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JP6934683B2 - Method for producing tetraalkoxysilane using calcium oxide - Google Patents
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JP6934683B2 - Method for producing tetraalkoxysilane using calcium oxide - Google Patents

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Description

本発明は、テトラアルコキシシランの高効率な製造方法に関し、より詳しくは酸化カルシウムを用いるテトラアルコキシシランの製造方法に関する。 The present invention relates to a highly efficient method for producing tetraalkoxysilane, and more particularly to a method for producing tetraalkoxysilane using calcium oxide.

テトラアルコキシシランは、各種シラン化合物、有機シリコーンポリマー、各種シリル化剤、コロイダルシリカおよびセラミックス等を製造する為の原料として用いられている。
従来から知られているアルコキシシラン類の工業的製造方法としては、例えば、天然の二酸化ケイ素を出発原料とし、炭素と混合して高温下で還元することによって金属ケイ素を得て、これを塩素と反応させて得られる、四塩化ケイ素を原料としてアルコールと反応させる方法が知られている(特許文献1参照)。また金属ケイ素とアルコールを直接反応させる製造方法も知られている(特許文献2参照)。
しかし、これらの方法は、いずれも高温を要する金属ケイ素製造過程を経由する必要があり、エネルギー効率が悪いことが問題となっている。
他方、シリカから直接アルコキシシランを製造する方法として、アルカリ金属元素あるいはアルカリ土類金属元素を触媒としてシリカとアルキルカーボネートとを反応させて、アルコキシシランを製造する方法が知られている(特許文献3、4参照)。これらの方法は上記金属ケイ素を原料としないため、エネルギー効率的には有利である一方、比較的高価な化合物であるアルキルカーボネートを、化学量論としてシリカに対して少なくとも2倍のモル量を投入する必要があり、テトラアルコキシシランの工業的製法としては経済的な課題がある。
本発明者らは、メタノールと酸化ケイ素を原料としてテトラメトキシシランを製造できることを見出し、二酸化炭素の存在下でメタノールと酸化ケイ素を反応させ、かつモレキュラーシーブを用いて副生した水を除去することによりテトラメトキシシランを高収率で得られる方法を開発した(特許文献5参照)。
Tetraalkoxysilane is used as a raw material for producing various silane compounds, organic silicone polymers, various silylating agents, colloidal silica, ceramics and the like.
As a conventionally known industrial production method of alkoxysilanes, for example, natural silicon dioxide is used as a starting material, mixed with carbon and reduced at a high temperature to obtain metallic silicon, which is used as chlorine. A method of reacting silicon tetrachloride obtained by reaction with alcohol as a raw material is known (see Patent Document 1). A production method in which metallic silicon and alcohol are directly reacted is also known (see Patent Document 2).
However, all of these methods need to go through a process of producing metallic silicon, which requires a high temperature, and have a problem of poor energy efficiency.
On the other hand, as a method for directly producing alkoxysilane from silica, a method for producing alkoxysilane by reacting silica with an alkyl carbonate using an alkali metal element or an alkaline earth metal element as a catalyst is known (Patent Document 3). 4). Since these methods do not use the above-mentioned metallic silicon as a raw material, they are advantageous in terms of energy efficiency, but at least twice the molar amount of alkyl carbonate, which is a relatively expensive compound, is added to silica as a stoichiometry. There is an economic problem as an industrial production method of tetraalkoxysilane.
The present inventors have found that tetramethoxysilane can be produced from methanol and silicon oxide as raw materials, react methanol and silicon oxide in the presence of carbon dioxide, and remove by-produced water using a molecular sieve. We have developed a method for obtaining tetramethoxysilane in high yield (see Patent Document 5).

特開昭62−114991号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 62-114991 米国特許第2473260号明細書U.S. Pat. No. 2,473,260 特開2001−114786号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-114786 特許第3026371号公報Japanese Patent No. 3026371 特開2017−88498号公報JP-A-2017-88498

本発明は、テトラアルコキシシランを省エネルギーかつ高収率で製造することができる方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a method capable of producing tetraalkoxysilane in an energy-saving manner and in a high yield.

本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、アルコールと酸化ケイ素を反応させてテトラアルコキシシランを生成する反応を酸化カルシウムの存在下で行うことにより、テトラアルコキシシランを高収率で製造することができることを見出し、本発明を完成させた。 As a result of diligent studies to solve the above problems, the present inventors have obtained tetraalkoxysilane by reacting alcohol with silicon oxide to produce tetraalkoxysilane in the presence of calcium oxide. The present invention has been completed by finding that it can be produced in a high yield.

即ち、本発明は以下の通りである。
<1> アルコールと酸化ケイ素を反応させてテトラアルコキシシランを生成する反応工程を含むテトラアルコキシシランの製造方法であって、
前記反応工程が、酸化カルシウムの存在下で行われることを特徴とする、テトラアルコキシシランの製造方法。
<2> 前記反応工程が、さらにアルカリ金属化合物及び/又は酸化カルシウム以外のアルカリ土類金属化合物の存在下で行われる、<1>に記載のテトラアルコキシシランの製造方法。
<3> 前記反応工程における酸化カルシウムの使用量が、酸化カルシウムのカルシウム原子の物質量/酸化ケイ素のケイ素原子の物質量が1〜50となる量である、<1>又は<2>に記載のテトラアルコキシシランの製造方法。
That is, the present invention is as follows.
<1> A method for producing tetraalkoxysilane, which comprises a reaction step of reacting alcohol with silicon oxide to produce tetraalkoxysilane.
A method for producing tetraalkoxysilane, wherein the reaction step is carried out in the presence of calcium oxide.
<2> The method for producing tetraalkoxysilane according to <1>, wherein the reaction step is further carried out in the presence of an alkali metal compound and / or an alkaline earth metal compound other than calcium oxide.
<3> The amount of calcium oxide used in the reaction step is an amount such that the amount of substance of calcium atom of calcium oxide / the amount of substance of silicon atom of silicon oxide is 1 to 50, according to <1> or <2>. Method for producing tetraalkoxysilane.

本発明によれば、テトラアルコキシシランを高収率で製造することができる。 According to the present invention, tetraalkoxysilane can be produced in high yield.

本発明のテトラアルコキシシランの製造方法に使用することができる装置の一例の概念図である。It is a conceptual diagram of an example of the apparatus which can be used in the manufacturing method of the tetraalkoxysilane of this invention. 本発明のテトラアルコキシシランの製造方法に使用することができる装置の一例の概念図である。It is a conceptual diagram of an example of the apparatus which can be used in the manufacturing method of the tetraalkoxysilane of this invention. 本発明のテトラアルコキシシランの製造方法に使用することができる装置の一例の概念図である。It is a conceptual diagram of an example of the apparatus which can be used in the manufacturing method of the tetraalkoxysilane of this invention.

本発明を説明するに当たり、具体例を挙げて説明するが、本発明の趣旨を逸脱しない限り以下の内容に限定されるものではなく、適宜変更して実施することができる。 In explaining the present invention, specific examples will be given, but the contents are not limited to the following as long as the gist of the present invention is not deviated, and the present invention can be appropriately modified.

<テトラアルコキシシランの製造方法>
本発明の一態様であるテトラアルコキシシランの製造方法(以下、「本発明の製造方法」と略す場合がある。)は、アルコールと酸化ケイ素を反応させてテトラアルコキシシランを生成する反応工程(以下、「反応工程」と略す場合がある。)を含む方法であり、反応工程が、酸化カルシウムの存在下で行われることを特徴とする。
本発明者らは、アルコールと酸化ケイ素を反応させてテトラアルコキシシランを生成する反応を酸化カルシウムの存在下で行うことにより、テトラアルコキシシランを高収率で製造することができることを見出したのである。
酸化カルシウムは、アルコールと酸化ケイ素の反応によって副生した水を除去する脱水剤としての役割を果たすものと考えられ、水を除去することによって逆反応が抑制されるため、テトラアルコキシシランを高収率で製造することができるものと考えられる。また、反応に使用した酸化カルシウムは、水と反応して水酸化カルシウムに変化することになるが、水酸化カルシウムは容易に酸化カルシウムに再生することができるため、再利用が可能で、工業的に非常に適していると言える。
以下、「アルコール」、「酸化ケイ素」、「反応工程」の条件等について詳細に説明する。
<Manufacturing method of tetraalkoxysilane>
The method for producing tetraalkoxysilane (hereinafter, may be abbreviated as "the production method of the present invention"), which is one aspect of the present invention, is a reaction step (hereinafter, referred to as "method for producing tetraalkoxysilane") in which alcohol and silicon oxide are reacted to produce tetraalkoxysilane. , It may be abbreviated as "reaction step"), and is characterized in that the reaction step is carried out in the presence of calcium oxide.
The present inventors have found that tetraalkoxysilane can be produced in high yield by carrying out a reaction of reacting alcohol with silicon oxide to produce tetraalkoxysilane in the presence of calcium oxide. ..
Calcium oxide is considered to play a role as a dehydrating agent that removes water produced by the reaction of alcohol and silicon oxide, and the reverse reaction is suppressed by removing water, so that tetraalkoxysilane is highly yielded. It is considered that it can be manufactured at a rate. In addition, the calcium oxide used in the reaction reacts with water and changes to calcium hydroxide, but since calcium hydroxide can be easily regenerated into calcium oxide, it can be reused and is industrial. It can be said that it is very suitable for.
Hereinafter, the conditions of "alcohol", "silicon oxide", "reaction step" and the like will be described in detail.

反応工程に使用するアルコールの種類は、特に限定されず、製造目的であるテトラアルコキシシランに応じて適宜選択することができる。例えばアルコールとしてメタノールを用いるとテトラメトキシシランを、エタノールを用いるとテトラエトキシシランを製造することができる。
アルコールは、脂肪族アルコールと芳香族アルコールのどちらでもよく、またアルコール中の炭化水素基は、分岐構造、環状構造、炭素−炭素不飽和結合等のそれぞれを有していてもよい。
アルコールの炭素原子数は、通常1以上、好ましくは2以上であり、好ましくは15以下、より好ましくは10以下、さらに好ましくは8以下であり、芳香族アルコールである場合の炭素原子数は通常6以上である。
具体的なアルコールとしては、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、2−メチル−1−プロパノール、2−メチル−2−プロパノール、ベンジルアルコール、フェノール等が挙げられる。
なお、アルコールの使用量は、酸化ケイ素の物質量に対して、通常1倍以上、好ましくは5倍以上、より好ましくは10倍以上であり、通常10000倍以下、好ましくは5000倍以下、より好ましくは3000倍以下である。
The type of alcohol used in the reaction step is not particularly limited, and can be appropriately selected depending on the tetraalkoxysilane intended for production. For example, if methanol is used as the alcohol, tetramethoxysilane can be produced, and if ethanol is used, tetraethoxysilane can be produced.
The alcohol may be either an aliphatic alcohol or an aromatic alcohol, and the hydrocarbon group in the alcohol may have a branched structure, a cyclic structure, a carbon-carbon unsaturated bond, or the like.
The number of carbon atoms of the alcohol is usually 1 or more, preferably 2 or more, preferably 15 or less, more preferably 10 or less, still more preferably 8 or less, and the number of carbon atoms in the case of an aromatic alcohol is usually 6. That is all.
Specific alcohols include methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, 2-methyl-1-propanol, 2-methyl-2-propanol, benzyl alcohol, phenol and the like. Be done.
The amount of alcohol used is usually 1 time or more, preferably 5 times or more, more preferably 10 times or more, usually 10000 times or less, preferably 5000 times or less, more preferably with respect to the amount of substance of silicon oxide. Is less than 3000 times.

反応工程に使用する酸化ケイ素は、ケイ素原子(Si)と酸素原子(O)を主要な構成元素として含む化合物を意味し、一酸化ケイ素(SiO)、二酸化ケイ素(SiO)、或いはゼオライト等の他の金属との複合酸化物であってもよい。
具体的な酸化ケイ素としては、ケイ石、ケイ砂、ケイ藻土、石英等の天然鉱物、ケイ素含有植物の焼成灰、火山灰、ケイ酸塩類、シリカゾル由来のシリカゲル、ヒュームドシリカ、シリカアルミナ、ゼオライト等が挙げられる。
Silicon oxide used in the reaction step means a compound containing a silicon atom (Si) and an oxygen atom (O) as main constituent elements, such as silicon monoxide (SiO), silicon dioxide (SiO 2 ), or zeolite. It may be a composite oxide with another metal.
Specific examples of silicon oxide include natural minerals such as siliceous stone, silica sand, diatomaceous earth, and quartz, calcined ash of silicon-containing plants, volcanic ash, silicates, silica gel derived from silica sol, fumed silica, silica alumina, and zeolite. And so on.

反応工程は、酸化カルシウムの存在下で行われることを特徴とするが、反応工程における酸化カルシウムの使用量は、酸化カルシウムのカルシウム原子の物質量/酸化ケイ素のケイ素原子の物質量(Ca/Si)が通常1〜50となる量であり、好ましくは2以上、より好ましくは3以上で、好ましくは30以下、より好ましくは10以下である。上記範囲内であると、テトラアルコキシシランをより高収率で製造することができる。 The reaction step is characterized by being carried out in the presence of calcium oxide, and the amount of calcium oxide used in the reaction step is the amount of substance of calcium atom of calcium oxide / the amount of substance of silicon atom of silicon oxide (Ca / Si). ) Is usually 1 to 50, preferably 2 or more, more preferably 3 or more, preferably 30 or less, and more preferably 10 or less. Within the above range, tetraalkoxysilane can be produced in a higher yield.

反応工程は、アルカリ金属化合物及び/又は酸化カルシウム以外のアルカリ土類金属化合物の存在下で行われることが好ましい。アルカリ金属化合物や酸化カルシウム以外のアルカリ土類金属化合物の存在下であると、酸化ケイ素のケイ素−酸素結合の開裂が促進されて、テトラアルコキシシランをより収率良く生成することができる。
アルカリ金属化合物及び酸化カルシウム以外のアルカリ土類金属化合物におけるアルカリ金属及びアルカリ土類金属としては、リチウム(Li)、ナトリウム(Na)、マグネシウム(Mg)、カリウム(K)、セシウム(Cs)等が挙げられる。また、対イオンについては、水酸化物、ハロゲン化物、酸化物、炭酸塩、炭酸水素塩、アルコキシド、ケイ酸塩、アルミン酸塩、リン酸塩、有機酸塩、硫酸塩、硝酸塩等が挙げられる。中でも水酸化物、ハロゲン化物、炭酸塩、炭酸水素塩が好ましく、アルカリ金属水酸化物、アルカリ金属ハロゲン化物、アルカリ金属炭酸塩、及びアルカリ金属炭酸水素塩がより好ましい。
具体的なアルカリ金属化合物及びアルカリ土類金属化合物としては、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化セシウム、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸セシウム、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム、フッ化セシウム等が挙げられる。なお、アルカリ金属化合物及び酸化カルシウム以外のアルカリ土類金属化合物は、1種類のみならず、2種類以上を組み合わせて使用してもよい。
アルカリ金属化合物と酸化カルシウム以外のアルカリ土類金属化合物の総使用量は、酸化ケイ素(二酸化ケイ素の場合)1molに対して、通常0mol以上、好ましくは0.001mol以上であり、通常20mol以下、好ましくは10mol以下である。上記範囲内であると、テトラアルコキシシランをより高収率で製造することができる。
The reaction step is preferably carried out in the presence of an alkali metal compound and / or an alkaline earth metal compound other than calcium oxide. In the presence of an alkali metal compound or an alkaline earth metal compound other than calcium oxide, the cleavage of the silicon-oxygen bond of silicon oxide is promoted, and tetraalkoxysilane can be produced in a higher yield.
Examples of alkali metals and alkaline earth metals in alkaline earth metal compounds other than alkali metal compounds and calcium oxide include lithium (Li), sodium (Na), magnesium (Mg), potassium (K), cesium (Cs) and the like. Can be mentioned. Examples of counter ions include hydroxides, halides, oxides, carbonates, hydrogen carbonates, alkoxides, silicates, aluminates, phosphates, organic acid salts, sulfates, nitrates and the like. .. Among them, hydroxides, halides, carbonates and hydrogen carbonates are preferable, and alkali metal hydroxides, alkali metal halides, alkali metal carbonates and alkali metal hydrogen carbonates are more preferable.
Specific alkali metal compounds and alkaline earth metal compounds include lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide, cesium hydroxide, lithium carbonate, sodium carbonate, potassium carbonate, cesium carbonate, sodium fluoride, and potassium fluoride. , Cesium hydroxide and the like. The alkali metal compound and the alkaline earth metal compound other than calcium oxide may be used not only in one type but also in combination of two or more types.
The total amount of the alkali metal compound and the alkaline earth metal compound other than calcium oxide used is usually 0 mol or more, preferably 0.001 mol or more, and usually 20 mol or less, preferably 20 mol or less, relative to 1 mol of silicon oxide (in the case of silicon dioxide). Is 10 mol or less. Within the above range, tetraalkoxysilane can be produced in a higher yield.

反応工程における反応条件は、特に限定されず、目的に応じて適宜選択することができる。
反応工程における反応温度は、通常100℃以上、好ましくは130℃以上、より好ましくは150℃以上であり、通常300℃以下、好ましくは280℃以下、より好ましくは250℃以下である。
反応工程における反応圧力は、通常0.1MPa以上、好ましくは0.3MPa以上、より好ましくは0.5MPa以上であり、通常20MPa以下、好ましくは10MPa以下、より好ましくは8MPa以下である。なお、反応工程において気相として利用するガスの種類は、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスが挙げられ、2種類以上の混合ガスであってもよい。
回分反応器を用いる場合、反応工程の反応時間は、通常1分以上、好ましくは5分以上、より好ましくは19分以上であり、通常10時間以下、好ましくは5時間以下、より好ましくは1時間以下である。また、連続管型反応器を用いる場合、反応工程の反応時間は、通常10分以上、好ましくは30分以上、より好ましくは60分以上であり、通常24時間以下、好ましくは8時間以下、より好ましくは6時間以下である。
上記範囲内であると、テトラアルコキシシランをより高収率で製造することができる。
The reaction conditions in the reaction step are not particularly limited and can be appropriately selected depending on the intended purpose.
The reaction temperature in the reaction step is usually 100 ° C. or higher, preferably 130 ° C. or higher, more preferably 150 ° C. or higher, and usually 300 ° C. or lower, preferably 280 ° C. or lower, more preferably 250 ° C. or lower.
The reaction pressure in the reaction step is usually 0.1 MPa or more, preferably 0.3 MPa or more, more preferably 0.5 MPa or more, and usually 20 MPa or less, preferably 10 MPa or less, more preferably 8 MPa or less. The type of gas used as the gas phase in the reaction step includes an inert gas such as nitrogen gas and argon gas, and may be a mixed gas of two or more types.
When a batch reactor is used, the reaction time of the reaction step is usually 1 minute or more, preferably 5 minutes or more, more preferably 19 minutes or more, usually 10 hours or less, preferably 5 hours or less, more preferably 1 hour. It is as follows. When a continuous tube reactor is used, the reaction time of the reaction step is usually 10 minutes or more, preferably 30 minutes or more, more preferably 60 minutes or more, usually 24 hours or less, preferably 8 hours or less, and more. It is preferably 6 hours or less.
Within the above range, tetraalkoxysilane can be produced in a higher yield.

反応工程においてアルコールと酸化ケイ素を反応させるための反応器、操作手順、反応条件等は、特に限定されず、目的に応じて適宜選択することができる。
反応器としては、回分反応器(図1A参照)、連続管型反応器(図1B、図1C参照)等が挙げられる。なお、回分反応器は、オートクレーブ等の耐圧反応器であることが好ましい。また、連続管型反応器は、流動床反応器または固定床反応器であることが好ましい。
操作手順は、例えば回分反応器を用いる場合、反応器にアルコール、酸化ケイ素、酸化カルシウム、アルカリ金属化合物等を投入し、気相として利用するガスで反応容器内を掃気した後、ガスを充填して密閉し、反応温度まで加熱を行う方法が挙げられる。なお、ガスの25℃における充填圧力は、0.1〜10MPaであることが好ましい。上記範囲内であると、より高収率でテトラアルコキシシランを製造することができる。
また、連続管型反応器を用いる場合、反応容器を反応温度まで加熱した後、アルコール、酸化ケイ素、酸化カルシウム、アルカリ金属化合物等を含む混合物を反応容器に連続的に投入する方法が挙げられる(図1B参照。)。なお、酸化ケイ素、酸化カルシウム、アルカリ金属化合物等を投入するためにキャリアーガスを用いてもよい。キャリアーガスとしては、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスを用いることができる。なお、キャリアーガスの供給速度等は、反応器の大きさや反応条件等に応じて適宜選択することができる。
また、連続管型反応器を用いる場合、例えば、酸化ケイ素、酸化カルシウム、アルカリ金属化合物等を含む混合物を反応器の所定の位置に充填し、反応器を反応温度まで加熱した後、アルコールを連続的に投入する方法が挙げられる(図1C参照。)。この場合、キャリアーガスを用いてもよいし、用いなくてもよい。キャリアーガスとしては、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスを用いることができる。アルコールの供給速度等は、反応器の大きさや反応条件等に応じて適宜選択することができる。反応条件としては、例えば、管型反応器内の圧力を0.1〜1.0MPa(絶対圧)として、原料アルコールを0.01〜1.000mL/分の流速で10分〜24時間送液することが挙げられる。連続管型反応器は自作してもよいし、市販品を用いてもよい。市販品としては、例えば、東京理化器械株式会社製フローリアクター(FFX−1000G)、株式会社ワイエムシィ製KeyChem(登録商標)−Integralが挙げられる。
The reactor, operating procedure, reaction conditions, etc. for reacting the alcohol with silicon oxide in the reaction step are not particularly limited, and can be appropriately selected depending on the intended purpose.
Examples of the reactor include a batch reactor (see FIG. 1A), a continuous tube reactor (see FIGS. 1B and 1C), and the like. The batch reactor is preferably a pressure resistant reactor such as an autoclave. Further, the continuous tube reactor is preferably a fluidized bed reactor or a fixed bed reactor.
As for the operation procedure, for example, when a batch reactor is used, alcohol, silicon oxide, calcium oxide, an alkali metal compound, etc. are charged into the reactor, the inside of the reaction vessel is swept with a gas used as a gas phase, and then the reaction vessel is filled with gas. There is a method of sealing and heating to the reaction temperature. The filling pressure of the gas at 25 ° C. is preferably 0.1 to 10 MPa. Within the above range, tetraalkoxysilane can be produced in a higher yield.
Further, when a continuous tube type reactor is used, there is a method in which the reaction vessel is heated to the reaction temperature and then a mixture containing alcohol, silicon oxide, calcium oxide, an alkali metal compound and the like is continuously charged into the reaction vessel ( See FIG. 1B.). A carrier gas may be used to add silicon oxide, calcium oxide, an alkali metal compound, or the like. As the carrier gas, an inert gas such as nitrogen gas or argon gas can be used. The carrier gas supply rate and the like can be appropriately selected according to the size of the reactor, reaction conditions and the like.
When a continuous tube reactor is used, for example, a mixture containing silicon oxide, calcium oxide, an alkali metal compound, etc. is filled in a predetermined position of the reactor, the reactor is heated to the reaction temperature, and then alcohol is continuously added. (See FIG. 1C). In this case, carrier gas may or may not be used. As the carrier gas, an inert gas such as nitrogen gas or argon gas can be used. The supply rate of alcohol and the like can be appropriately selected according to the size of the reactor, reaction conditions and the like. As reaction conditions, for example, the pressure in the tubular reactor is 0.1 to 1.0 MPa (absolute pressure), and the raw material alcohol is fed at a flow rate of 0.01 to 1.000 mL / min for 10 minutes to 24 hours. To do. The continuous tube reactor may be made by oneself or a commercially available product may be used. Examples of commercially available products include Flow Reactor (FFX-1000G) manufactured by Tokyo Rika Kikai Co., Ltd. and KeyChem (registered trademark) -Integral manufactured by YMC Co., Ltd.

以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。従って、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention can be appropriately modified as long as it does not deviate from the gist of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be construed as limited by the specific examples shown below.

<実施例1>
機械式撹拌機を入れた30mL容積のSUS製オートクレーブ(耐圧硝子工業社製)に、二酸化ケイ素(和光純薬 ワコーゲル 60N 63〜212μm)4.5mmol、水酸化カリウム0.45mmol、エタノール24g、酸化カルシウム(和光純薬 特級)18mmolを加え、密封した。その後、オートクレーブ内を1200rpmに撹拌しつつ、反応温度180℃まで加熱し、30分反応させた。冷却後、反応混合物をガスクロマトグラフィー(島津製作所 GC−2014ATF/SPL)により分析した。二酸化ケイ素基準のテトラエトキシシランの収率は72%であった。結果を表1に示す。
<Example 1>
Silicon dioxide (Wako Pure Chemical Industries, Ltd. Wako Gel 60N 63-212 μm) 4.5 mmol, potassium hydroxide 0.45 mmol, ethanol 24 g, calcium oxide in a 30 mL volume SUS autoclave (manufactured by Pressure-Resistant Glass Industry Co., Ltd.) containing a mechanical stirrer. (Wako Pure Chemical Industries, Ltd. special grade) 18 mmol was added, and the mixture was sealed. Then, the inside of the autoclave was heated to a reaction temperature of 180 ° C. while stirring at 1200 rpm, and the reaction was carried out for 30 minutes. After cooling, the reaction mixture was analyzed by gas chromatography (Shimadzu GC-2014 ATF / SPL). The yield of tetraethoxysilane based on silicon dioxide was 72%. The results are shown in Table 1.

<実施例2>
実施例1の反応条件に対し、酸化カルシウムを13.5mmolとした以外は、実施例1と同様の操作によりテトラエトキシシランの製造を行った。二酸化ケイ素基準のテトラエトキシシランの収率は71%であった。結果を表1に示す。
<Example 2>
Tetraethoxysilane was produced by the same procedure as in Example 1 except that calcium oxide was set to 13.5 mmol with respect to the reaction conditions of Example 1. The yield of tetraethoxysilane based on silicon dioxide was 71%. The results are shown in Table 1.

<実施例3>
実施例1の反応条件に対し、酸化カルシウムを9.0mmolとした以外は、実施例1と同様の操作によりテトラエトキシシランの製造を行った。二酸化ケイ素基準のテトラエトキシシランの収率は52%であった。結果を表1に示す。
<Example 3>
Tetraethoxysilane was produced by the same procedure as in Example 1 except that calcium oxide was set to 9.0 mmol with respect to the reaction conditions of Example 1. The yield of tetraethoxysilane based on silicon dioxide was 52%. The results are shown in Table 1.

<実施例4>
実施例1の反応条件に対し、酸化カルシウムを4.5mmolとした以外は、実施例1と同様の操作によりテトラエトキシシランの製造を行った。二酸化ケイ素基準のテトラエトキシシランの収率は33%であった。結果を表1に示す。
<Example 4>
Tetraethoxysilane was produced by the same procedure as in Example 1 except that calcium oxide was 4.5 mmol with respect to the reaction conditions of Example 1. The yield of tetraethoxysilane based on silicon dioxide was 33%. The results are shown in Table 1.

<実施例5>
実施例1の反応条件に対し、二酸化ケイ素を9.0mmol、酸化カルシウムを45mmol、反応温度を195℃、時間を20分とした以外は、実施例1と同様の操作によりテトラエトキシシランの製造を行った。二酸化ケイ素基準のテトラエトキシシランの収率は62%であった。結果を表1に示す。
<Example 5>
Tetraethoxysilane was produced by the same operation as in Example 1 except that silicon dioxide was 9.0 mmol, calcium oxide was 45 mmol, the reaction temperature was 195 ° C., and the time was 20 minutes with respect to the reaction conditions of Example 1. went. The yield of tetraethoxysilane based on silicon dioxide was 62%. The results are shown in Table 1.

<実施例6>
実施例1の反応条件に対し、アルコールをエタノールからメタノール24gに変更し、二酸化ケイ素を9.0mmol、酸化カルシウムを27mmol、反応温度を220℃、時間を45分とした以外は、実施例1と同様の操作によりテトラメトキシシランの製造を行った。二酸化ケイ素基準のテトラメトキシシランの収率は43%であった。結果を表1に示す。
<Example 6>
With respect to the reaction conditions of Example 1, the alcohol was changed from ethanol to 24 g of methanol, silicon dioxide was 9.0 mmol, calcium oxide was 27 mmol, the reaction temperature was 220 ° C., and the time was 45 minutes. Tetramethoxysilane was produced by the same operation. The yield of tetramethoxysilane based on silicon dioxide was 43%. The results are shown in Table 1.

<実施例7>
水酸化カリウム0.11mmolをエタノール5mLに溶かした溶液に、二酸化ケイ素(和光純薬 ワコーゲル 60N 63〜212μm)1.1mmolを加えて混合した後、減圧下でエタノールを留去することにより、二酸化ケイ素と水酸化カリウムの混合物を調製した。この混合物に対して、さらに酸化カルシウム(和光純薬 特級)4.4mmolを加え、この混合物を内径4.6mmのSUS316製チューブ内に充填した。このチューブを東京理化器械製フローリアクター(FFX−1000G)に接続し、200℃に加熱しながら、チューブ内の圧力を0.8MPaとして、0.025mL/分の流速でエタノールを6時間送液することにより図1Cタイプの装置構成でテトラエトキシシランの製造を行った。フローリアクター下流で溶液を回収し、生成したテトラエトキシシラン量を求めたところ、二酸化ケイ素基準のテトラエトキシシランの収率は73%であった。結果を表1に示す。
<Example 7>
Silicon dioxide (Wako Pure Chemical Industries, Ltd. Wakogel 60N 63-212 μm) 1.1 mmol was added to a solution of 0.11 mmol of potassium hydroxide in 5 mL of ethanol and mixed, and then ethanol was distilled off under reduced pressure to obtain silicon dioxide. And potassium hydroxide were prepared. To this mixture, 4.4 mmol of calcium oxide (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was further added, and the mixture was filled in a SUS316 tube having an inner diameter of 4.6 mm. This tube is connected to a flow reactor (FFX-1000G) manufactured by Tokyo Rika Kikai, and while heating to 200 ° C., the pressure inside the tube is 0.8 MPa, and ethanol is sent at a flow rate of 0.025 mL / min for 6 hours. As a result, tetraethoxysilane was produced with the apparatus configuration of FIG. 1C type. When the solution was recovered downstream of the flow reactor and the amount of tetraethoxysilane produced was determined, the yield of tetraethoxysilane based on silicon dioxide was 73%. The results are shown in Table 1.

<実施例8>
実施例7の反応条件に対し、用いる酸化カルシウムの量を5.5mmolとし、送液するアルコールをメタノールとした以外は、実施例7と同様の操作によりテトラメトキシシランの製造を行った。二酸化ケイ素基準のテトラメトキシシランの収率は54%であった。結果を表1に示す。
<Example 8>
Tetramethoxysilane was produced in the same manner as in Example 7 except that the amount of calcium oxide used was 5.5 mmol and the alcohol to be fed was methanol with respect to the reaction conditions of Example 7. The yield of tetramethoxysilane based on silicon dioxide was 54%. The results are shown in Table 1.

<比較例1>
実施例1の反応条件に対し、酸化カルシウムを加えなかった以外は、実施例1と同様の操作によりテトラエトキシシランの製造を行った。二酸化ケイ素基準のテトラエトキシシランの収率は6%であった。結果を表1に示す。
<Comparative example 1>
Tetraethoxysilane was produced in the same manner as in Example 1 except that calcium oxide was not added to the reaction conditions of Example 1. The yield of tetraethoxysilane based on silicon dioxide was 6%. The results are shown in Table 1.

<比較例2>
実施例6の反応条件に対し、酸化カルシウムを加えなかった以外は、実施例6と同様の操作によりテトラメトキシシランの製造を行った。二酸化ケイ素基準のテトラエトキシシランの収率は4%であった。結果を表1に示す。
<Comparative example 2>
Tetramethoxysilane was produced in the same manner as in Example 6 except that calcium oxide was not added to the reaction conditions of Example 6. The yield of tetraethoxysilane based on silicon dioxide was 4%. The results are shown in Table 1.

<比較例3>
実施例7の反応条件に対し、酸化カルシウムを加えなかった以外は、実施例7と同様のフローリアクターの操作によりテトラエトキシシランの製造を行った。二酸化ケイ素基準のテトラエトキシシランの収率は3%であった。結果を表1に示す。
<Comparative example 3>
Tetraethoxysilane was produced by the same flow reactor operation as in Example 7 except that calcium oxide was not added to the reaction conditions of Example 7. The yield of tetraethoxysilane based on silicon dioxide was 3%. The results are shown in Table 1.

<比較例4>
実施例8の反応条件に対し、酸化カルシウムを加えなかった以外は、実施例8と同様のフローリアクターの操作によりテトラメトキシシランの製造を行った。二酸化ケイ素基準のテトラメトキシシランの収率は13%であった。結果を表1に示す。
<Comparative example 4>
Tetramethoxysilane was produced by the same flow reactor operation as in Example 8 except that calcium oxide was not added to the reaction conditions of Example 8. The yield of tetramethoxysilane based on silicon dioxide was 13%. The results are shown in Table 1.

Figure 0006934683
Figure 0006934683

本出願は、2017年12月27日出願の日本特許出願(特願2017−252112)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。 This application is based on a Japanese patent application filed on December 27, 2017 (Japanese Patent Application No. 2017-252112), the contents of which are incorporated herein by reference.

本発明の製造方法によれば、各種シラン化合物、有機シリコーンポリマー、各種シリル化剤、コロイダルシリカ、セラミックス等を製造するための原料として用いられるテトラアルコキシシランを高効率に製造することができる。 According to the production method of the present invention, tetraalkoxysilane used as a raw material for producing various silane compounds, organic silicone polymers, various silylating agents, colloidal silica, ceramics and the like can be produced with high efficiency.

101a、101b、101c 本発明の製造方法に使用することができる装置
102 アルコール
103 酸化ケイ素、酸化カルシウム、アルカリ金属化合物等の混合物
104 アルコール、酸化ケイ素、酸化カルシウム、アルカリ金属化合物等の混合物
105 テトラアルコキシシラン
101a, 101b, 101c Equipment that can be used in the production method of the present invention 102 Alcohol 103 Mixtures of silicon oxide, calcium oxide, alkali metal compounds, etc. 104 Mixtures of alcohol, silicon oxide, calcium oxide, alkali metal compounds, etc. 105 Tetraalkoxy Silane

Claims (3)

アルコールと酸化ケイ素を反応させてテトラアルコキシシランを生成する反応工程(ただし、二酸化炭素の存在下で行われるものを除く。)を含むテトラアルコキシシランの製造方法であって、
前記反応工程が、酸化カルシウムの存在下で行われ
前記反応工程が、前記酸化ケイ素及び酸化カルシウムを含む混合物が充填された連続管型反応器に前記アルコールを連続的に投入することにより行われ、
前記反応工程において、反応温度が200℃以下、かつ、前記連続管型反応器内の圧力が0.1〜1.0MPa(絶対圧)であり、
前記酸化ケイ素が、二酸化ケイ素(SiO )であることを特徴とする、テトラアルコキシシランの製造方法。
A method for producing tetraalkoxysilane, which comprises a reaction step of reacting alcohol with silicon oxide to produce tetraalkoxysilane (excluding those carried out in the presence of carbon dioxide).
The reaction step is carried out in the presence of calcium oxide .
The reaction step is carried out by continuously charging the alcohol into a continuous tube reactor filled with the mixture containing silicon oxide and calcium oxide.
In the reaction step, the reaction temperature is 200 ° C. or lower, and the pressure in the continuous tube reactor is 0.1 to 1.0 MPa (absolute pressure).
The silicon oxide, wherein the silicon dioxide (SiO 2) der Rukoto method of tetraalkoxysilane.
前記反応工程において、前記混合物が、さらにアルカリ金属化合物及び/又は酸化カルシウム以外のアルカリ土類金属化合物を含む、請求項1に記載のテトラアルコキシシランの製造方法。 In the reaction step, the mixture further comprises an alkali metal compound and / or alkaline earth metal compounds other than calcium oxide, method for producing a tetraalkoxysilane according to claim 1. 前記反応工程における酸化カルシウムの使用量が、酸化カルシウムのカルシウム原子の物質量/酸化ケイ素のケイ素原子の物質量が1〜50となる量である、請求項1又は2に記載のテトラアルコキシシランの製造方法。 The tetraalkoxysilane according to claim 1 or 2, wherein the amount of calcium oxide used in the reaction step is an amount such that the amount of substance of calcium atom of calcium oxide / the amount of substance of silicon atom of silicon oxide is 1 to 50. Production method.
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