145210. lajstromszámú szabadalom • Eljárás szerves klórszilánok előállítására
ú Megjelent: 1959. szeptember. 15. ORSZÁGOS TALÁLMÁNYI HIVATAL SZABADALMI LEÍRÁS 145.210. SZÁM 12. o. 26—27. OSZTÁLY — Le-215. ALAPSZÁM Eljárás szerves klórszilánok előállítására A Magyar Állam, mint a feltalálók Lengyel Béla oki. vegyészmérnök és Székely Tamás oki. vegyész budapesti lakosok jogutódja A bejelentés napja: 1955. január 8. Ismeretes, hogy a (CH3 ) 4 _x SiCl x képletű metilklörszilánokat, mely képletben x = 1—3 közötti egész számot jelent, sziliciumtetraklorid és metilalumíniumklorid reakciójával elő lehet állítani. A reakció gyakorlati megvalósításával kapcsolatos 689.436 számú brit szabadalmi leírás közlései azonban azt mutatják, hogy az átalakulás csak részleges, a kitermelés csekély és a folyamat nem irányítható tetszés szerinti monomer vagy monomerek előállítására. A monomereknek szilikontermékekké való feldolgozása, illetve az ekkor szükséges desztillációs szétválasztás szempontjából azonban kívánatos lehet, hogy előírt monomer, vagy monomerek keletkezzenek. Így például a szilikonolajok előállításához mono- és difunkciós monomerekre, vagyis (CH3) 3 SiCl és (CH 3 ) 2 SiQ 2 -re (a továbbiakban M és D) van szükség, míg gyanták előnyösen készíthetők D^ből és SiCl4 -ből, illetve az SiCl 4 (a továbbiakban Q) és M azeotropos elegyéből. Mindezen felhasználásokhoz trifunkciós termékre, azaz CH3 SiCl 3 -ra (a továbbiakban T) nincs szükség. Az ismert eljárásokban azonban T mindig keletkezik, amely a D-hez igen közelálló forráspontja folytán attól csak körülményesen választható el, míg T mentes reakcióelegy keletkezése esetén az aránylag távoleső forráspontok miatt az elválasztás technikailag könnyen vihető végbe. A sziliciumtetraklorid és alumíniumorganikus vegyület közti reakció mechanizmusának tanulmányozása során rájöttünk arra, hogy kellő reakciófeltételek betartása mellett az ismertnél lényegesen nagyobb hatásfokkal és vezérelhető módon foganatosítható, ami alatt azt értjük, hogy tetszés szerinti funkcionalitású termék különösen a fenti D—M, illetve D-azeotrop elegy állítható elő. Azt találtuk, hogy alumínium-metilklorid és sziliciumtetraklorid reakciója akként játszódik le, hogy először az alúmínium-metilkloriddal már reakcióba lépett sziliciumtetraklorid molekulák gyakorlatilag teljesen — tehát a nonfunkeiós termék, Si(CH3 ) 4 (a továbbiakban N) esetleg M keletkezéséig — metileződnek. Ezután a nagymennyiségű alumíniumkloridot is tartalmazó reakcióelegyben olyan további reakciók játszódnak le, amelyeknek során gyökcserés reakciók útján különböző funk- -cionalítású szilánok keletkeznek, például az alábbi reakciók útján: Si (CHS ) 4 + SiCl 4 = Si (CH 3 ) Cl 3 + Si (CH 3 ) 3 Cl Si (CH3 ) Cl 3 + Si (CH 3 ) 3 Cl = Si (CH 3 ) 2 C-l 2 stb. E reakciók során egyensúly alakul ki. Az egyensúlyban jelenlevő termékek minőségi és mennyiségi eloszlása az R/Si aránytól függ. Ha ez kettőtől nem különbözik lényegesen, vagyis 1,5 és 2,5 között van, az egyensúlyban főleg D van jelen, s mellette kisebb mennyiségű M és T, a Q és N pedig hiányzik. Az egyensúlyi eloszlás nem függ lényegesen a hőmérséklettől és megállapításaink szerint metilklórszilánokra vonatkozólag az 1. ábrában feltüntetett képet mutatja, ahol az egyensúlyi elegyben levő egyes monomerek (M, D, T) mólszázalékos mennyisége van feltüntetve az R/Si arány függvényében. Ebből könnyen megállapítható, hogy az egyensúlyi végtermék milyen lehetséges optimális összetételt érhet el adott R/Si arány fennállása mellett, ami a maximális kitermelés értékét is megadja. A találmány szerint tehát az elérni kívánt termelés érdekében úgy kell lejátszanunk a reakciót, hogy a kívánt eloszlásnak megfelelő R/Si arányt állítjuk be. E célból a bemért elegy R/Si arányát a kívántnál mintegy 0,3-del nagyobbra kell választani az alumíniumorganikus veszteség kompenzálása céljából. A szóbanforgó reakció az adott feltételek mellett legelőnyösebben 250 C°-on hajtandó végre, mert az ezt meghaladó hőmérsékleten kátrányosodási folyamatok játszódnak le, míg az ennél alacsonyabb hőmérséklet előnytelenül meghoszszabbítja a reakcióidőt. Az adott hőmérséklet előnyösen csak növelt nyomáson autoklávban valósítható meg. A reakció befejeztével legcélszerűbb az elegyet teljes egészében kifúvatni, vagy 150 C°-ra lehűtve a szilánelegyet az autoklávból kidesztillálni. Az eljárás változtatás nélkül alkalmazható az esetben is, ha nem sziliciumtetrakloridiból, hanem alacsonyabb funkcionalitású metilklórszilánból in-
