[实用新型]用于连续制备不含卤素的三烷氧基硅烷的设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备通式I的三烷氧基硅烷的特殊设备

                 (RO)₃SiH    (I)，

式中R为含1-6个碳原子的烷基，该三烷氧基硅烷是在含铜催化剂存在下于惰性溶剂中通过硅和醇类的反应制备的。

背景技术

己知单体氢烷氧基硅烷如三甲氧基硅烷或三乙氧基硅烷是有机硅化学中一组重要的关键化合物。

经Si-H官能团借助于氢化硅烷化可得到各种官能性有机硅烷化合物如烷基烷氧基硅烷、氨基烷基烷氧基硅烷、卤代烷基烷氧基硅烷、乙烯基烷氧基硅烷、环氧烷基烷氧基硅烷。这些化合物具有非常广的应用领域。

经氢烷氧基硅烷的碱性催化歧化作用可得到高纯的单硅烷。该单硅烷例如可应用于半导体工业。

现今是通过用乙醇或甲醇酯化三氯硅烷以工业规模制备氢烷氧基硅烷如三乙氧基硅烷(TEOS)和三甲氧基硅烷(TMOS)。在工业规模生产中三氯硅烷是通过单质硅与氯化氢反应制备的。在工业上用于制备TMOS和TEOS的方法包括两个工艺步骤，即三氯硅烷合成和其后的酯化。由于氯化氢的著名高化学侵蚀性，该两工艺步骤需要高的设备投资和维护这些设备的高后续成本。此外，三氯硅烷合成产生需以非常高的耗费进行处置的可自燃的含氯残渣。按此方法制备的TEOS或TMOS具有明显的氯含量。在这种产品中的氯含量仅能通过耗费非常大的蒸馏方法降到ppm范围。

许多应用领域不断增大对不含氯的有机硅烷的需求。而这种有机硅烷无法按现有制备方法得到。

解决该问题的方法可在于单质硅与醇类如甲醇或乙醇的铜催化的直接反应以形成TMOS或TEOS。尽管首批相应的专利申请可追溯到1949年(US 2473260)，但大部分所描述的方法难以实现工业生产。其缺点特别是在无氯制备中所用的硅质量对甲醇或乙醇有非常小的反应性，使得按所用硅计达到的产率极低。此外，Cu/Si催化剂的制备也是相当耗费的，例如按US 3641007的教导，铜和硅在1050℃下进行烧结并接着经磨齿可制得Cu/Si催化剂。在应用甲醇条件下于280℃反应温度下经4-5小时反应仅约8％的所用硅转变成有机硅烷即约5％转变成TMOS，约3％转变成四甲氧基硅烷。由于乙醇的较小反应性，在其它均相同的反应条件下仅6％的所用硅转变成有机硅烷，即约5％转变成TEOS，约1％转变成四乙氧基硅烷。丙醇和丁醇的化学反应性更低，硅转化率仅为1.5％和0.7％。

已知一种通过硅和氯代甲烷的铜催化反应直接合成二甲基二氯硅烷的方法，以使通过应用含氯试剂以高产率直接合成有机硅烷是可行的。显然这也适合TEOS和TMOS的直接合成。在DE-PS 2247872中描述了在选择性大于90％下的有工业意义的大于70％的TEOS产率。这里以CuCl作为催化剂。通过应用含0.17％HF的乙醇实现附加的活化。但由于应用CuCl作催化剂未能得到无氯的产品。此外在乙醇中加有的氟化氢产生了腐蚀问题，并在产品中也发现痕量氟化氢。

在欧洲专利0280517中描述了进一步提高转化率的措施。这里用氯代甲烷预活化所用的硅粉末。再次用CuCl作为催化剂。TMOS转化率按所用硅计为81％，并且选择性为88％。在TEOS合成中反应性明显较小：在78.4％的选择性时硅转化率为60.2％。该方法也不是无氯的，其产率对工业应用而言吸引力不大。

在US-PS 4727173中描述了产率大于80％(按所用硅计)的三甲氧基硅烷的无氯制备，其是通过甲醇与市售硅粉末(纯度为98.5重量％，Fe＜0.5重量％，无其它活化步骤)在氢氧化铜(II)作为催化剂的作用下进行反应而制备的。用市售的经最细研磨的硅粉末和用Cu(OH)₂作催化剂的后来的试验表明，在TMOS合成中仅有约30％的不能令人满意的产率。此外，与CuCl催化的反应相比，证实有较高的硅氧烷含量，这是由于Cu(OH)₂热分解成CuO和水，而该水水解存在的三烷氧基硅烷，导致链烷醇裂解和形成硅氧烷。此外，用市售Cu(OH)₂作催化剂通常不可能制备无氯的TEOS。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种廉价制备基本上不含氯的三烷氧基硅烷的可能性。

该目的是由本发明的用于连续制备不含卤素的三烷氧基硅烷的设备解决的，该设备的特征在于基于主反应器单元(1)、至少一个连接在主反应器前的用于液体和/或悬浮液的计量单元(2、3、4)和至少一个用于气态和/或蒸气态物质的计量单元(5)以及接在主反应器后面的用于产品后加工的单元(6)。