Direkt process
Den direkta processen , även kallad den direkta syntesen , Rochow-processen och Müller-Rochow-processen är den vanligaste tekniken för att framställa organiska kiselföreningar i industriell skala. Det rapporterades först oberoende av Eugene G. Rochow och Richard Müller på 1940-talet.
Processen involverar kopparkatalyserade reaktioner av alkylhalider med elementärt kisel, som äger rum i en reaktor med fluidiserad bädd . Även om det är teoretiskt möjligt med vilken alkylhalid som helst, uppnås de bästa resultaten i termer av selektivitet och utbyte med klormetan (CH3Cl ). Typiska förhållanden är 300 °C och 2–5 bar. Dessa förhållanden tillåter 90–98 % omvandling för kisel och 30–90 % för klormetan. Cirka 1,4 Mton dimetyldiklorsilan (Me 2 SiCl 2 ) produceras årligen med denna process.
Få företag genomför faktiskt Rochow-processen, på grund av den komplexa tekniken och har höga kapitalkrav. Eftersom kislet krossas före reaktion i en fluidiserad bädd kallas de företag som använder denna teknik som kiselkrossar .
Reaktion och mekanism
De relevanta reaktionerna är (Me = CH 3 ):
- x MeCl + Si → Me 3 SiCl, Me 2 SiCl 2 , MeSiCl 3 , Me 4 Si 2 Cl 2 , …
Dimetyldiklorsilan ( Me2SiCl2 ) är av särskilt värde (prekursor till silikoner ) , men trimetylsilylklorid ( Me3SiCl ) och metyltriklorsilan (MeSiCl3 ) är också värdefulla.
Mekanismen för den direkta processen är fortfarande inte väl förstådd, trots mycket forskning. Koppar spelar en viktig roll. Koppar och kisel bildar intermetalliska material med den ungefärliga sammansättningen Cu 3 Si. Denna mellanprodukt underlättar bildningen av Si-Cl- och Si-Me-bindningarna. Det föreslås att närhet av Si-Cl till en koppar-klormetan-"addukt" möjliggör bildning av Me-SiCl-enheter. av en andra klormetan möjliggör frisättning av Me2SiCl2 . Sålunda oxideras koppar från nolloxidationstillståndet och reduceras sedan för att regenerera katalysatorn.
Kedjereaktionen kan avslutas på många sätt. Dessa avslutningsprocesser ger upphov till de andra produkterna som syns i reaktionen. Till exempel, kombinera två Si-Cl-grupper ger SiCl2- gruppen , som genomgår Cu-katalyserad reaktion med MeCl för att ge MeSiCl3 .
Förutom koppar innehåller katalysatorn optimalt promotormetaller som underlättar reaktionen. Bland de många promotormetallerna har zink, tenn, antimon, magnesium, kalcium, vismut, arsenik och kadmium nämnts.
Produktdistribution och isolering
Huvudprodukten för den direkta processen bör vara diklordimetylsilan , Me2SiCl2 . Men många andra produkter bildas. Till skillnad från de flesta reaktioner är denna fördelning faktiskt önskvärd eftersom produktisoleringen är mycket effektiv. Varje metylklorsilan har specifika och ofta betydande tillämpningar. Me 2 SiCl 2 är den mest användbara. Det är föregångaren för de flesta kiselprodukter som produceras i industriell skala. De andra produkterna används vid framställning av siloxanpolymerer samt specialiserade applikationer.
Diklordimetylsilan är huvudprodukten av reaktionen, som förväntat, och erhålls i cirka 70–90 % utbyte. Den näst vanligaste produkten är metyltriklorsilan (MeSiCl 3 ), på 5–15 % av totalen. Andra produkter inkluderar Me 3 SiCl (2–4 %), MeHSiCl 2 (1–4 %) och Me 2 HSiCl (0,1–0,5 %).
Me 2 SiCl 2 renas genom fraktionerad destillation . Även om kokpunkterna för de olika klormetylsilanerna är likartade (Me 2 SiCl 2 : 70 °C, MeSiCl 3 : 66 ° C, Me 3 SiCl: 57 ° C, MeHSiCl 2 : 41 ° C, Me 2 HSiCl: 35 ° C) Vid destillationen används kolonner med hög separationskapacitet, seriekopplade. Renheten hos produkterna har avgörande betydelse för produktionen av siloxanpolymerer, annars uppstår kedjeförgrening.
| Myndighetskontroll : Nationella bibliotek |
|---|
