有效量”意指能够提高烷基卤硅烷产品产率、或能提高对二甲基二氯硅烷选择性的物质之量。甲基氯硅烷反应产物的T/D重量比是很重要的。该T/D比是甲基氯硅烷反应粗产物中的甲基三氯硅烷与二甲基二氯硅烷之比。因此，T/D之比提高表示优选的二甲基二氯硅烷产量减少。虽然本专利技术实践中优选使用氯甲烷，但其他C1-4烷基氯化物，例如氯乙烷、氯丙烷等也可用。相应地，所谓“烷基卤硅烷”包括二甲基二氯硅烷(它是优选的甲基氯硅烷)和其他各种硅烷，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、和二甲基氯硅烷。该烷基卤硅烷反应一般以铝或磷之类的促进剂进行。铝的加入量要使之为整个接触物质提供约100本文档来自技高网...

【技术保护点】
制备接触物质的方法，包括下述步骤：（Ⅰ）将硅和某种形式的铜混合，形成一种物质，和（Ⅱ）将所述物质在高于约５００℃的温度下热处理。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：LN刘易斯，WJ瓦尔德三世，JM巴林，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]