JPH06281641A - ケイ素中の非金属汚染物質の分析法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ケイ素中の非金属汚染物質の分析法の提供。 【構成】 本法は、（Ａ）ケイ素と合金に存在する非金
属汚染物質の分離を促進する金属からなる合金を生成
し、（Ｂ）該合金から非金属汚染物質を分離し、（Ｃ）
分離された非金属汚染物質の化学含量を分析することか
らなる。本発明は、カルシウム、アルミニウムおよびケ
イ素の酸化物および炭化物が存在するオルガノハロシラ
ンの直接製造法に使用する金属学的グレードのケイ素の
分析に特に有用である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ケイ素中の非金属汚染
物質の分析法である。本法は、（Ａ）ケイ素と合金に存
在する非金属汚染物質の分離を促進する金属からなる合
金を生成し、（Ｂ）該合金から非金属汚染物質を分離
し、（Ｃ）分離された非金属汚染物質の化学含量を分析
することからなる。本発明は、特にオルガノハロシラン
の直接製造法に使用する金属学的グレードのケイ素中の
カルシウム、アルミニウムおよびケイ素の酸化物および
炭化物の分析に有用である。

【０００２】

【従来の技術】オルガノシラン、特にジメチルジクロロ
シランはシリコーン産業において重要な中間体である。
オルガノハロシランは典型的に加水分解および縮合され
てポリオルガノシロキサンを生成する、そのポリオルガ
ノシロキサンは次に加工されて、例えば、シリコーンの
流体、エラストマーおよび樹脂を生成することができ
る。これらのオルガノハロシラン中間体を製造する主な
工業的方法は、Ｒｏｃｈｏｗによって米国特許第２，３
８０，９９５号に始めて記載された「直接法」と呼ばれ
るものである。

【０００３】シリコーン産業に使用されるオルガノハロ
シランの量は多いので、ケイ素のオルガノハロシラン、
特にジオルガノジハロシランへの最適転化にかなりの努
力が費されてきた。シリコーン産業においては、ロット
の異なる金属学的グレードのケイ素は直接法では異なる
反応をするということが知られている。

【０００４】直接法における金属学的グレードのケイ素
の反応性のロット毎の変動を防ぐために、オルガノハロ
シランの製造業者は、ケイ素に存在する汚染物質の許容
される種類およびレベルについて厳密な制御をした。ク
ラーク（Ｃｌａｒｋｅ，Ｊ．，Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅ
ｍｉｓｔｒｙ，３７６；１６５〜２２２（１９８９））
は、メチルクロロシランを合成する直接法および該直接
法に及ぼす汚染物の影響について再検討を行っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、直接法
における金属学的グレードのケイ素の反応性がロット毎
に異なる主な原因はカルシウム、アルミニウムおよびケ
イ素の酸化物および炭化物のようなケイ素中の非金属汚
染物質の存在にあると考えている。これらの酸化物およ
び炭化物は直接法に有害であると考えられているが、こ
れらの金属を含む低レベルの金属物質のあるものは直接
法に有益であると考えられる。

【０００６】金属学的グレードのケイ素の汚染物質を分
析する標準の方法は、ケイ素の大部分の元素分析であっ
て、カルシウムおよびアルミニウムのような元素を分析
する。従って、これらの分析法は、金属物質として金属
学的グレードのケイ素に存在するカルシウムおよびアル
ミニウムと、有害な非金属の形態でケイ素に存在するカ
ルシウムおよびアルミニウムとを区別しない。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、カルシウム、
アルミニウムおよびケイ素のような非金属の形の元素
と、ケイ素中の別の形（金属物質）とを区別することが
できる方法を提供する。本発明者らは、合金に存在する
非金属汚染物質の分離を促進する金属でケイ素を合金化
させることによって、非金属汚染物質を合金から分離し
て標準の方法でそれらの元素含量を分析することができ
る方法を提供できることを見出した。

【０００８】本法において、非金属汚染物質はケイ素か
ら分離される。本法に使用する望ましいケイ素は金属学
的グレードのケイ素である。用語「金属学的グレードの
ケイ素」とは、９８重量％から１００重量％以下のケイ
素からなるケイ素を意味する。精製した金属学的グレー
ドのケイ素が望ましいが、その金属学的グレードのケイ
素は酸化法によって精製したものがさらに望ましい。例
えば、溶融ケイ素は酸素、空気又は二酸化ケイ素のよう
な酸化化合物と接触させることによって精製することが
できる。好適な精製法での溶融ケイ素は１種以上のスラ
ッグ成分の存在下で酸素または空気と接触させる。

【０００９】そのケイ素は、合金に存在する非金属汚染
物質の分離を促進する金属と合金を作る。合金化は普通
の金属合金法によって行うことができる。例えば、ケイ
素と合金用金属との混合物を生成し、該混合物を誘導炉
内で所定の温度に加熱して、ケイ素と合金用金属の融成
物を生成する。銅が合金用金属の場合の合金化に望まし
い温度は１１００℃〜１５００℃の範囲内であるが、１
３００℃〜１４５０℃がさらに望ましい。

【００１０】合金化は不活性雰囲気中、例えば、アルゴ
ン・ブランケット下で行うことが望ましい。これは、合
金化工程中に非金属化合物が生成する可能性を少なくし
て、合金用試料をとる本体ケイ素に存在する非金属汚染
物質の測定をより精確にさせることができる。合金に存
在する非金属汚染物質の分離を促進する金属（以後、合
金金属と呼ぶ）は、次の一般的な特性：低温融点、溶融
状態においてケイ素と混和性、溶融合金温度において低
蒸気圧をもった金属にすることができる、溶融合金の比
重を合金中の非金属汚染物質の比重から異ならせる、そ
して低融点の合金を生成する。用語「低温」の合金金属
および合金は、一般にケイ素の融点より低い融点をもっ
た合金金属および合金を意味する。合金金属は、例え
ば、アルミニウム、銅、鉄、インジウム、マグネシウ
ム、マンガン、スズ又はこれら金属の２つ以上の組合せ
からなる群から選ぶことができる。好適な合金金属は銅
である。 合金金属は、合金から非金属汚染物質の分離
を促進する重量％でケイ素と合金にされる。使用する合
金金属の重量％は、使用する特定の合金金属および依存
度は低くなるが、合金から分離される特定の非金属汚染
物質に依存する。合金金属の重量％は合金の１０〜９０
重量％の範囲内が有効である。さらに低い重量％の合金
金属も使用可能であるが、非金属汚染物質の合金からの
分離が少なくなる。さらに多い重量％の合金金属も使用
できるが、その利点が認められない。合金金属は合金の
２０〜８０重量％が望ましい。

【００１１】非金属汚染物質は合金から分離される。そ
の非金属汚染物質は、合金が溶融状態にある間に合金か
ら分離する、または合金を凝固させて非金属汚染物質を
分離する。合金が溶融状態にあるときの非金属汚染物質
は、溶融金属から特定の混在物を分離する標準法によっ
て合金から分離することができる。それらの非金属汚染
物質は、溶融合金空、例えば、濾過、遠心分離、タンデ
ィッシュの使用、レーキングまたはスキミングによって
分離することができる。

【００１２】凝固した合金から混在物を分離する方法
は、本発明には重要ではなく、回収される非金属混在物
の汚染が著しくなく合金から非金属混在物を分離する方
法にすることができる。フラックスを使用して合金から
の非金属混在物の分離を促進する。非金属混在物は、例
えば、合金を水のような液体媒質に入れて、得られた混
合物を、例えば、音波を発生させることにより物理的に
かくはんすることによって凝固した合金から分離するこ
とができる。水に入れることによって凝固合金から非金
属混在物を分離するときに、合金化工程中に水溶性フラ
ックスを添加することが望ましい。その水溶性フラック
スは、例えば、塩化バリウムまたは合金化温度において
低揮発性である他の水溶性である他の水溶性物質にする
ことができる。フラックスとして塩化バリウムを使用す
る場合には、塩化バリウムは合金の２〜５重量％の範囲
内の濃度であることが望ましい。

【００１３】分離された非金属汚染物質はその化学含量
分析をする。非金属汚染物質は、粒子の物理的および元
素分析を行う普通の方法によって分析する。物理的方法
は、例えば、光学顕微鏡、走査電子顕微鏡および映像分
析を含む。元素分析は、例えば、プラズマ放射、Ｘ線蛍
光および原子吸光を含む

【００１４】

【実施例】実施例１ 合金に存在する非金属汚染物質の分離を促進する合金金
属として銅を使用して非金属汚染物質のレベルを測定し
て異なるロットのケイ素試料を評価した。Ｃｕ−Ｓｉ合
金からの非金属汚染物質の分離を促進する水溶性フラッ
クスとして塩化バリウムを使用した。

【００１５】ケイ素の各試料は、ケイ素１００ｇ、銅４
００ｇおよびＢａＣｌ₂ ２０ｇからなる混合物を２５０
ｍＬのアルミナ内に生成することによって試験した。ケ
イ素試料Ｎｏ．１は化学蒸着法によって製造した電子グ
レードのケイ素であつた。ケイ素試料Ｎｏ．２〜Ｎｏ．
５は工業用ケイ素製造業者から入手した金属学的グレ−
ドのケイ素であった。その混合物はアルゴン雰囲気下誘
導炉内で１３００℃に加熱した。得られた融成物は１３
００℃に１０分間保持し、炉を停止し、融成物を凝固さ
せて塩化バリウムのフラックスを含むＣｕ−Ｓｉ合金イ
ンゴットを形成した。そのＣｕ−Ｓｉ合金インゴットを
４００ｍＬのビーカーに移して、インゴットを完全に浸
漬さすのに十分な水を添加した。そのビーカーおよび内
容物を超音波浴に３０分間入れて、塩化バリウムのフラ
ックスを溶解させ、不溶性汚染物質をインゴットから分
離した。不溶性汚染物質は塩化バリウム溶液を遠心分離
およびデカンテーションさせることによって回収した。
その不溶性汚染物質は蒸留水で洗浄し、遠心分離によっ
て回収し、１１０℃の炉内で空気乾燥した。その不溶性
汚染物質についてプラズマ放射分析を行ってアルミニウ
ム含量を測定した。不溶性汚染物質についてＸ線回析分
析を行って炭化ケイ素含量を測定した。それらの結果を
表１に初ケイ素試料１００ｇの重量％として示す。

【００１６】さらに、非金属汚染物質を試験したケイ素
の各試料をメチルクロロシランを製造する工業的直接法
で評価した。これらの結果を表１（Ｍｅ₂ ＳｉＣｌ₂ の
収率％）に示して、ケイ素中の非金属汚染物質のレベル
と直接法におけるケイ素の性能との相関を示す。直接法
の収率の結果は、収率（％）＝Ｍｅ₂ ＳｉＣｌ₂ 選択率
（重量％）×反応ケイ素の質量率として計算した。

【００１７】

【表１】 実施例２ 合金に存在する非金属汚染物質の分離を促進する合金金
属として銅を使用して非金属汚染物質のレベルを測定し
て金属学的グレードのケイ素試料を評価した。試験した
金属学的グレードのケイ素は、実施例１で説明したケイ
素試料Ｎｏ．５と同一ロットからのものであった。その
方法は、合金からの非金属汚染物質の分離を促進するた
めのフラックスを使用しなかったことを除いて、実施例
１で説明した方法と同じであった。本例においては、非
金属汚染物質を回収するために、ＨＦおよびＨＮＯ₃ の
希薄水性混合体で合金インゴットを処理した。その酸溶
液を蒸発により乾燥させて、インゴットから固体分を回
収した。回収した固体分は実施例１で説明した方法によ
り分析した、それらの結果を表２に示す。

【００１８】

【表２】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロナルド・リー・ハルム アメリカ合衆国インディアナ州マディソ ン、ブレントウッド・ドライブ 507 (72)発明者 チャールス・スペンサー・クイビラ アメリカ合衆国ケンタッキー州クレストウ ッド、ハイポイント・ドライブ 5405

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（Ａ）ケイ素と合金に存在する非金属汚染
   物質の分離を促進する金属からなる合金を生成し、 （Ｂ）該合金から非金属汚染物質を分離し、 （Ｃ）分離された非金属汚染物質の化学含量を分析し
   て、金属学的グレードのケイ素中に存在する非金属汚染
   物質を定量することからなるケイ素中の非金属汚染物質
   の分析法。
2. 【請求項２】合金が液相である間に非金属汚染物質を分
   離する請求項１の方法。
3. 【請求項３】合金の凝固後に非金属汚染物質を分離する
   請求項１の方法。
4. 【請求項４】さらに、合金が溶融している間にフラック
   スを合金に添加することからなる請求項３の方法。
5. 【請求項５】フラックスを合金の１０〜９０重量％の範
   囲内の濃度で合金に添加する請求項４の方法。
6. 【請求項６】合金を１３００℃〜１４５０℃の範囲内の
   温度で生成する請求項１の方法。
7. 【請求項７】合金に存在する非金属汚染物質の分離を促
   進する金属は、アルミニウム、銅、鉄、インジウム、マ
   グネシウム、マンガン、スズからなる金属の群および該
   群の金属の２種以上の組合せから選択する請求項１の方
   法。
8. 【請求項８】非金属汚染物質は、アルミニウムの酸化物
   および炭化物、カルシウムの酸化物および炭化物、およ
   びケイ素の酸化物および炭化物から選んだ酸化物または
   炭化物から選ぶ請求項１の方法。