WO2024142601A1 - Organic silicon compound production method and production device - Google Patents
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- C08G77/60—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule in which all the silicon atoms are connected by linkages other than oxygen atoms
Definitions
- the present invention relates to a method and apparatus for producing organosilicon compounds.
- a known method for producing organic compounds by reacting organic halides with silicon compounds is a batch-type production method in which the organic halides and silicon compounds are added to a dispersion liquid in which magnesium is dispersed, and the organic silicon compounds are obtained by a Grignard reaction.
- Patent Document 1 discloses a heat transfer device that has a stirring tank that contains mother liquor, a liquid circulation means that circulates the liquid along the tank wall of the stirring tank, and at least one internal heat transfer means provided within the stirring tank.
- Patent Document 1 the heat transfer device described in Patent Document 1 is intended to be used primarily as a concentration device or crystallization device, and is not necessarily sufficient for use as a reaction device for carrying out chemical reactions.
- the present invention aims to provide a method and apparatus for producing an organosilicon compound that can stably and reliably react an organic halide with a silicon compound and efficiently produce an organosilicon compound with a high yield.
- the inventors discovered that by gradually adding an organic halide, a silicon compound, and magnesium to an organic solvent, the organic halide and the silicon compound can be reacted stably and reliably, and an organosilicon compound can be produced in high yield, leading to the completion of the present invention.
- the first aspect of the present invention is a method for producing an organosilicon compound by gradually adding an organic halide, a silicon compound, and magnesium to an organic solvent.
- the first aspect of the present invention can suitably adopt the following aspects. 1) The rate at which the magnesium is added is constant for a given period of time. 2) Adding the magnesium intermittently multiple times. 3) Purging the space containing the magnesium with an inert gas prior to addition.
- FIG. 1 is a diagram showing a manufacturing apparatus of the present invention.
- FIG. 2 is a graph showing particle size distribution of magnesium in an embodiment.
- an organic halide When an organic halide, a silicon compound, and magnesium particles 11 are added to an organic solvent, the organic halide reacts with the magnesium to produce an organomagnesium halide, and the organomagnesium halide reacts with the silicon compound to produce an organosilicon compound.
- organic halide is a compound containing a halogen element such as chlorine, bromine, or iodine and a hydrocarbon.
- a halogen element such as chlorine, bromine, or iodine
- hydrocarbon examples include known compounds such as chlorinated hydrocarbon compounds, brominated hydrocarbon compounds, and iodinated hydrocarbon compounds.
- the alkyl group in the monohalogenated alkyl compound is preferably a straight-chain or branched-chain alkyl group having 1 to 8 carbon atoms.
- monohalogenated alkyl compounds include chloromethane, chloroethane, chloropropane, 2-chloropropane, 1-chloro-2-methylpropane, 2-chloro-2-methylpropane, 2-bromo-2-methylpropane, chlorobutane, bromobutane, chloropentane, chlorocyclopentane, chlorohexane, bromomethane, bromoethane, bromopropane, 2-bromopropane, 1-bromo-2-methylpropane, bromobutane, bromopentane, bromocyclopentane, bromohexane, iodomethane, iodoethane, iodopropane, 2-iodopropane, 1-iodom
- the alkenyl group in the monohalogenated alkenyl compound is preferably a linear or branched alkenyl group having 2 to 8 carbon atoms.
- Specific examples of such monohalogenated alkenyl compounds include chloroethylene, 3-chloro-1-propene, bromoethylene, 3-bromo-1-propene, iodoethylene, and 3-iodo-1-propene.
- R represents a linear or branched alkyl group having 1 to 8 carbon atoms.
- alkyl groups include methyl, ethyl, propyl, butyl, and isobutyl groups.
- dihalogenated alkyl compounds represented by the above formula (1) include 1,3-dichloropropane, 1,4-dichlorobutane, 1,5-dichloropentane, dibromomethane, 1,2-dibromoethane, 1,3-dibromopropane, 1,4-dibromobutane, 1,5-dibromopentane, 1,3-diiodopropane, 1,4-diiodobutane, and 1,5-diiodopentane.
- monohalogenated alkyl compounds and dihalogenated alkyl compounds represented by the above formula (1) are preferred because they are useful as Grignard reagents, and monobromide alkyl compounds and dibromide alkyl compounds are more preferred.
- solution 10 When solution 10 is solid at room temperature, from the viewpoint of productivity and from the viewpoint of suppressing the precipitation of salts such as magnesium halide produced as by-products in the reaction, it is preferable to use 1 to 130 parts by mass of organic solvent per 1 part by mass of organic halide, more preferably from 2 to 120 parts by mass, and even more preferably from 3 to 110 parts by mass.
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Abstract
Description
本発明は、有機ケイ素化合物の製造方法及び製造装置に関する。 The present invention relates to a method and apparatus for producing organosilicon compounds.
有機ハロゲン化物とケイ素化合物とを反応させる有機化合物の製造方法としては、マグネシウムを分散した分散液に、有機ハロゲン化物とケイ素化合物を投入し、グリニャール反応により有機ケイ素化合物を得る、バッチ式の製造方法が知られている。 A known method for producing organic compounds by reacting organic halides with silicon compounds is a batch-type production method in which the organic halides and silicon compounds are added to a dispersion liquid in which magnesium is dispersed, and the organic silicon compounds are obtained by a Grignard reaction.
しかしながら、有機ハロゲン化物とマグネシウムとの反応は、非常に大きな発熱を伴うため、反応系の温度が上昇し、反応の制御が困難になるという課題があった。 However, the reaction between organic halides and magnesium generates a large amount of heat, which raises the temperature of the reaction system and makes it difficult to control the reaction.
一方、内容物と反応容器との間の伝熱効率を高めることにより反応速度を向上させた伝熱装置が知られている(例えば、特許文献1)。特許文献1には、母液が収容された攪拌槽と、当該攪拌槽の槽壁に沿って液体を循環させる液体循環手段と、前記攪拌槽内に設けられる少なくとも1つの内部伝熱手段と、を有した伝熱装置が開示されている。 On the other hand, there is known a heat transfer device that improves the reaction rate by increasing the heat transfer efficiency between the contents and the reaction vessel (for example, Patent Document 1). Patent Document 1 discloses a heat transfer device that has a stirring tank that contains mother liquor, a liquid circulation means that circulates the liquid along the tank wall of the stirring tank, and at least one internal heat transfer means provided within the stirring tank.
しかしながら、特許文献1に記載の伝熱装置は、主に、濃縮装置や晶析装置として用いることを目的するものであるため、化学反応を行うための反応装置として用いるには、必ずしも十分ではない。 However, the heat transfer device described in Patent Document 1 is intended to be used primarily as a concentration device or crystallization device, and is not necessarily sufficient for use as a reaction device for carrying out chemical reactions.
このため、有機ハロゲン化物とケイ素化合物とを安定的かつ確実に反応させ、高い収率で効率的に有機ケイ素化合物を製造することができる、有機ケイ素化合物の製造方法及び製造装置の開発が求められる。 Therefore, there is a need to develop a method and apparatus for producing organosilicon compounds that can stably and reliably react organic halides with silicon compounds and efficiently produce organosilicon compounds with high yields.
本発明は、有機ハロゲン化物とケイ素化合物とを安定的かつ確実に反応させ、高い収率で効率的に有機ケイ素化合物を製造することができる、有機ケイ素化合物の製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a method and apparatus for producing an organosilicon compound that can stably and reliably react an organic halide with a silicon compound and efficiently produce an organosilicon compound with a high yield.
本発明者らは、有機溶媒に、有機ハロゲン化物、ケイ素化合物、及び、マグネシウムを徐々に添加することにより、有機ハロゲン化物とケイ素化合物とを安定的かつ確実に反応させ、高い収率で有機ケイ素化合物を製造することができることを見出し、本発明を完成するに至った。 The inventors discovered that by gradually adding an organic halide, a silicon compound, and magnesium to an organic solvent, the organic halide and the silicon compound can be reacted stably and reliably, and an organosilicon compound can be produced in high yield, leading to the completion of the present invention.
すなわち、第一の本発明は、有機溶媒に、有機ハロゲン化物、ケイ素化合物、及び、マグネシウムを徐々に添加する、有機ケイ素化合物の製造方法である。 In other words, the first aspect of the present invention is a method for producing an organosilicon compound by gradually adding an organic halide, a silicon compound, and magnesium to an organic solvent.
上記第一の本発明は、以下の態様を好適に採り得る。
1)前記マグネシウムの添加速度が所定時間一定であること。
2)前記マグネシウムを断続的に複数回添加すること。
3)添加前に、前記マグネシウムを収容した空間を不活性ガスでパージすること。
The first aspect of the present invention can suitably adopt the following aspects.
1) The rate at which the magnesium is added is constant for a given period of time.
2) Adding the magnesium intermittently multiple times.
3) Purging the space containing the magnesium with an inert gas prior to addition.
また、第二の本発明は、有機溶媒にマグネシウムを徐々に添加する添加手段を備えた、有機化合物の製造装置である。 The second aspect of the present invention is an organic compound manufacturing apparatus equipped with an addition means for gradually adding magnesium to an organic solvent.
本発明によれば、有機ハロゲン化物とケイ素化合物とを安定的かつ確実に反応させ、高い収率で効率的に有機ケイ素化合物を製造することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to stably and reliably react an organic halide with a silicon compound, and to efficiently produce an organosilicon compound with a high yield.
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。 Below, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[有機ケイ素化合物の製造方法]
本発明の有機ケイ素化合物の製造方法は、有機溶媒に、有機ハロゲン化物、ケイ素化合物、及び、マグネシウムの粒子11を徐々に添加することにより有機ケイ素化合物を生成する。
[Method for producing organosilicon compounds]
In the method for producing an organosilicon compound of the present invention, an organosilicon compound is produced by gradually adding an organic halide, a silicon compound, and
有機溶媒に、有機ハロゲン化物、ケイ素化合物、及び、マグネシウムの粒子11を添加すると、有機ハロゲン化物とマグネシウムが反応して有機マグネシウムハロゲン化物が生成するとともに、有機マグネシウムハロゲン化物とケイ素化合物が反応して有機ケイ素化合物が生成する。
When an organic halide, a silicon compound, and
本実施形態の有機ケイ素化合物の製造方法においては、有機溶媒に有機ハロゲン化物とケイ素化合物を徐々に添加するとともに、マグネシウムの粒子を添加する速度を調整することで、反応系の温度を制御することができるため、反応系の急激な温度上昇を抑制することができる。また、有機溶媒に有機ハロゲン化物とケイ素化合物が溶解した、収容部2内の溶液10の温度に応じて、マグネシウムの粒子11を添加する速度を調整することにより、副反応を抑制することができるため、有機マグネシウムハロゲン化物への転化率が向上する。そして、有機マグネシウムハロゲン化物とケイ素化合物を確実に反応させることができるため、有機ケイ素化合物の収率を高めることが可能となる。
In the method for producing an organosilicon compound of this embodiment, the temperature of the reaction system can be controlled by gradually adding the organic halide and silicon compound to the organic solvent and adjusting the rate at which the magnesium particles are added, thereby preventing a sudden increase in temperature in the reaction system. In addition, by adjusting the rate at which the
(有機ハロゲン化物)
有機ハロゲン化物は、塩素、臭素、ヨウ素等のハロゲン元素と炭化水素とを含有する化合物である。有機ハロゲン化物としては、塩化炭化水素化合物、臭化炭化水素化合物、ヨウ化炭化水素化合物等の公知の化合物が挙げられる。
(Organic halides)
An organic halide is a compound containing a halogen element such as chlorine, bromine, or iodine and a hydrocarbon. Examples of the organic halide include known compounds such as chlorinated hydrocarbon compounds, brominated hydrocarbon compounds, and iodinated hydrocarbon compounds.
有機ハロゲン化物として具体的には、モノハロゲン化アルキル化合物;モノハロゲン化アルケニル化合物;クロロベンゼン、α-クロロトルエン、ブロモベンゼン、α-ブロモトルエン、ヨードベンゼン、α-ヨードトルエン等のモノハロゲン化芳香族炭化水素化合物;下記式(1)で表されるジハロゲン化アルキル化合物;o-ジクロロベンゼン、m-ジクロロベンゼン、p-ジクロロベンゼン、o-ジブロモベンゼン、m-ジブロモベンゼン、p-ジブロモベンゼン、o-ジヨードベンゼン、m-ジヨードベンゼン、p-ジヨードベンゼン等のジハロゲン化芳香族炭化水素化合物;などが挙げられる。 Specific examples of organic halides include monohalogenated alkyl compounds; monohalogenated alkenyl compounds; monohalogenated aromatic hydrocarbon compounds such as chlorobenzene, α-chlorotoluene, bromobenzene, α-bromotoluene, iodobenzene, and α-iodotoluene; dihalogenated alkyl compounds represented by the following formula (1); dihalogenated aromatic hydrocarbon compounds such as o-dichlorobenzene, m-dichlorobenzene, p-dichlorobenzene, o-dibromobenzene, m-dibromobenzene, p-dibromobenzene, o-diiodobenzene, m-diiodobenzene, and p-diiodobenzene; and the like.
モノハロゲン化アルキル化合物におけるアルキル基としては、炭素数1~8の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基が好ましい。かかるモノハロゲン化アルキル化合物として具体的には、クロロメタン、クロロエタン、クロロプロパン、2-クロロプロパン、1-クロロ-2メチルプロパン、2-クロロ-2メチルプロパン、2-ブロモ-2メチルプロパン、クロロブタン、ブロモブタン、クロロペンタン、クロロシクロペンタン、クロロヘキサン、ブロモメタン、ブロモエタン、ブロモプロパン、2-ブロモプロパン、1-ブロモ-2メチルプロパン、ブロモブタン、ブロモペンタン、ブロモシクロペンタン、ブロモヘキサン、ヨードメタン、ヨードエタン、ヨードプロパン、2-ヨードプロパン、1-ヨード-2メチルプロパン、2-ヨード-2メチルプロパン、ヨードペンタン、ヨードシクロペンタン、ヨードヘキサン等が挙げられる。 The alkyl group in the monohalogenated alkyl compound is preferably a straight-chain or branched-chain alkyl group having 1 to 8 carbon atoms. Specific examples of such monohalogenated alkyl compounds include chloromethane, chloroethane, chloropropane, 2-chloropropane, 1-chloro-2-methylpropane, 2-chloro-2-methylpropane, 2-bromo-2-methylpropane, chlorobutane, bromobutane, chloropentane, chlorocyclopentane, chlorohexane, bromomethane, bromoethane, bromopropane, 2-bromopropane, 1-bromo-2-methylpropane, bromobutane, bromopentane, bromocyclopentane, bromohexane, iodomethane, iodoethane, iodopropane, 2-iodopropane, 1-iodo-2-methylpropane, 2-iodo-2-methylpropane, iodopentane, iodocyclopentane, and iodohexane.
モノハロゲン化アルケニル化合物におけるアルケニル基としては、炭素数2~8の直鎖状又は分岐鎖状のアルケニル基が好ましい。かかるモノハロゲン化アルケニル化合物として具体的には、クロロエチレン、3-クロロ-1-プロペン、ブロモエチレン、3-ブロモ-1-プロペン、ヨードエチレン、3-ヨード-1-プロペン等が挙げられる。 The alkenyl group in the monohalogenated alkenyl compound is preferably a linear or branched alkenyl group having 2 to 8 carbon atoms. Specific examples of such monohalogenated alkenyl compounds include chloroethylene, 3-chloro-1-propene, bromoethylene, 3-bromo-1-propene, iodoethylene, and 3-iodo-1-propene.
上記式(1)におけるRは、炭素数1~8の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基を示す。かかるアルキル基として具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、イソブチル基等が挙げられる。上記式(1)で表されるジハロゲン化アルキル化合物として具体的には、1,3-ジクロロプロパン、1,4-ジクロロブタン、1,5-ジクロロペンタン、ジブロモメタン、1,2―ジブロモエタン、1,3-ジブロモプロパン、1,4-ジブロモブタン、1,5-ジブロモペンタン、1,3-ジヨードプロパン、1,4-ジヨードブタン、1,5-ジヨードペンタン等が挙げられる。 In the above formula (1), R represents a linear or branched alkyl group having 1 to 8 carbon atoms. Specific examples of such alkyl groups include methyl, ethyl, propyl, butyl, and isobutyl groups. Specific examples of dihalogenated alkyl compounds represented by the above formula (1) include 1,3-dichloropropane, 1,4-dichlorobutane, 1,5-dichloropentane, dibromomethane, 1,2-dibromoethane, 1,3-dibromopropane, 1,4-dibromobutane, 1,5-dibromopentane, 1,3-diiodopropane, 1,4-diiodobutane, and 1,5-diiodopentane.
これらのハロゲン化炭化水素化合物の中でも、グリニャール試薬として有用な点から、モノハロゲン化アルキル化合物及び上記式(1)で表されるジハロゲン化アルキル化合物が好ましく、モノ臭化アルキル化合物及びジ臭化アルキル化合物がより好ましい。 Among these halogenated hydrocarbon compounds, monohalogenated alkyl compounds and dihalogenated alkyl compounds represented by the above formula (1) are preferred because they are useful as Grignard reagents, and monobromide alkyl compounds and dibromide alkyl compounds are more preferred.
(ケイ素化合物)
ケイ素化合物としては、ハロゲン化マグネシウム化合物と反応することが可能であれば、特に限定されないが、例えば、ジメチルジクロロシラン、メチルトリクロロシラン、トリメチルクロロシラン、メチルジクロロシラン、ビニルトリクロロシラン、フェニルトリクロロシラン、トリクロロシラン等のクロロシラン化合物;メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、n-プロピルトリメトキシシラン、n-プロピルトリエトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、ヘキシルトリエトキシシラン、オクチルトリエトキシシラン等のアルコキシシラン化合物等が挙げられ、二種以上を併用してもよい。
(Silicon Compounds)
The silicon compound is not particularly limited as long as it is capable of reacting with the magnesium halide compound. Examples of the silicon compound include chlorosilane compounds such as dimethyldichlorosilane, methyltrichlorosilane, trimethylchlorosilane, methyldichlorosilane, vinyltrichlorosilane, phenyltrichlorosilane, and trichlorosilane; and alkoxysilane compounds such as methyltrimethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, phenyltriethoxysilane, n-propyltrimethoxysilane, n-propyltriethoxysilane, hexyltrimethoxysilane, hexyltriethoxysilane, and octyltriethoxysilane, and two or more of these may be used in combination.
有機ハロゲン化物及びケイ素化合物のうち少なくともいずれか一方が液体である場合、一方を溶媒とし、他方を溶質として、均一な溶液を調整し、この溶液を収容部2内に収容する有機溶媒に徐々に添加することができるが、反応温度の制御が容易であることから、有機ハロゲン化物とケイ素化合物を有機溶媒に溶解し、この溶液を収容部2内の有機溶媒に徐々に添加することもできる。また、有機ハロゲン化物とケイ素化合物は、それぞれ有機溶媒に溶解し、これらの溶液をそれぞれ収容部2内の有機溶媒に徐々に添加することもできる。
If at least one of the organic halide and the silicon compound is liquid, one can be used as a solvent and the other as a solute to prepare a homogeneous solution, which can then be gradually added to the organic solvent contained in the
(有機溶媒)
有機溶媒として具体的には、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、tert-ブチルメチルエーテル、1,2-ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、2-メチルテトラヒドロフラン、1,4-ジオキサン等のエーテル系溶媒が挙げられる。これらのエーテル系溶媒は、1種を単独で用いてもよく、複数の溶媒の混合溶液として用いてもよい。これらのエーテル系溶媒の中でも、工業的入手の容易さや沸点の高さの点からテトラヒドロフランが好ましい。
(Organic solvent)
Specific examples of the organic solvent include ether solvents such as diethyl ether, diisopropyl ether, dibutyl ether, tert-butyl methyl ether, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, and 1,4-dioxane. These ether solvents may be used alone or as a mixed solution of a plurality of solvents. Among these ether solvents, tetrahydrofuran is preferred in terms of industrial availability and high boiling point.
また、中間体として反応中に形成されるハロゲン化マグネシウム化合物は水と反応して失活する。このため、使用する有機溶媒に含まれる水分量は低いことが好ましく、具体的には500ppm未満であることが好ましく、100ppm未満であることがより好ましい。 In addition, the magnesium halide compound formed as an intermediate during the reaction reacts with water and is inactivated. For this reason, it is preferable that the water content of the organic solvent used is low; specifically, it is preferable that it is less than 500 ppm, and more preferably less than 100 ppm.
有機溶媒の使用量は、製造設備の規模、除熱効率等を勘案して適宜決定すればよい。溶液10が常温で液体の場合、生産性の観点、及び反応で副生するハロゲン化マグネシウム等の塩の析出を抑制する観点から、有機ハロゲン化物1容量部に対して、有機溶媒を1~99容量部の範囲で用いることが好ましく、2~98容量部の範囲で用いることがより好ましく、3~97容量部の範囲で用いることがさらに好ましい。また、溶液10が常温で固体の場合、生産性の観点、及び反応で副生するハロゲン化マグネシウム等の塩の析出を抑制する観点から、有機ハロゲン化物1質量部に対して、有機溶媒を1~130質量部の範囲で用いることが好ましく、2~120質量部の範囲で用いることがより好ましく、3~110質量部の範囲で用いることがさらに好ましい。
The amount of organic solvent used may be appropriately determined taking into consideration the scale of the production equipment, heat removal efficiency, etc. When
(マグネシウム)
マグネシウムは、有機ハロゲン化物と反応する基質である。有機ハロゲン化物及びケイ素化合物を含む溶液に添加するマグネシウムの粒子11は、例えば、所定の形状及び寸法を有する母体を破砕することにより得ることができる。マグネシウムの平均粒径は、0.5mm以上5mm以下、さらに0.7mm以上2mm以下であることが好ましい。
(magnesium)
Magnesium is a substrate that reacts with an organic halide. The
(マグネシウムの平均粒径の測定方法)
マグネシウムの粒子11の平均粒径は、試験篩で分級して得た粒度分布のヒストグラムを使用し、積算値が50%となる粒径を算出して得ることができる(図2)。
(Method of measuring average particle size of magnesium)
The average particle size of the
マグネシウムに含有される金属不純物は、副反応が生じる要因となるため、マグネシウムの純度は、90%以上であることが好ましく、99%以上であることがより好ましい。 Since metal impurities contained in magnesium can cause side reactions, it is preferable for the purity of magnesium to be 90% or more, and more preferably 99% or more.
(有機ケイ素化合物の製造装置1)
図1は、本発明の実施形態である製造装置1を模式的に示す透視図である。図1に示すように、製造装置1は、有機ハロゲン化物とケイ素化合物を含む溶液10を収容する収容部2と、収容部2にマグネシウムの粒子11を添加する添加手段3と、収容部2内の溶液10とマグネシウムの粒子11を攪拌するとともに、溶液10とマグネシウムの粒子11の一部を引き上げ、液面より高い収容部2の内側面21aに吹き付ける攪拌噴出手段4と、攪拌噴出手段4に回転動力を付与する動力部5と、収容部2内の上部空間に浮遊する蒸発物あるいはミストを冷却し、ガスを外部に排出しながら液体のみを収容部2内へ導入する回収部6と、生成物である有機ケイ素化合物を取り出すための取出部7と、収容部2内の溶液10等の重量を計測するための計測部8と、収容部2を冷却するためのジャケット9と、を備える。
(Organosilicon Compound Manufacturing Apparatus 1)
Fig. 1 is a perspective view showing a manufacturing apparatus 1 according to an embodiment of the present invention. As shown in Fig. 1, the manufacturing apparatus 1 includes a
(収容部2)
収容部2は、有機溶媒に有機ハロゲン化物とケイ素化合物を添加した溶液10を収容するとともに、添加手段3から添加されるマグネシウムの粒子11を溶液10に混合し攪拌を行う。
(Storage section 2)
The
収容部2は、略円筒形状の直胴部21と、当該直胴部21の下方に連続する底部22と、からなり、収容部2の外周には、直胴部21の外周面を覆うようにジャケット9が配置される。
The
有機ハロゲン化物とケイ素化合物が添加された溶液10にマグネシウムの粒子11を添加することにより生じる反応は発熱反応であるため、直胴部21の側壁面を介してジャケット9により冷却される。このため、直胴部21の内側面21aは、発熱反応による発熱を除熱する除熱面として機能する。
The reaction that occurs when
収容部2の寸法は、特に制限されるものではなく、製造量等の条件に応じて適宜設定することができるが、例えば、直胴部21の直径は、100mm以上1800mm以下であることが好ましく、300mm以上500mm以下であることがより好ましい。また、直胴部21の高さは、100mm以上1000mm以下であることが好ましく、300mm以上1000mm以下であることがより好ましい。
The dimensions of the
また、直胴部21における溶液10の液面の高さH1は、特に制限されるものではないが、直胴部21の全高さの0.050倍以上0.50倍以下であることが好ましい。一例として、直胴部21の高さが500mmのとき、液面の高さは、40mm以上250mm以下であることが好ましい。
Furthermore, the height H1 of the liquid surface of the
また、直胴部21の液面からの高さH2は、特に制限されるものではないが、内側面21a上に形成される層状の膜10fの高さより高くし、また、溶液10とマグネシウムの粒子11との混合物の攪拌とジャケット9による冷却作用を高めるため、高さH2は、直胴部21の全高さの0.40倍以上0.95倍以下であることが好ましい。一例として、直胴部21の全高さが500mmのとき、高さH2は、200mm以上475mm以下であることが好ましい。
Furthermore, the height H2 of the
図1は、内側面21aが鉛直方向に延びる直胴部21の例を示すが、これに限定されるものではなく、下方から上方に進むにしたがい、内側面21aが収容部2の内側あるいは外側に傾斜するものでもよい。
Figure 1 shows an example of a
直胴部21の下端には、内面が凹状の逆円錐形状に形成された底部22が取り付けられており、底部22の下方先端には取出部7が設けられている。
A
(取出部7)
取出部7には、底部22の内部に連通する案内路71と、案内路71の上端部で案内路71の開閉を行うバルブ72と、を備えており、反応終了後には、バルブ72により案内路71を開放し、生成物である有機ケイ素化合物を収容部2から取り出すことができる。なお、図1には、底部22の内面が逆円錐形状の例を示すが、これに限定されるものではなく、逆ドーム形状でもよい。
(Removal section 7)
The
(ジャケット9)
ジャケット9は、直胴部21の外周面を覆うように配置されている。ジャケット9は、下方側面に形成された入口91と、当該入口91と反対側の側面の上方に形成された出口92とを備え、入口91から出口92へジャケット9内に熱媒や冷媒が流通するように構成されている。そして、ジャケット9内に熱媒や冷媒が流通することにより、直胴部21の内側面21aに接する収容部2内の溶液10と効率的に熱交換することが可能となる。なお、ジャケット9は、溶液の容量が少なくなってきたとき、自然に蒸発速度が適切な値に調整されるように、底部22を覆わないよう設けることが好ましい。
(Jacket 9)
The
(添加手段3)
添加手段3は、マグネシウムの粒子11を収容部2内へ添加する。添加手段3は、添加前のマグネシウムの粒子11を一時的に貯蔵するホッパー31と、ホッパー31の出口の開閉を制御し、マグネシウムの粒子11を送り出す送出部32と、マグネシウムの粒子11を収容部2内に導入する導入管33と、を備えている。
(Addition Means 3)
The adding means 3 adds
ホッパー31は、逆円錐形や逆多角錐形の形状を有するものであることが好ましい。また、導入管33は、収容部2につながる先端部分では、マグネシウムの粒子11による閉塞を避けるため、水平又は先端方向が下がり勾配になるよう設置することが好ましい。また、導入管33の中央部分は、液面に対して一定の角度を有することができるが、送出部32とつながる根元部分では、ホッパー31の底が開放したときに、マグネシウムの粒子11が一気に収容部2内へ流れ込むことを抑制するとともに、マグネシウムの粒子11の添加量を制御しやすくするため、水平に対する角度が、マグネシウムの粒子11の安息角以下になるよう、進行方向を下向きに傾斜して設置することが好ましい。
The
マグネシウムの粒子11の添加は、一定の添加速度で一定時間連続して行うか、あるいは、1回で添加する量を基質であるケイ素化合物の当量未満とし、複数回、例えば、2~5回に分けて行う。このようにマグネシウムを徐々に添加することにより、マグネシウムによる反応を律速とし、且つ、不要な副生物の生成を抑制することができる。
The
マグネシウムは、加水分解による副生物の生成を抑制するため、予め不活性ガスにより乾燥し、水分を除去しておくことが好ましい。このため、収容部2へ添加する前に、マグネシウムを収容した空間を不活性ガスでパージし、マグネシウムに付着する水分を除去することが好ましい。例えば、収容部2へ添加する前のマグネシウムを貯蔵した貯蔵室や製造装置1のホッパー31内を加熱しながら窒素やアルゴン等の不活性ガスでパージするか、あるいは、乾燥した窒素ガスでパージするなど、あらゆる手段を採用することができる。
In order to prevent the generation of by-products due to hydrolysis, it is preferable to dry the magnesium with an inert gas in advance to remove moisture. For this reason, it is preferable to purge the space containing the magnesium with an inert gas to remove moisture adhering to the magnesium before adding it to the
(攪拌噴出手段4)
攪拌噴出手段4は、鉛直方向に延び、回転の中心となる回転軸41と、水平方向に延び、中央が回転軸41の下端に接続する取付部43と、取付部43の側方外縁に取り付けられ、上方先端が直胴部21の内側面21aに近づくように傾斜した誘導部42と、を備える。
(Agitation and ejection means 4)
The stirring and ejecting means 4 comprises a
攪拌噴出手段4は、取付部43が溶液10中に入るように配置され、回転軸41が回転すると、収容部2に収容されている溶液10とマグネシウムの粒子11は取付部43と誘導部42により攪拌されるとともに、溶液10とマグネシウムの粒子11との混合物は誘導部42により直胴部21の内側面21aに散布される。
The stirring and ejecting means 4 is positioned so that the attachment part 43 is placed in the
誘導部42は、例えば、略筒状や略半筒状の形状を有する。また、誘導部42は、下方から上方に向けて徐々に内側面21aに近づくように傾斜していることから、回転軸41が回転すると、誘導部42の下方では、溶液10とマグネシウムの粒子11を攪拌しながら、溶液10とマグネシウムの粒子11との混合物を掬い取り、遠心力を利用して混合物を誘導部42の内壁面に沿って上方に引き上げ、上方先端から直胴部21の内側面21aへ向けて混合物を散布する。
The
本実施形態では、誘導部42は、2つ設けられている。誘導部42の数は、2つの制限されるものではなく、1つでもよく、3つ以上でもよい。誘導部42の数は、例えば、収容部2の規模に応じて調整することができる。誘導部42を複数設ける場合、後述の計測部8における測定精度を保つため、回転軸41を中心として回転対称となるように配置することが好ましい。具体的には、上方からの平面視において(すなわち、図1の図示上方向から視た場合において)、回転する円周方向に沿って等間隔で配置されていることが好ましい。
In this embodiment, two
(動力部5)
動力部5は、回転軸41に回転の動力を与える。動力部5は、モータ51と、モータ51からの動力を回転軸41に伝達する回転伝達軸52と、回転軸41と回転伝達軸52との間を接続するジョイント53と、を備える。
(Power unit 5)
The power unit 5 provides rotational power to the
回転伝達軸52は、連続した直線状のものを用いてもよいが、例えば、反応に供する溶液が可燃性液体である場合、防爆の観点から可燃性ガスの漏洩を考慮し、モータ51を設置する位置を可燃性ガスの漏洩範囲から大きく外すか、又は、隔壁等(不図示)を設け、可燃性ガスがモータ51に接触することを防ぐことが好ましい。前者の場合、モータ51の設置を容易に実現するために、回転伝達軸52は、フレキシブルな材料で形成されていることが好ましい。回転伝達軸52をフレキシブルな材料で形成することにより、動力部5を設置する範囲の自由度が高まり、製造装置1をコンパクトにすることができる。
また、ジョイント53は、回転軸41と回転伝達軸52とをシーリングするために、例えば、磁気軸シール(ジョイントガスシール)、メカニカルシール、ガスシール、オイルシール等を用いることができる。不純物の混入をより確実に防止するためには、ジョイント53は、磁気軸シールであることが好ましい。
The
Furthermore, for the joint 53, for example, a magnetic shaft seal (joint gas seal), a mechanical seal, a gas seal, an oil seal, or the like can be used to seal the
(回収部6)
回収部6は、溶液10から蒸発する低沸点成分あるいは溶液10の攪拌に伴い発生するミスト状の放出物の少なくとも一部を回収し、再び収容部2に戻す機能を有している。かかる回収部6を設けることによって、反応の収率を向上させることができる。
(Collection section 6)
The recovery section 6 has a function of recovering at least a portion of the low boiling point components evaporated from the
回収部6は、低沸点成分やミスト状の放出物を、例えば、窒素等の不活性ガスとともに収容部2から外部へ排出する排出管61と、当該排出管61を経由して送られる低沸点成分及びミスト状の放出物をガスから分離する分離部62と、この分離部62の外周を囲むように設けられ、分離部62を冷却する冷却コイル63と、ガスを分離部62の外部に放出する放出管64と、回収液を収容部2に戻す還流管66と、を備える。還流管66の途中には、第1の還流バルブ651と第2の還流バルブ652が配置されており、通常、第1の還流バルブ651は開放し、第2の還流バルブ652は閉止しているが、第2の還流バルブ652の上部に回収液が溜まると、第1の還流バルブ651を閉止し、第2の還流バルブ652は開放して、回収液を収容部2へ戻す。なお、冷却コイル63内を流通させる冷媒の温度を調整することにより、反応に不要な成分を捕集せず外部へ排出することもできる。
The recovery section 6 includes an
分離部62は、例えば、サイクロン構造を含んで構成される。このサイクロン構造は、内部に取り込んだ放出物を旋回することにより、液滴成分とガス成分とに分離できるように構成される。なお、分離部62は、必ずしもサイクロン構造を有するものに限定されるものではなく、例えば、内部に冷媒を通し低沸点成分をトラップするジムロート冷却器でもよい。但し、ミストをより効率よくトラップするために、分離部62は、サイクロン構造を有するものであることが好ましい。
The
(計測部8)
計測部8は、直胴部21の底側の縁部に設けられている。計測部8としては、例えば、ロードセル80を用いることができる。本実施形態では、計測部8として、3つのロードセル80が設けられている(図1では、説明の便宜上、2つのロードセル80を図示する)。ロードセル80の数は、3つに限定されるものではなく、4つ以上でもよいが、製造装置1全体のガタツキを防止するとともに、ロードセル間の荷重の差をなくすためには、3点で支持することが好ましく、3つのロードセルを用いることが好ましい。ロードセル80は、例えば、収容部2内の残液量を測定するだけでなく、時間当たりの重量変化量を計測する。
(Measurement unit 8)
The measuring section 8 is provided on the edge of the bottom side of the
(実施例)
製造装置1の収容部2にテトラヒドロフランを入れ、そこへ、1,3-ジブロモプロパンとメチルトリクロロシランのテトラヒドロフラン溶液を徐々に添加する。添加速度は、78g/分とした。
(Example)
Tetrahydrofuran was placed in the
また、1,3-ジブロモプロパンとメチルトリクロロシランのテトラヒドロフラン溶液の添加とともに、製造装置1の添加手段3から、マグネシウムの粒子(平均粒径:0.9mm)を収容部2内へ添加した。マグネシウムの粒子11の添加は、2時間で20gのマグネシウムを添加するよう一定の割合で行った。
In addition, together with the addition of the tetrahydrofuran solution of 1,3-dibromopropane and methyltrichlorosilane, magnesium particles (average particle size: 0.9 mm) were added to the
得られた反応溶液を一部取り出し、トリエチルアミンを滴下したのちエタノールを加え副生塩を除去し、ろ液を回収した。さらに、ろ液をシクロペンチルメチルエーテルに置換しテトラヒドロフラン中に溶けている副生塩を析出させ、除去した。得られたポリマー成分濃度から、全反応溶液に対する収率を計算したところ、100%であった。 A portion of the resulting reaction solution was removed, triethylamine was added dropwise, and ethanol was then added to remove the by-product salts, and the filtrate was collected. The filtrate was then replaced with cyclopentyl methyl ether, and the by-product salts dissolved in the tetrahydrofuran were precipitated and removed. The yield was calculated from the concentration of the resulting polymer components relative to the total reaction solution, and was found to be 100%.
(比較例)
テトラヒドロフランに1,3-ジブロモプロパンとトリクロロメチルシランを溶解して溶液を調整した。また、テトラヒドロフランにマグネシウムの粒子(平均粒径:0.9mm)を分散させて、マグネシウムの粒子の分散液を調整した。分散液中のマグネシウムの濃度は、3.0重量%とした。
Comparative Example
A solution was prepared by dissolving 1,3-dibromopropane and trichloromethylsilane in tetrahydrofuran. In addition, magnesium particles (average particle size: 0.9 mm) were dispersed in tetrahydrofuran to prepare a dispersion of magnesium particles. The magnesium concentration in the dispersion was 3.0% by weight.
マグネシウムの粒子の分散液15Lを製造装置1の収容部2に入れて攪拌しながら、前記の溶液を収容部2に添加した。前記の溶液の滴下レートは、78g/分とした。得られた反応溶液を一部取り出し、前記の実施例と同様の方法で収率を計算したところ、89%であった。
15 L of the magnesium particle dispersion was placed in the
1 製造装置
2 収容部
3 添加手段
4 攪拌噴出手段
5 動力部
6 回収部
7 取出部
8 計測部
9 ジャケット
10 溶液
11 マグネシウムの粒子
21 直胴部
21a 内側面
22 底部
31 ホッパー
32 送出部
33 導入管
41 回転軸
42 誘導部
43 取付部
51 モータ
52 回転伝達軸
53 ジョイント
61 排出管
62 分離部
63 冷却コイル
64 放出管
66 還流管
71 案内路
72 バルブ
80 ロードセル
91 入口
92 出口
651 第1の還流バルブ
652 第2の還流バルブ
REFERENCE SIGNS LIST 1
Claims (5)
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|---|---|---|---|
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