Способ получения гексаэтоксидисилана

 

Изобретение относится к способам получения кремнийорганических мономеров, а именно к способу получения гексаэтоксидисилана Si₂(OC₂H₅)₆ [ГЭДС] - соединения, способного как к гидролизу по связи Si-OC₂H₅ так и к реакциям, связанным с разрывом неустойчивой связи Si-Si, что дает возможность использовать его, в качестве центра разветвления для получения полимеров разветвленного строения со специфическими свойствами, а также для получения дисилана высокой чистоты для изготовления солнечных батарей. Техническим результатом предлагаемого решения является повышение чистоты целевого продукта, увеличение его выхода. Технический результат достигается тем, что способ получения гексаэтоксидисилана включает взаимодействие триэтоксихлорсилана с натрием, причем натрий используют в виде суспензии в триэтоксихлорсилане или в тетраэтоксисилане или в их смеси или в виде тонкой пленки, нанесенной на нейтральные носители.

Изобретение относится к способами получения кремнийорганических мономеров, а именно к способу получения гексаэтоксидисилана Si₂(OC₂H₅)₆ [ГЭДС] соединения, способного как к гидролизу по связи Si-OC₂H₅, так и к реакциям, связанным с разрывом неустойчивой связи Si-Si, что дает возможность использовать его в качестве центра разветвления для получения полимеров разветвленного строения со специфическими свойствами, а также для получения дисилана высокой чистоты для изготовления солнечных батарей.

Известен способ получения ГЭДС при нагревании: тетраэтоксисилана. под давлением водорода при температуре 200^oС в течение 20 ч [1] В этих условиях тетраэтоксисилан разлагается на 25% образуя гексаэтоксидисилан по следующей реакции; Недостатком этого способа является необходимость проведения процесса при высоком давлении водорода (что значительно усложняет его аппаратурное оформление), а также низкой выход целевого продукта.

Известны также способы получения гексазтоксидисилана алкоксилированием гексахлордисилана [ГХДС] полученного хлорированием элементарным хлором металлического кремния [2, 3] Этот способ является очень вредным c точки зрения экологии.

Реакцию алкоксилирования гексахлордисилана проводят, например, кипячением ГХДС (82.5 г) с абсолютированным этиловым спиртом (120 см³) в течение 6 ч, что приводит к образованию 25 г ГЭДС [2] Si₂Cl₆+C₂H₅OH_→ Si₂(OC₂H₅)₆+6HCl Выход продукта не превышает 25% очевидно, из-за значительного разрушения связи Si-Si выделяющимся во время реакции хлористым водородом.

Гексаэтоксидисилан может быть также получен алкоксилированием ГХДС этилнитритом при низкой температуре (-50^oC) в течение 2 ч с последующей отгонкой образующегося хлористого нитрозила [3] Несмотря на хороший выход (до 90%) целевого продукта, этот способ очень сложный. Он связан с использованием газообразных взрывоопасных и токсичных соединений, требует специального сложного аппаратурного оформления, так как проходит в вакууме при низких температурах.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является натрий-органический способ получения ГЭДC взаимодействием триэтоксихлорсилана с расплавленным натрием при нагревании реакционной смеси при 100^oC в течение 10 12 ч в среде безводного растворителя толуола [4] Выход целевого продукта (по натрию) составляет при этом не более 10% Отмечается образование по этой реакции большого количества побочных продуктов: тетраэтоксисилана, этилата натрия, кремния, этоксиполисилоксанов и др.

Способ крайне неэкологичен ввиду использования взрывоопасных и токсичных соединений органического растворителя толуола. Продукт, полученный этим способом, практически не может быть использован для производства дисилана высокой чистоты при изготовлении солнечных батарей.

Техническим результатом предлагаемого решения является повышение, экологичности процесса, чистоты целевого продукта, увеличение его выхода.

Технический результат достигается тем, что способ получения гексаэтоксидисилана включает взаимодействие триэтоксихлорсилана с натрием, причем натрий используют в виде суспензии в триэтоксихлорсилане, в тетраэтоксисилане или в их смеси или в виде тонкой пленки, нанесенной на нейтральные носители.

Реакция протекает в избытке триэтоксихлорсилана, ее продолжительность около 3 5 мин при температуре не выше 100^oС. Выход гаксаэтоксидисилана достигает 96% примесью является избыток триэтоксихлорсилана и тетраэтоксисилан, которые возвращаются в процесс.

Пример 1. В четырехгорлую колбу емкостью 100 мл, снабженную мешалкой, обратным холодильником, капельной воронкой и капилляром для ввода инертного газа (осушенного азота или аргона) помещают стеклянные шарики и вносят 1,5 г натрия. Колбу нагревают до расплавления натрия (до 100^oC) при интенсивном перемешивании для распределения расплавленного натрия на поверхности шариков, являющихся нейтральными носителями, а также между ними. Затем в колбу вносят триэтоксихлорсилан в течение 3 5 мин в количестве 15,5 г. По окончании подачи триэтоксихлорсилана реакционную смесь перемешивают еще 5 мин при t 70-80^oC, после чего охлаждают до комнатной температуры и фильтруют. Избыток триэтоксихлорсилана и примесь тетраэтоксисилана возвращают в процесс.

Полученный фильтрат содержит 75% гексаэтоксидисилана, остальное - триэтоксихлорсилан и тетраэтоксисилан.

Пример 2. В реакционную колбу, снаряженную в соответствии с примером 1, помещают стальные шарики и вносят 2 г натрия. Колбу нагревают до расплавления натрия (до 100^oC). При интенсивном перемешивании шариков расплавленный натрий размельчают и распределяют на поверхности шариков и между ними. Затем в колбу подают 20 г триэтоксихлорсилана в течение 5 мин. По окончании подачи триэтоксихлорсилана, реакционную смесь перемешивают при t 70-80^oC в течение 10 15 мин, затем охлаждают и фильтруют. Полученный фильтрат содержит 80% гексаэтоксидисилана и примесь триэтоксихлорсилана и тетраэтоксисилана.

Пример 3. В реакционную колбу, снаряженную в соответствии с примером 1, загружают в виде суспензии смесь 0.9 г мелкоизмельченного натрия и 11 г тетраэтоксисилана и при перемешивании приливают в течение 3-4 мин, 15 г триэтоксихлорсилана. Реакцию проводят при 37-40^oC. По окончании подачи триэтоксихлорсилана реакционную смесь перемешивают в течение 10 мин, затем охлаждают и фильтруют.

Выход гексаэтоксидисилана составляет 95% Пример 4. В реакционную колбу, снаряженную в соответствии с примером 1, загружают 10.7 г металлического натрия, 9 г триэтоксихлорсилана и 5 г тетраэтоксисилана. Смесь нагревают до плавления натрия и при интенсивном перемешивании смесь выдерживают 5 7 мин, после чего температуру, снижают до 40^oC и выдерживают при этой температуре 20 мин, после чего смесь охлаждают и фильтруют.

Выход гексаэтоксидисилана составляет 94%
Пример 5 В реакционную колбу, снаряженную в соответствии с примером 1, загружают 12 г триэтоксихлорсилана и 1,5 металлического натрия. Затем реакционную смесь нагревают до плавления натрия и при интенсивном перемешивании смесь выдерживают 4 5 мин, после чего температуру снижают до 40 45^oC и выдерживают при этой температуре 20 мин, после чего реакционную смесь охлаждают и фильтруют.

Выход гексаэтоксидисилана составляет 95%
Как следует из приведенных примеров, для осуществления предложенного решения требуется достаточно распространенное оборудование, технология без затруднений может быть освоена в промышленных условиях.

Формула изобретения

Способ получения гексаэтоксидисилана взаимодействием триэтоксихлорсилана с натрием, отличающийся тем, что натрий используют в виде суспензии в триэтоксихлорсилане, в тетраэтоксисилане или в их смеси, или в виде расплава, содержащего инертные носители, при температуре не выше 100^oС.