Способ получения метилхлорсиланов

 

Изобретение относится к прямому синтезу метилхлорсиланов, применяемых в качестве исходных продуктов при синтезе полиорганосилоксановых смол, силиконов и для других целей. Способ осуществляется реакцией взаимодействия кремния с газообразной смесью метана с хлором, при молярном соотношении последних, равном 1: 0,1 - 0,40 - 0,40 и при 400 - 600^oC. В процессе синтеза получается смесь триметилхлорсилана, диметилхлорсилана, метилтрихлорсилана, разделяемых ректификацией. 1 табл.

Изобретение относится к прямому синтезу алкилхлорсиланов, в частности метилхлорсиланов, применяемых в качестве исходных продуктов при производстве полиорганосилоксанов, силиконов и т.д.

Известно несколько способов осуществления прямого синтеза метилхлорсиланов, протекающем как в отсутствии, так и в присутствии катализаторов. Один из них это способ получения метилхлорсиланов взаимодействием хлористого метила с кремнием [1] Основной недостаток данного способа его низкая эффективность, а также недостаточная селективность процесса. Для повышения эффективности данного процесса в известных способах [2, 3] было предложено осуществлять реакцию в присутствии катализаторов или в присутствии катализаторов и промоторов. Так, в способе [2] в качестве катализатора прямого синтеза были предложены медь и ее соединения, а в другом известном способе [3] дополнительно были введены промоторы, в качестве которых была предложена широкая группа металлов (Sn, Sb, Zn, Na, K, Mu, Ni и т.д.) или их соединения, в частности неорганические соли. Однако и данный процесс, несмотря на его достаточную эффективность, имеет существенный недостаток, каковым является низкая чистота получаемых метилхлорсиланов по содержанию примесей металлов, являющихся составными элементами катализаторов. Кроме того, необходимость применения катализаторов повышает себестоимость получаемых продуктов.

Наиболее близким по технической сущности к новому способу является известный способ синтеза метилхлорсиланов, осуществляемый реакцией взаимодействия элементарного кремния с газообразной смесью метана и хлористого водорода [4] Способ осуществляется при 600 900^oC при использовании эквимолярной смеси метана и хлористого водорода. Основной недостаток данного способа состоит в том, что он направлен, в основном, на получение метилтрихлормилана.

Новый способ получения метилхлорсиланов, а именно триметилхлорсилана, диметилхлорсилана и метилтрихлорсилана осуществляется реакцией взаимодействия кремния с газообразной смесью хлора и метана при молярном соотношении последних, равном 1:0,10 0,40 протекающей при 400 600^oC.

Существенным отличием нового способа от способа прототипа является использование в качестве хлорирующего агента хлора, а не хлористого водорода, а также иные температурные условия процесса.

Применение в качестве хлорирующего агента хлора более технологично, чем применение хлористого водорода и, кроме того, в комплексе с другими признаками способа приводит к неожиданному эффекту, выраженному в повышении эффективности процесса, а также возможность данным способом в количественном выражении получать не только метилхлорсилан, но и другие метилхлорсиланы.

Другим существенным признаком способа является выдерживание определенного молекулярного соотношения в исходной газообразной смеси метана и хлора, а именно равного 1:0,10 0,40. Уменьшение данного соотношения ниже запредельного приводит к резкому сдвигу в образовании преимущественно тетрахлорида кремния, а при увеличении значения данного соотношения происходит резкое снижение эффективности процесса.

Существенное влияние на эффективность процесса оказывает и температурный режим. Процесс осуществим при 400 600^oC, однако оптимальной является температура порядка 440 460^oC. При более низкой температуре, ниже 400^oC, процесс практически не осуществим, а проведение процесса при более 600^oC возможно, но экономически не целесообразно, поскольку приводит к большим энергозатратам и, кроме того не приводит к повышению конверсии.

Ниже изобретение иллюстрируется примером осуществления процесса и таблицей, куда сведены все примеры.

Пример 1. В обогреваемый реактор, заполненный порошкообразным кремнием, в течение 1 ч подают смесь метана (16 г, 1 моль) и хлора (14,2 г, 0,22 моль). Температуру реактора поддерживают на уровне 445 450^oC. На выходе из реактора полученные кремнийсодержащие продукты конденсируют. Получено 39,5 г кремнийсодержащих соединений с содержанием, триметилхлорсилана 88, диметилхлорсилана 5, метилтрихлорсилана 3,5.

Примеры 2 7 осуществляются аналогично пример 1 и результаты осуществления этих примеров сведены в таблицу.

В примерах 1 и 2, 5 конверсия Si составляет 80% в примерах 3 и 4, 6 конверсия 82% в примере 7 78%

Формула изобретения

Способ получения метилхлорсиланов взаимодействием кремния с газообразной смесью метана с хлорирующим агентом при повышенной температуре, отличающийся тем, что в качестве хлорирующего агента используют хлор и процесс ведут при 400 600^oС при мольном соотношении метана и хлора 1 (0,1 0,40).

РИСУНКИ

Рисунок 1