Proces bezpośredni - Direct process
Bezpośredni proces , zwany również bezpośrednią syntezę , proces Rochow i proces Muller-Rochow jest najczęściej technika wytwarzania krzemoorganicznych związków na skalę przemysłową. Po raz pierwszy opisali go niezależnie Eugene G. Rochow i Richard Müller w latach czterdziestych XX wieku.
Proces obejmuje katalizowane miedzią reakcje halogenków alkilu z pierwiastkowym krzemem, które zachodzą w reaktorze ze złożem fluidalnym . Chociaż teoretycznie możliwe z każdej halogenku, najlepsze wyniki pod względem selektywności i wydajności wystąpić chlorometan (CH 3 Cl). Typowe warunki to 300 ° C i 2–5 barów. Warunki te pozwalają na konwersję 90–98% krzemu i 30–90% chlorometanu. W tym procesie rocznie wytwarza się około 1,4 mln ton dimetylodichlorosilanu (Me 2 SiCl 2 ).
Niewiele firm faktycznie prowadzi proces rochowski ze względu na złożoną technologię i wysokie wymagania kapitałowe. Ponieważ krzem jest kruszony przed reakcją w złożu fluidalnym , firmy stosujące tę technologię nazywane są kruszarkami krzemu .
Reakcja i mechanizm
Odpowiednie reakcje to (Me = CH 3 ):
- x MeCl + Si → Me 3 SiCl, Me 2 SiCl 2 , MeSiCl 3 , Me 4 Si 2 Cl 2 ,…
Szczególnie cenny jest dimetylodichlorosilan (Me 2 SiCl 2 ) (prekursor silikonów ), ale cenny jest również chlorek trimetylosililu (Me 3 SiCl) i metylotrichlorosilan (MeSiCl 3 ).
Pomimo wielu badań mechanizm tego bezpośredniego procesu nadal nie jest dobrze poznany. Miedź odgrywa ważną rolę. Miedź i krzem tworzą związki międzymetaliczne o przybliżonym składzie Cu 3 Si. Ten związek pośredni ułatwia tworzenie wiązań Si-Cl i Si-Me. Sugeruje się, że bliskość Si-Cl do „adduktu” miedziowo-chlorometanowego pozwala na tworzenie jednostek Me-SiCl. Przeniesienie drugiego chlorometanu pozwala na uwolnienie Me 2 SiCl 2 . W ten sposób miedź jest utleniana ze stanu utlenienia zerowego, a następnie redukowana w celu regeneracji katalizatora.
Reakcję łańcuchową można zakończyć na wiele sposobów. Te procesy terminacji powodują powstanie innych produktów, które są widoczne w reakcji. Na przykład połączenie dwóch grup SiCU daje SiCU 2 grupy, które ulegają Cu katalizowanej reakcji z MeCh dać MeSiCl 3 .
Oprócz miedzi katalizator zawiera optymalnie metale promotorowe, które ułatwiają reakcję. Wśród wielu metali promotorowych wymieniono cynk, cynę, antymon, magnez, wapń, bizmut, arsen i kadm.
Dystrybucja i izolacja produktów
Głównym produktem procesu bezpośredniego powinien być dichlorodimetylosilan, Me 2 SiCl 2 . Jednak powstaje wiele innych produktów. W przeciwieństwie do większości reakcji, ten rozkład jest faktycznie pożądany, ponieważ wyodrębnianie produktu jest bardzo wydajne. Każdy metylochlorosilan ma określone i często istotne zastosowania. Me 2 SiCl 2 jest najbardziej przydatne. Jest prekursorem większości wyrobów silikonowych wytwarzanych na skalę przemysłową. Pozostałe produkty znajdują zastosowanie przy wytwarzaniu polimerów siloksanowych oraz do zastosowań specjalistycznych.
Zgodnie z oczekiwaniami głównym produktem reakcji jest dichlorodimetylosilan, otrzymywany z wydajnością około 70–90%. Kolejnym najbardziej rozpowszechnionym produktem jest metylotrichlorosilan (MeSiCl 3 ), stanowiący 5–15% całości. Inne produkty to Me 3 SiCl (2–4%), MeHSiCl 2 (1–4%) i Me 2 HSiCl (0,1–0,5%).
Me 2 SiCl 2 oczyszcza się przez destylację frakcjonowaną . Chociaż temperatury wrzenia różnych chlorometylosilanów są podobne (Me 2 SiCl 2 : 70 ° C, MeSiCl 3 : 66 ° C, Me 3 SiCl: 57 ° C, MeHSiCl 2 : 41 ° C, Me 2 HSiCl: 35 ° C) destylacja wykorzystuje kolumny o dużej wydajności separacji, połączone szeregowo. Czystość produktów ma zasadniczy wpływ na produkcję polimerów siloksanowych, w przeciwnym razie dochodzi do rozgałęzień łańcuchów.
