JP2000229983A - トリメトキシシランの分離方法 - Google Patents

トリメトキシシランの分離方法

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JP2000229983A
JP2000229983A JP11031641A JP3164199A JP2000229983A JP 2000229983 A JP2000229983 A JP 2000229983A JP 11031641 A JP11031641 A JP 11031641A JP 3164199 A JP3164199 A JP 3164199A JP 2000229983 A JP2000229983 A JP 2000229983A
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trimethoxysilane
methanol
distillation
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liquid
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Takashi Ono
隆 小野
Tadashi Yoshino
正 芳野
Maki Hoshikawa
真樹 星川
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Mitsui Chemicals Inc
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Mitsui Chemicals Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 メタノールおよびトリメトキシシラン
を含有する混合液から、メタノールとトリメトキシシラ
ンを連続でかつ精度よく分離する方法。 【解決手段】 メタノールおよびトリメトキシシラン
を含有する混合液から、共沸剤を用いてメタノールとト
リメトキシシランを蒸留により分離する方法において、
該混合液の蒸留塔およびリボイラーにおける滞留時間を
300分以下または100分以下とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はメタノールおよびト
リメトキシシランを含有する混合液から、連続的にトリ
メトキシシランを分離し、最終的には工業的に有用なト
リメトキシシランを単離する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】トリメトキシシランはシランカップリン
グ剤原料や半導体基盤となるモノシランガスの製造原
料、あるいはそれ自身半導体用の絶縁膜(シリカ膜)原
料等に広く応用されており、特に近年では半導体産業の
著しい成長に伴って、その有用性が注目されている。そ
のため、トリメトキシシランを工業的にかつ安価に製造
する方法の開発が強く望まれている。
【0003】トリメトキシシランの製造方法は、一般的
にはトリクロロシランとメタノールを反応させる方法
(反応式[1])、及び金属ケイ素とメタノールを反応
させる方法(反応式[2])が知られている。前者の方
法では、原料であるトリクロロシランや副生成物である
塩酸の取り扱いが困難であり、設備的なメリットや製造
コストから判断して、工業的には後者の方が有利であ
る。
【0004】 HSiCl3+3CH3OH→HSi(OCH33+3HCl・・・[1] Si(s)+3CH3OH→HSi(OCH33+H2・・・[2] 後者の方法は、銅もしくはその化合物の触媒存在下、金
属ケイ素粉とメタノールとを常圧または加圧の条件下、
200〜300℃で反応させる方法であり、トリメトキ
シシランの収率向上のため、いくつかの方法が開示され
ている。
【0005】例えば、金属ケイ素とメタノールの反応を
特定の溶媒中で行う方法(例えば、特公昭63−386
9号公報、特開昭57−99593号公報)、特定の触
媒を使用して反応させる方法(例えば、特開昭62−2
86992号公報、特開平5−170773号公報)等
である。しかしながらいずれの方法で行っても生成物
は、トリメトキシシラン、未反応のメタノール、副生成
物のテトラメトキシシランの混合液となるため、これら
の混合液からトリメトキシシランを分離する操作が必要
となる。
【0006】その操作としては蒸留が一般的であり、例
えば特公昭61−39955号公報には、ベンゼン、シ
クロヘキサン、n−ヘキサン、n−ヘプタンを共沸剤と
して共沸蒸留を行う方法が開示されている。これは、メ
タノールとトリメトキシシランの共沸温度よりも低い温
度においてメタノールと最低共沸物を形成する物質を、
第3成分として添加して蒸留する方法である。
【0007】しかしながら、メタノールとトリメトキシ
シランからテトラメトキシシランおよび水素が生成する
反応(反応式[3])は無触媒下でも進行するため、蒸
留操作の際にこの反応が進行し、有用なトリメトキシシ
ランの収量が低減する問題がある。 HSi(OCH33+CH3OH→Si(OCH34+H2・・・[3]
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、メタ
ノールおよびトリメトキシシランを含有する混合液から
蒸留によりメタノールとトリメトキシシランを分離する
方法において、混合液の蒸留塔およびリボイラーにおけ
る滞留時間を特定することにより、トリメトキシシラン
を連続的に、かつ効率よく分離する方法を提供すること
にある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明者らは先に提示し
た目的、即ちメタノールおよびトリメトキシシランを含
有する混合液から、メタノールとトリメトキシシランを
連続でかつ精度よく分離する方法について検討を行った
ところ、工業的には特公昭61−39955号公報に記
載の如き蒸留操作が最も有効であり、分離条件、組成な
どから、共沸剤を用いた共沸蒸留で行うことが最も望ま
しいと考え、さらに検討を進めた。
【0010】この結果、本発明者らの一連の蒸留実験に
より、効率よく目的の蒸留分離を行うためには、メタノ
ールおよびトリメトキシシランを含有する混合液の蒸留
塔およびリボイラーにおける滞留時間を特定範囲に限定
する必要があることを見いだし、本発明を完成するに至
った。
【0011】即ち、本発明はメタノールおよびトリメト
キシシランを含有する混合液から、共沸剤を用いてメタ
ノールとトリメトキシシランを蒸留により分離する方法
において、該混合液の蒸留塔およびリボイラーにおける
滞留時間を300分以下または100分以下とすること
を特徴とするトリメトキシシランの分離方法に関する。
【0012】
【発明の実施の形態】以下に、本発明を詳細に説明す
る。本発明で原料となるメタノールおよびトリメトキシ
シランを含有する混合液としては、先に述べたように金
属ケイ素粉末とメタノールを反応させて得られる混合液
などが挙げられる。通常は、トリメトキシシラン、未反
応のメタノール、副生成物のテトラメトキシシラン、及
び場合によっては僅かの副生成物や高沸点物等からな
り、特にその組成を限定するものではない。
【0013】共沸剤は、メタノールとトリメトキシシラ
ンの共沸温度よりも低い温度において、メタノールまた
はトリメトキシシランと最低共沸物を形成する物質であ
れば特に限定されるものではないが、n−ヘキサンまた
はシクロヘキサンを使用することが好ましい。純度は特
に限定されるものではないが、含有する不純物の種類に
よっては蒸留自体に影響を及ぼす場合があり、また極端
に純度が低い場合には本質的には影響がなくとも不必要
に蒸留塔の径を必要としたり、エネルギー的に不利にな
るため、通常工業グレード以上のもので、純度90%以
上のものを使用することが好ましい。蒸留塔の型式にも
特に制限はなく、段塔、充填塔共好適に使用可能であ
る。
【0014】本発明にいうメタノールおよびトリメトキ
シシランを含有する混合液の蒸留塔およびリボイラーに
おける滞留時間とは、混合液が蒸留塔およびリボイラー
内で存在する時間のことであり、蒸留塔内の液ホールド
アップ量とリボイラー内滞留液量の和を、蒸留塔および
リボイラーに外部から供給される流体の単位時間当たり
の総供給量で除して得られる時間と定義する。ここで蒸
留塔およびリボイラーに外部から供給される流体は、メ
タノールおよびトリメトキシシランを含有する混合液、
共沸剤である。これらの流体の供給箇所に特に制限はな
く、またこれらを混合して供給してもよい。例えば、あ
らかじめメタノールおよびトリメトキシシランを含有す
る混合液と共沸剤を混合したものを同一の段に供給して
も、混合せずにそれぞれ別の段に供給しても本発明を遂
行することに何ら支障はない。また、これらの流体は液
体で供給しても気体で供給してもよい。なお、n−ヘキ
サンのようにメタノールと共沸剤が常温で2液相を形成
する場合、工業的に連続で分離を行うためには、例えば
化学工学便覧第4版”共沸蒸留”の項、あるいは特開平
7−53568号公報に記載の如き方法が好ましい。具
体的に述べると図1に記した如く、蒸留塔アの塔頂蒸気
を、凝縮器イで全縮させた後、液分離装置ウで2液相に
分離せしめ、共沸剤相液を蒸留塔アに還流する。メタノ
ール相液等で損失する共沸剤は新たにその相当分から供
給するという方法である。
【0015】本発明では、メタノールおよびトリメトキ
シシランを含有する混合液の蒸留塔およびリボイラーに
おける滞留時間を300分以下となる条件で蒸留を行
い、メタノールとトリメトキシシランを分離する。更に
好ましくは100分以下が好適である。この範囲を外れ
ると、メタノールとトリメトキシシランからテトラメト
キシシランおよび水素が生成する反応によりトリメトキ
シシランの収量が低減する。
【0016】
【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。なお、%及び部は特記しないがぎり、重量%及び重
量部を表す。 実施例1 市販のケイ素粉末(和光純薬製)100部に、金属銅粉
末(和光純薬製)10部をV型ブレンダーで混合した
後、水素雰囲気中1,000℃で1時間熱処理し、メト
キシシラン製造原料を得た。この原料を固定層として反
応器に充填し、常圧、200〜220℃の条件でガス状
メタノール(和光純薬製特級メタノールをガス化させた
もの)を接触・反応せしめ、メタノール32%、トリメ
トキシシラン38%、テトラメトキシシラン30%組成
の混合液を得た。この混合液に和光純薬製特級メタノー
ル試薬と東京化成製テトラメトキシシラン試薬を添加し
て液組成を調製し、メタノール25%、トリメトキシシ
ラン25%、テトラメトキシシラン50%の蒸留原料、
即ち、本発明で言うメタノールおよびトリメトキシシラ
ンを含有する混合液を得た。蒸留塔は、SUS304
製、塔内径約80mmで6mmのラシヒリングを5m充
填したものを用いた。気液平衡既知のメタノール−水系
でこの塔の理論段数を測定し、30段であることを確認
した。先に調製した混合液に、共沸剤としてn−ヘキサ
ン(和光純薬製1級)を重量比でn−ヘキサン:メタノ
ール=3.4:1となるように混合し、本液を塔頂から
数えて16段目に連続的に供給し、図2に示すような方
式で蒸留分離を行った。運転を開始してから約2時間ほ
どで塔内の温度分布が安定し、定常状態に到達した。蒸
留塔内の液ホールドアップ量とリボイラー内滞留液量の
和は、定常状態に達するまでの蒸留塔への総供給量と総
排出量の差から求めることができ、液体換算で約7.0
Lであった。また、定常状態での蒸留塔への総供給速度
は0.14L/分であり、滞留時間は約50分と算出さ
れた。定常状態に達したところで、塔頂液及び塔底液を
採取してその組成をガスクロマトグラフィーで分析し計
算した結果、トリメトキシシランの減少量は0.16%
であった。
【0017】実施例2 メタノールおよびトリメトキシシランを含有する混合液
を16段目に、n−ヘキサンを1段目に供給し、メタノ
ールおよびトリメトキシシランを含有する混合液の滞留
時間が150分となるように供給速度を調節した以外
は、実施例1と同条件でメタノールとトリメトキシシラ
ンの分離を行った。その結果、トリメトキシシランの減
少量は0.49%であった。
【0018】実施例3 メタノールおよびトリメトキシシランを含有する混合液
を16段目に、n−ヘキサンを1段目に供給し、メタノ
ールおよびトリメトキシシランを含有する混合液の滞留
時間が250分となるように供給速度を調節した以外
は、実施例1と同条件でメタノールとトリメトキシシラ
ンの分離を行った。その結果、トリメトキシシランの減
少量は0.65%であった。
【0019】実施例4 共沸剤n−ヘキサンをシクロヘキサンに変更した以外は
実施例1と同条件でメタノールとトリメトキシシランの
分離を行った。その結果、トリメトキシシランの減少量
は0.18%であった。
【0020】比較例1 滞留時間を450分に変更した以外は実施例1と同条件
でメタノールとトリメトキシシランの分離を行った。そ
の結果、トリメトキシシランの減少量は2.24%であ
った。
【0021】比較例2 共沸剤をシクロヘキサンに、滞留時間を350分に変更
した以外は実施例1と同条件でメタノールとトリメトキ
シシランの分離を行った。その結果、トリメトキシシラ
ンの減少量は2.44%であった。
【0022】
【発明の効果】本発明によれば、メタノールおよびトリ
メトキシシランを含有する混合液の蒸留塔およびリボイ
ラーにおける滞留時間を特定することにより、工業的に
有用なトリメトキシシランを損失少なく、分離すること
ができる。よって本発明の工業的意義は大きい。
【0023】
【図面の簡単な説明】
【図1】、
【図2】 本発明に用いる蒸留塔の一例
【符号の説明】
ア 蒸留塔 イ 凝縮器 ウ 液相分離器(デカンター) エ リボイラー オ 留出液タンク 1 メタノールおよびトリメトキシシランを含有する混
合液の供給 2 共沸剤の供給 3 塔頂蒸気 4 共沸剤相液 5 メタノール相液 6 塔底液 7 還流液 8 塔頂液
フロントページの続き Fターム(参考) 4H049 VN01 VP01 VQ21 VR11 VR43 VU24 VU31 VU36 VV02 VV05 VW02 VW05 VW12 VW21

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 メタノールおよびトリメトキシシラン
    を含有する混合液から、共沸剤を用いてメタノールとト
    リメトキシシランを蒸留により分離する方法において、
    該混合液の蒸留塔およびリボイラーにおける滞留時間を
    300分以下とすることを特徴とするトリメトキシシラ
    ンの分離方法。
  2. 【請求項2】 メタノールおよびトリメトキシシラン
    を含有する混合液から、共沸剤を用いてメタノールとト
    リメトキシシランを蒸留により分離する方法において、
    該混合液の蒸留塔およびリボイラーにおける滞留時間を
    100分以下とすることを特徴とするトリメトキシシラ
    ンの分離方法。
  3. 【請求項3】 共沸剤がn−ヘキサンである請求項1
    または2記載の方法。
  4. 【請求項4】 共沸剤がシクロヘキサンである請求項
    1または2記載の方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008500305A (ja) * 2004-05-26 2008-01-10 デグサ ゲーエムベーハー オルガノシランエステルの製法
JP2009510059A (ja) * 2005-09-29 2009-03-12 モーメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・インク 分離膜を用いたアルコキシシランの回収方法

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