專利名稱：生產(chǎn)高純有機(jī)硅的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化學(xué)品的生產(chǎn)工藝領(lǐng)域，特別是涉及一種生產(chǎn)高純有機(jī)硅的方法及裝置。
背景技術(shù)：
高純環(huán)聚硅氧烷因其低介電絕緣性質(zhì)而在電子工業(yè)中應(yīng)用廣泛，其提純過(guò)程主要包括有機(jī)雜質(zhì)、金屬離子、及固體微粒的去除。其中，有機(jī)雜質(zhì)的去除主要采用吸收和精餾的方法，固體微粒則通過(guò)過(guò)濾過(guò)程加以去除。例如，在專利號(hào)為US20050054211A1的美國(guó)專利文獻(xiàn)中，公開了一種采用吸收塔來(lái)提純有機(jī)硅的方法及系統(tǒng)，其通過(guò)吸收塔內(nèi)的吸附物質(zhì)來(lái)吸附液態(tài)有機(jī)硅(包括環(huán)聚硅氧烷，如八甲基環(huán)四硅氧烷)中有機(jī)雜質(zhì)及金屬離子，由此來(lái)提純有機(jī)硅；而且，為了提高純度，還可通過(guò)過(guò)濾單元來(lái)進(jìn)一步過(guò)濾有機(jī)硅中的雜質(zhì)等。又例如，在專利號(hào)為US007879198B2的美國(guó)專利文獻(xiàn)中，公開了一種采用精餾塔來(lái)提純有機(jī)硅的系統(tǒng)及方法。上述各方法雖然工藝簡(jiǎn)單，但無(wú)法滿足電子級(jí)高純環(huán)聚硅氧烷對(duì)金屬離子含量的要求。因?yàn)?，?duì)用于高端芯片的高純環(huán)聚硅氧烷，要求將金屬離子含量控制在IOppb以內(nèi)；此外，環(huán)聚硅氧烷獨(dú)特的結(jié)構(gòu)與S1-O鍵的負(fù)離子性使其又易于與K+，Na+等離子絡(luò)合，從而更增加精餾除去金屬離子的難度，無(wú)法實(shí)現(xiàn)高純硅氧烷的制備。因此，如何獲得電子級(jí)高純化學(xué)品，尤其是高純有機(jī)硅類低介電化學(xué)品，實(shí)已成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)課題。`

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種生產(chǎn)高純有機(jī)硅的方法，使有機(jī)硅，尤其是環(huán)聚硅氧烷中的金屬雜質(zhì)含量達(dá)到CMOS級(jí)。本發(fā)明的另一目的在于提供一種生產(chǎn)高純有機(jī)硅的裝置，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中因環(huán)聚硅氧烷等有機(jī)硅的電負(fù)性特征而與部分金屬離子難于分離的問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種生產(chǎn)高純有機(jī)硅的方法，其至少包括:I)將待提純的有機(jī)娃加熱后進(jìn)行第一次精懼，冷凝后獲得初步提純的有機(jī)娃;2)將所述初步提純的有機(jī)硅與預(yù)定比例的金屬絡(luò)合劑混合，并在預(yù)熱后進(jìn)行第二次精懼，冷凝過(guò)濾后獲得聞純有機(jī)娃。優(yōu)選地，所述生產(chǎn)高純有機(jī)硅的方法還包括:金屬絡(luò)合劑由降膜蒸發(fā)器排出。優(yōu)選地，所述金屬絡(luò)合劑包括冠醚；更為優(yōu)選地，所述冠醚為15-冠醚-5、及18-冠醚-6中的一種或兩者的混合物。優(yōu)選地，所述有機(jī)硅包括環(huán)聚硅氧烷。本發(fā)明還提供一種生產(chǎn)高純有機(jī)硅的裝置，其至少包括:
包含加熱器、第一冷凝器的第一精餾設(shè)備通過(guò)靜態(tài)管道混合器及預(yù)熱器連接包含第二冷凝器及過(guò)濾單元的第二精餾設(shè)備，其中，所述靜態(tài)管道混合器用于將所述第一精餾設(shè)備輸出的有機(jī)娃與金屬絡(luò)合劑混合。優(yōu)選地，所述第一精餾設(shè)備包括與所述第一冷凝器連接的前餾分儲(chǔ)槽、過(guò)渡餾分儲(chǔ)槽和中間產(chǎn)品儲(chǔ)槽。優(yōu)選地，所述生產(chǎn)高純有機(jī)硅的裝置還包括:連接所述中間產(chǎn)品儲(chǔ)槽與所述靜態(tài)管道混合器之間的流量計(jì)。優(yōu)選地，所述第二精餾設(shè)備包括連接在柱體底部的回流泵及連接所述回流泵的降膜蒸發(fā)器。優(yōu)選地，所述有機(jī)硅包括環(huán)聚硅氧烷。如上所述，本發(fā)明的生產(chǎn)高純有機(jī)硅的方法及裝置，具有以下有益效果:可以輸出電子級(jí)高純有機(jī)娃，尤其可以輸出含量>99.99%,金屬雜質(zhì)總量〈lOppb的環(huán)聚娃氧燒體系。


圖1顯不為本發(fā)明的生廣聞純有機(jī)娃的裝直不意圖。圖2顯示為本發(fā)明的生產(chǎn)高純有機(jī)硅的方法的流程圖。元件標(biāo)號(hào)說(shuō)明I 生產(chǎn)高純有機(jī)硅的裝置11 第一精餾設(shè)備 111 第一冷凝器112 塔釜113 柱體114 前餾分儲(chǔ)槽115 過(guò)渡餾分儲(chǔ)槽116 中間產(chǎn)品儲(chǔ)槽12 靜態(tài)管道混合器13 預(yù)熱器14 第二精餾設(shè)備141 第二冷凝器142 過(guò)濾單元143 柱體144 回流泵145 降膜蒸發(fā)器15 流量計(jì)SI S2 步驟
具體實(shí)施例方式以下通過(guò)特定的具體實(shí)例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說(shuō)明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過(guò)另外不同的具體實(shí)施方式
加以實(shí)施或應(yīng)用，本說(shuō)明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒(méi)有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。請(qǐng)參閱圖1至圖2。需要說(shuō)明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說(shuō)明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。如圖所示，本發(fā)明提供一種生產(chǎn)高純有機(jī)硅的裝置。該生產(chǎn)高純有機(jī)硅的裝置I作為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法的優(yōu)選裝置，其至少包括:第一精餾設(shè)備11、靜態(tài)管道混合器12、預(yù)熱器13及第二精餾設(shè)備14。所述第一精餾設(shè)備11包含加熱器、第一冷凝器111，主要用于除去有機(jī)硅中的有機(jī)雜質(zhì)和部分金屬雜質(zhì)，經(jīng)純化后，其輸出的有機(jī)硅含量可達(dá)99.99%或更高，以確保后續(xù)精餾步驟能連續(xù)進(jìn)行。其中，所述有機(jī)硅包括但不限于環(huán)聚硅氧烷等。其中，所述加熱器設(shè)置在所述第一精餾設(shè)備11的塔釜112，用于將由所述塔釜112入口輸入的有機(jī)硅加熱轉(zhuǎn)為氣態(tài)；所述第一冷凝器111設(shè)置在所述第一精餾設(shè)備11的柱體113的頂部，用于冷凝經(jīng)過(guò)精餾的氣態(tài)有機(jī)硅。其中，所述第一精餾設(shè)備11包含的柱體113為普通柱體，其材料可以是不銹鋼、普通玻璃、或石英，填料可以是規(guī)整不銹鋼或陶瓷填料，也可以是散堆填料等。優(yōu)選地，所述第一精餾設(shè)備11還包括與所述第一冷凝器111連接的前餾分儲(chǔ)槽114、過(guò)渡餾分儲(chǔ)槽115和中間產(chǎn)品儲(chǔ)槽116。所述靜態(tài)管道混合器12連接所述第一精餾設(shè)備11，用于將所述第一精餾設(shè)備11輸出的經(jīng)過(guò)初步純化的有機(jī)硅與金屬絡(luò)合劑混合。其中，所述金屬絡(luò)合劑包括能與金屬絡(luò)合的化學(xué)劑，優(yōu)選地，包括但不限于:冠醚，例如，15-冠醚-5、18-冠醚-6或15-冠醚-5與18-冠醚-6的混合物等。優(yōu)選地，所述靜態(tài)管道混合器12連接所述中間產(chǎn)品儲(chǔ)槽116，如圖1所示。所述預(yù)熱器13連接所述靜態(tài)管道混合器12，用于將所述靜態(tài)管道混合器12輸出的混合物預(yù)熱后引入所述第二精餾設(shè)備14。所述第二精餾設(shè)備14包含第二冷凝器141及過(guò)濾單元142，用于將所述預(yù)熱器13引入的混合氣再次精餾及過(guò)濾，以輸出高純有機(jī)硅。其中，第二冷凝器141設(shè)置在在所述第二精餾設(shè)備14的柱體143的頂部，用于冷凝經(jīng)過(guò)精餾柱143精餾的氣態(tài)混合物；所述過(guò)濾單元142連接所述第二冷凝器141，用于過(guò)濾冷凝后的有機(jī)硅中的雜質(zhì)。其中，所述第二精餾設(shè)備14包含的柱體143的材料可以是不銹鋼或石英，填料為規(guī)整不銹鋼填料或散堆石英材料，主要為除去體系中金屬離子。優(yōu)選地，所述第二精餾設(shè)備14還包括連接在柱體143底部的回流泵144及連接所述回流泵144的降膜蒸發(fā)器145，由此，與K，Na等絡(luò)合的冠醚等金屬絡(luò)合劑可從塔底降膜蒸發(fā)器145分離連續(xù)排出，實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。優(yōu)選地，所述生產(chǎn)高純有機(jī)硅的裝置I還包括:連接所述中間產(chǎn)品儲(chǔ)槽116與所述靜態(tài)管道混合器12之間的流量計(jì)15，用于計(jì)量所述中間產(chǎn)品儲(chǔ)槽116輸出的有機(jī)硅的量，以便能在所述靜態(tài)管道混合器12加 入相應(yīng)比例的金屬絡(luò)合劑，來(lái)實(shí)現(xiàn)高純有機(jī)硅的生產(chǎn)。
以下將通過(guò)具體實(shí)施例來(lái)詳述高純環(huán)聚硅氧烷的生產(chǎn)過(guò)程:首先，本實(shí)施例所采用前述裝置1，其中，除回流泵外，均采用石英制成，柱體113直徑為50mm，柱高為2m，散堆石英填料填充高度為2m ;柱體143直徑為12.5mm,柱高0.5m，散堆石英填料填充高度為0.25米；裝置I的所有部件均經(jīng)過(guò)5%電子級(jí)硝酸溶液浸泡12小時(shí)，再用超純水浸泡清洗。原料為工業(yè)級(jí)八甲基環(huán)四硅氧烷(純度98.6%)，主要有機(jī)雜質(zhì)為六甲基環(huán)三硅氧燒等，金屬離子總含量5.3ppm。如圖2所示，在步驟SI中，將待提純的有機(jī)硅加熱后進(jìn)行第一次精餾，冷凝后獲得初步提純的有機(jī)娃。例如，將工業(yè)級(jí)八甲基環(huán)四硅氧烷引入塔釜112，保持系統(tǒng)真空度150mmHg，經(jīng)加熱器加熱后工業(yè)級(jí)八甲基環(huán)四硅氧烷汽相進(jìn)入柱體113底部，塔頂汽相輕組分經(jīng)第一冷凝器111冷凝后分別將溫度65 122 ° C餾分接收于前餾分儲(chǔ)槽114和過(guò)渡餾分儲(chǔ)槽115，其他接收于中間產(chǎn)品儲(chǔ)槽116，以供進(jìn)一步去除金屬離子；重組分雜質(zhì)(b)排出做其他處理。此時(shí)，中間產(chǎn)品儲(chǔ)槽116中的八甲基環(huán)四硅氧烷純度99.94%，金屬離子總含量0.84ppm。在步驟S2中，將所述初步提純的有機(jī)硅與預(yù)定比例的金屬絡(luò)合劑混合，并預(yù)熱后進(jìn)行第二次精餾，冷凝過(guò)濾后獲得高純有機(jī)硅。其中，有機(jī)硅與金屬絡(luò)合劑的比例基于初步提純后的有機(jī)硅中金屬含量來(lái)確定，優(yōu)選地，有機(jī)硅與金屬絡(luò)合劑質(zhì)量百分比范圍在500:1 50:1之間。例如，中間產(chǎn)品儲(chǔ)槽116輸出的八甲基環(huán)四硅氧烷(中間產(chǎn)品)經(jīng)流量計(jì)15測(cè)量后，再在靜態(tài)管道混合器12中加入高純冠醚，使冠醚與八甲基環(huán)四硅氧烷的質(zhì)量比為1:200的比例混合并由預(yù)熱器13預(yù)熱后，引入柱體143，柱體143中的操作真空度150mmHg，塔頂汽相化學(xué)物經(jīng)第二冷凝器141冷凝，部分回流至柱體143頂部，部分經(jīng)過(guò)濾單元142后成為高純產(chǎn)品(f)。對(duì)液相高純產(chǎn)品(f)取樣分析，其中，八甲基環(huán)四硅氧烷純度>99.99%，金屬尚子總含量為8.5ppb。優(yōu)選地，塔底液相由回流泵144輸送至降膜蒸發(fā)器145，其中輕組分汽化后進(jìn)入柱體143底部，重組分(d)(主要是冠醚等)排出經(jīng)處理后循環(huán)使用。綜上所述，本發(fā)明的生產(chǎn)高純有機(jī)硅的裝置通過(guò)將第一次精餾后的環(huán)聚硅氧烷與冠醚混合，再經(jīng)過(guò)第二次精餾，由此可以獲得含量>99.99%,金屬雜質(zhì)總量〈lOppb的環(huán)聚硅氧烷體系，解決了因環(huán)聚硅氧烷電負(fù)性特征而與部分金屬離子難于分離的問(wèn)題，使環(huán)聚硅氧烷中的有機(jī)雜質(zhì)及金屬雜質(zhì)含量達(dá)到CMOS級(jí)。同時(shí)，本發(fā)明的裝置中引入管道混合器與降膜蒸發(fā)器相結(jié)合，使金屬離子去除生產(chǎn)環(huán)節(jié)成為連續(xù)過(guò)程，簡(jiǎn)化了過(guò)程添加劑冠醚的回收純化，降低了能耗，易于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。上述實(shí)施例僅例示性說(shuō)明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)高純有機(jī)硅的方法，其特征在于，所述生產(chǎn)高純有機(jī)硅的方法至少包括: 1)將待提純的有機(jī)娃加熱后進(jìn)行第一次精懼，冷凝后獲得初步提純的有機(jī)娃; 2)將所述初步提純的有機(jī)硅與預(yù)定比例的金屬絡(luò)合劑混合，并在預(yù)熱后進(jìn)行第二次精餾，冷凝過(guò)濾后獲得高純有機(jī)硅。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)高純有機(jī)硅的方法，其特征在于還包括:金屬絡(luò)合劑由降膜蒸發(fā)器排出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的生產(chǎn)高純有機(jī)硅的方法，其特征在于:所述金屬絡(luò)合劑包括冠醚。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的生產(chǎn)高純有機(jī)硅的方法，其特征在于:所述冠醚為15-冠醚-5、及18-冠醚-6中的一種或兩者的混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)高純有機(jī)硅的方法，其特征在于:所述有機(jī)硅包括環(huán)聚 硅氧烷。
6.一種生產(chǎn)高純有機(jī)硅的裝置，其特征在于，所述生產(chǎn)高純有機(jī)硅的裝置至少包括: 包含加熱器、第一冷凝器的第一精餾設(shè)備通過(guò)靜態(tài)管道混合器及預(yù)熱器連接包含第二冷凝器及過(guò)濾單元的第二精餾設(shè)備，其中，所述靜態(tài)管道混合器用于將所述第一精餾設(shè)備輸出的有機(jī)娃與金屬絡(luò)合劑混合。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的生產(chǎn)高純有機(jī)硅的裝置，其特征在于:所述第一精餾設(shè)備包括與所述第一冷凝器連接的前餾分儲(chǔ)槽、過(guò)渡餾分儲(chǔ)槽和中間產(chǎn)品儲(chǔ)槽。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的生產(chǎn)高純有機(jī)硅的裝置，其特征在于還包括:連接所述中間產(chǎn)品儲(chǔ)槽與所述靜態(tài)管道混合器之間的流量計(jì)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的生產(chǎn)高純有機(jī)硅的裝置，其特征在于:所述第二精餾設(shè)備包括連接在柱體底部的回流泵及連接所述回流泵的降膜蒸發(fā)器。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的生產(chǎn)高純有機(jī)硅的裝置，其特征在于:所述有機(jī)硅包括環(huán)聚硅氧烷。
全文摘要
本發(fā)明提供一種生產(chǎn)高純有機(jī)硅的方法及裝置。根據(jù)本發(fā)明的方法，先將待提純的有機(jī)硅加熱后進(jìn)行第一次精餾，冷凝后獲得初步提純的有機(jī)硅；隨后再將所述初步提純的有機(jī)硅與預(yù)定比例的金屬絡(luò)合劑混合，并預(yù)熱后進(jìn)行第二次精餾，冷凝過(guò)濾后獲得高純有機(jī)硅。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法的優(yōu)選裝置至少包括包含加熱器、第一冷凝器的第一精餾設(shè)備通過(guò)靜態(tài)管道混合器及預(yù)熱器連接包含第二冷凝器及過(guò)濾單元的第二精餾設(shè)備，其中，所述靜態(tài)管道混合器用于將所述第一精餾設(shè)備輸出的有機(jī)硅與金屬絡(luò)合劑混合，由此可以輸出電子級(jí)高純有機(jī)硅，尤其可以輸出含量>99.99%,金屬雜質(zhì)總量<10ppb的環(huán)聚硅氧烷體系。
文檔編號(hào)C07F7/21GK103113401SQ20131009068
公開日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2013年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月20日
發(fā)明者徐志國(guó), 張黎明, 杜麗萍, 袁京, 王萬(wàn)軍, 姜標(biāo) 申請(qǐng)人:上海中科高等研究院, 上海愛(ài)默金山藥業(yè)有限公司