[其他]一種制備鹵硅烷的方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 87105671
• 申請(qǐng)日: 1987-08-19
• 公開（公告）號(hào): CN87105671A
• 公開（公告）日: 1988-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 奧利弗米雷·威廉森;威廉·苔利·斯特蘭治;雪利·羅薩利·弗利茨;克利斯托弗·保爾·嘉鞫
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 陶氏康寧公司
• 主分類號(hào): C01B33/107
• 分類號(hào): C01B33/107
• 代理公司: 中國(guó)國(guó)際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專利代理部
• 代理人: 王杰

本發(fā)明是關(guān)于從鹵化氫或有機(jī)鹵化物和硅直接反應(yīng)制備鹵硅烷或有機(jī)鹵硅烷的一種方法。更準(zhǔn)確地說，本發(fā)明是關(guān)于向硅和適宜的催化添加劑的接觸物料中，加入一種惰性固體，以提高反應(yīng)系統(tǒng)性能的一種方法，應(yīng)用本發(fā)明得到的一個(gè)好處是：加強(qiáng)了流化床反應(yīng)器的反應(yīng)區(qū)的溫度控制，在反應(yīng)區(qū)內(nèi)，用鹵化氫或有機(jī)鹵化物和硅直接反應(yīng)，生成鹵硅烷或有機(jī)鹵硅烷。由于更好地控制了溫度，其結(jié)果也就更好地控制了粗產(chǎn)物中的產(chǎn)品分配，以生產(chǎn)出期望的產(chǎn)品，并改善了原料硅的利用。上述這些有益的結(jié)果，全面地改善了原料的利用，更經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)出了所期望的鹵硅烷和有機(jī)鹵硅烷中間體。

鹵硅烷和有機(jī)鹵硅烷是熟知的反應(yīng)性化學(xué)中間體，分別被廣泛地應(yīng)用于半導(dǎo)體和硅工業(yè)中。鹵硅烷和有機(jī)鹵硅烷主要是由硅和相應(yīng)的鹵化氫或有機(jī)鹵化物直接反應(yīng)制備的。此后，在本專利申請(qǐng)書中，“直接反應(yīng)”的含義是指硅與鹵化氫的反應(yīng)或硅與有機(jī)鹵化物的反應(yīng)。直接反應(yīng)生成鹵硅烷已從1857年Buff同Wohler的工作和1896年Combes的工作而為人們所認(rèn)識(shí)。直接反應(yīng)生成有機(jī)鹵硅烷由Rochow和他的同事們開始于1940年中首先披露。

鹵化氫與硅以及有機(jī)鹵化物與硅的反應(yīng)都是強(qiáng)放熱反應(yīng)。大量的研究工作用在當(dāng)直接反應(yīng)進(jìn)行時(shí)，如何處理反應(yīng)的生成熱，及其對(duì)反應(yīng)器性能可能產(chǎn)生的有害影響，以及原料的利用。直接反應(yīng)制備有機(jī)鹵硅烷的研究者，已經(jīng)認(rèn)識(shí)到溫度控制是關(guān)鍵，它關(guān)系到最大限度地增加期望的二有機(jī)二鹵硅烷的含量，減少生成物中低沸點(diǎn)和高沸點(diǎn)無用的硅烷，以及減少反應(yīng)性固體硅被沉積的碳玷污。直接反應(yīng)制備鹵硅烷的許多研究者還認(rèn)識(shí)到，能夠通過控制溫度，使三氯硅烷對(duì)四氯化硅的比例的選擇性有顯著的變化。在現(xiàn)代聚硅氧烷的制備中，二有機(jī)二鹵硅烷，尤其是二甲基二氯硅烷，構(gòu)成硅烷中間體主體以制備硅氧烷中間體，而硅氧烷中間體用于大多數(shù)聚硅氧烷產(chǎn)品中。而在半導(dǎo)體工業(yè)中，三氯硅烷是生產(chǎn)半導(dǎo)體硅的主要原料，生成的半導(dǎo)體硅被用于電子工業(yè)中。

當(dāng)考慮到每年全世界生產(chǎn)幾億磅硅烷供給工業(yè)生產(chǎn)聚硅氧烷和半導(dǎo)體硅。因此，可以予計(jì)，對(duì)粗產(chǎn)品分配的選擇性和原料利用率的改善即使只有很小的增長(zhǎng)，對(duì)這些廠家也會(huì)帶來顯著的效益。例如，假定一個(gè)制造廠每年生產(chǎn)一千萬(wàn)磅二甲基二氯硅烷，原料硅的用量減少2-4%（重量）所帶來的顯著經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)制造廠家將具有很大的吸引力。

在美國(guó)專利2，380，999（發(fā)表在1945年8月7日）中，Sprung和Gilliam披露了利用一種惰性氣體（如氮）與烷基鹵化物混合，能更好地控制烷基鹵化物與硅直接反應(yīng)的溫度。利用惰性氣體與本發(fā)明利用惰性固體相對(duì)照，前者有不利之處在于：惰性氣體存在下，給冷凝和回收揮發(fā)性的產(chǎn)物和未反應(yīng)的有機(jī)鹵化物帶來困難。

Reed等在美國(guó)專利2，389，931（發(fā)表于1945年11月27日）中披露的反應(yīng)器系統(tǒng)，其中硅和金屬催化劑的混合物與烴類化合物呈劇烈攪拌的流化態(tài)相接觸Reed等披露的反應(yīng)器系統(tǒng)內(nèi)，由烴類化合物與硅及金屬催化劑的粉狀混合物反應(yīng)，制備有機(jī)硅化合物。該粉末被烴類化合物帶入熱反應(yīng)區(qū)內(nèi)，其中氣體反應(yīng)劑（和隨后生成的產(chǎn)物）以及粉狀反應(yīng)劑呈劇烈攪拌的流化狀態(tài)。流態(tài)化的反應(yīng)物便于移出反應(yīng)放出的熱，因而也有利于控制反應(yīng)區(qū)內(nèi)的溫度。在Reed等所披露的反應(yīng)流程圖中，未反應(yīng)的硅和金屬催化劑是靠反應(yīng)物和生成物的氣體從反應(yīng)區(qū)自然排出的。固體物料從氣體中分離出來，經(jīng)過冷卻后再返回到反應(yīng)器。這個(gè)封閉回路的反應(yīng)器系統(tǒng)，其反應(yīng)區(qū)的溫度用通入反應(yīng)區(qū)的循環(huán)固體物料和新加入的固體物料的溫度來控制。如今，多數(shù)的工業(yè)用流化床反應(yīng)器，將披露于后，反應(yīng)器設(shè)計(jì)成固體物在床內(nèi)維持流態(tài)化;而冷卻是通過反應(yīng)器外部的夾套或內(nèi)部盤管換熱器來實(shí)現(xiàn)的。固體和氣體反應(yīng)劑的流態(tài)化乃是傳熱效率的關(guān)鍵。Reed等人定義的“粉末狀硅”或“硅粉”是指包括純硅或粉狀混合物，或是硅和催化劑或固體稀釋劑的混合物。沒有對(duì)固體稀釋劑作更清楚的說明或舉例。所以，意味著有或沒有固體稀釋劑，對(duì)反應(yīng)系統(tǒng)的性能沒有差異。否則，包含的意思純系推測(cè)。因此，Reed等人認(rèn)為應(yīng)用固體稀釋劑沒有提供好處，這與本發(fā)明所講授的惰性固體的好處的結(jié)果不同，將在下文敘述。