Procedimiento para el tratamiento de compuestos precursores de catalizadores, poliméricos, funcionalizados con amino.

Procedimiento para el tratamiento de un compuesto precursor de catalizador,

orgánico, polimérico, funcionalizado con amino, que contiene agua, mediando formación de un catalizador, en el que el compuesto precursor de catalizador es tratado por debajo de 200 °C y bajo una depresión, y se obtiene un catalizador con un contenido de agua situado por debajo de 2,5 % en peso, efectuándose el tratamiento en el intervalo de temperaturas comprendidas entre -196°C y 175°C, siendo la depresión de 0,001 mbar a 1012 mbar, y efectuándose el tratamiento en un dispositivo que comprende un recipiente con una disposición para el llenado y eventualmente para el vaciado del dispositivo, y una disposición para la evacuación de unas sustancias líquidas o gaseosas, comprendiendo el dispositivo un aparato secador de paletas, un aparato secador con filtros o un reactor con un mecanismo agitador, con los que se asocian un sistema de vacío, un dispositivo de calentamiento y/o de refrigeración y un sistema de aportación de gases inertes.

Procedimiento para el tratamiento de compuestos precursores de catalizadores, poliméricos, funcionalizados con amino

El invento se refiere a un procedimiento para el tratamiento de un compuesto precursor de catalizador, polimérico, funcionalizado con amino, que contiene mucha cantidad de agua, mediando conservación de su estructura porosa interna y de su forma esférica externa, y con formación de un catalizador, en el que el compuesto precursor del catalizador es tratado a unas temperaturas moderadas y bajo una depresión, y se produce un catalizador con un contenido de agua situado por debajo de 2,5 % en peso. De manera preferida, el procedimiento es un procedimiento a gran escala técnica, en particular integrado en un procedimiento a gran escala técnica destinado a la preparación del diclorosilano, del monoclorosilano, del monosilano o de un silicio purísimo, a partir del monosilano (SiH4).

La reacción de dismutación se ha acreditado como un procedimiento especialmente rentable para la preparación del monosilano (SiH4), del monoclorosilano (CISiHs) y también del diclorosilano (DCS, H2SiCI2) a partir del triclorosilano (TCS, HSÍCI3) mediando formación del producto de acoplamiento tetracloruro de silicio (STC, SiCI4). La reacción de dismutación para la preparación de silanos con un bajo grado de cloración, tales como el monosilano, el monoclorosilano o el diclorosilano a partir de unos silanos clorados con un grado de cloración más alto, por lo general, a partir del triclorosilano, se lleva a cabo en presencia de unos catalizadores, para conseguir el ajuste más rápido del equilibrio químico. En este caso se efectúa un intercambio de átomos de hidrógeno y cloro entre dos moléculas de silanos, por regla general según la ecuación general de reacción (1), en una denominada reacción de dismutación o desproporcionamiento. En este caso pueden adoptar: x los valores de a 3 e y los valores de 1 a 4, con la condición de que el átomo de silicio ha de ser tetravalente.

HxSiCl4-*+HySiCU-y * Hx+iS¡Cl4-*.i+ HjMSiCUyt-i (1)

Es usual realizar el desproporcionamiento del triclorosilano en presencia de unos catalizadores adecuados. La mayoría de los catalizadores que se utilizan son unas aminas secundarias o terciarias o unas sales de amonio cuaternarias.

En el caso del empleo de los catalizadores, es decisiva la evitación de la formación de unos productos secundarios indeseados y de la introducción de impurezas. Esto es tanto más válido cuando a partir de los silanos se tenga que depositar un silicio purísimo. En este caso perturban ya unas impurezas en un contenido situado en el intervalo de desde las ppb (partes por mil millones) hasta las ppt (partes por trillón) (como proporción másica).

Mediante una combinación de varias reacciones consecutivas, se hace posible la preparación del monosilano mediante la dismutación en tres etapas - partiendo del triclorosilano para dar el diclorosilano pasando por el monoclorosilano, y finalmente para dar el monosilano mediando formación del tetracloruro de silicio. La mejor integración posible de la reacción y de la separación de sustancias la ofrece la rectificación con reactivos. La reacción de dismutación es una reacción que está limitada en su grado de conversión por el equilibrio químico, de tal manera que no es necesaria ninguna separación de los productos de reacción con respecto de los eductos (productos de partida) no convertidos químicamente, con el fin de impulsar finalmente hasta la compleción al grado de conversión en el procedimiento global.

Usualmente, unos catalizadores adquiribles comercialmente son sometidos a un tratamiento para la transformación en su forma activa. Esto se puede realizar mediante un gaseo con hidrógeno o una modificación del entorno electrónico de los centros catalíticamente activos, por ejemplo mediante una oxidación o reducción. En el caso de la utilización de unas sustancias que contienen agua como catalizadores para la catálisis de unos compuestos sensibles al agua, para la evitación de la hidrólisis se elimina ventajosamente el agua. También la actividad del catalizador puede resentirse frecuentemente en estos casos por causa del contenido de agua del sistema.

Para realizar la eliminación del agua, que en la mayoría de los casos está unida fuertemente a los catalizadores por medio de la formación de enlaces de puentes de hidrógeno, ella es desplazada usualmente por otros disolventes apróticos polares o próticos polares. Como disolventes pasan a emplearse en la mayoría de los casos unas sustancias orgánicas, tales como unos alcoholes o unas cetonas, que en la mayor parte de los casos tienen que ser eliminadas también de nuevo en las subsiguientes etapas del procedimiento, antes de la utilización del catalizador. Tales procedimientos tienen la desventaja de que ellos tienen muchas etapas de procedimiento y por ello son de larga duración y fastidiosos. En los casos mencionados, resultan además de ello grandes cantidades de unas mezclas de los disolventes y del agua desplazada, que tienen que ser tratadas de un modo complicado y costoso.

El documento de solicitud de patente alemana DE 1 57 521 A1 divulga, como un catalizador para la dismutación, una resina de poliestireno con grupos amino terciarios que está reticulada con divinil-benceno, la cual se prepara mediante la aminometilación directa de un copolímero de estireno y divinilbenceno. Este catalizador es lavado primeramente con un agua muy pura y, después de esto, con metanol, en particular con metanol en ebullición. A continuación, el catalizador es liberado de los restos de metanol mediante un calentamiento, una puesta en vacío o una separación por arrastre que no se especifica más detalladamente.

Fue una misión del presente invento desarrollar un procedimiento alternativo, que sea más ecológico, para la preparación previa de los catalizadores, que evite las desventajas precedentemente mencionadas. De manera especialmente preferida, el catalizador producido de esta manera debe de poderse emplear en unos procedimientos para la dlsmutaclón de halógenosilanos con una pureza elevadislma, en particular sin descomponer ni Impurificar a estos halógenosilanos.

El problema planteado por esta misión se resuelve mediante un procedimiento con las características de la reivindicación 1. Unas formas especialmente preferidas de realización se exponen en las reivindicaciones subordinadas y de una manera detallada en la descripción.

Sorprendentemente se encontró que, de acuerdo con el procedimiento conforme al invento, incluso unos compuestos precursores de catalizadores, poliméricos, orgánicos, funcionalizados con amino, que contienen agua y son porosos, pueden ser tratados para la formación de un catalizador bajo una depresión y en el intervalo de temperaturas situadas por debajo de 2 °C, mejor por debajo de 15 °C, mediando conservación de la estructura y de la actividad catalítica y/o mediando una activación de la actividad catalítica, en particular se obtiene un catalizador que en lo esencial está exento de agua. Mediante el tratamiento conforme al invento, la estructura interna porosa y/o la forma externa de los compuestos precursores permanecen conservadas en el catalizador. La actividad catalítica y el período de tiempo de estabilidad en estado útil, o sea la durabilidad, de los catalizadores que han sido tratados de esta manera se adecúan de un modo sobresaliente para la dismutación de unos halógenosilanos de mayores grados de halogenación a la gran escala técnica.

Por lo general, todos los copolímeros de divinilbenceno y estireno funcionalizados con amino, pueden ser tratados como compuestos precursores de catalizadores según el procedimiento conforme al invento. De manera preferida, unos copolímeros de divinilbenceno y estireno funcionalizados con dialquilamino o respectivamente con dialquilaminometilo, o unos copolímeros de divinilbenceno y estireno funcionalizados con trialquilamonio o respectivamente con trialquilamoniometileno, pueden ser tratados según el procedimiento conforme al invento, con el fin de que ellos sean adecuados como catalizadores de dismutación para halógenosilanos.

Las siguientes fórmulas ilustran de manera idealizada la estructura de los copolímeros de divinilbenceno y estireno funcionalizados, que precedentemente se han mencionado:

alqujl

un copolímero de divinilbenceno y estireno funcionalizado con

dialquilamino,

un copolímero de divinilbenceno y estireno funcionalizado con dialquilaminometileno,

un copolímero de divinilbenceno y estireno funcionalizado con trialquilamonio

IN

/

alquil

alquil

IN

alquil

R'

-----CH2-

alquil I A

1. Procedimiento para el tratamiento de un compuesto precursor de catalizador, orgánico, polimérico, funcionalizado con amino, que contiene agua, mediando formación de un catalizador, en el que el compuesto precursor de catalizador es tratado por debajo de 2 °C y bajo una depresión, y se obtiene un catalizador con un contenido de agua situado por debajo de 2,5 % en peso, efectuándose el tratamiento en el intervalo de temperaturas comprendidas entre -196°C y 175°C, siendo la depresión de ,1 mbar a 112 mbar, y efectuándose el tratamiento en un dispositivo que comprende un recipiente con una disposición para el llenado y eventualmente para el vaciado del dispositivo, y una disposición para la evacuación de unas sustancias líquidas o gaseosas, comprendiendo el dispositivo un aparato secador de paletas, un aparato secador con filtros o un reactor con un mecanismo agitador, con los que se asocian un sistema de vacío, un dispositivo de calentamiento y/o de refrigeración y un sistema de aportación de gases inertes.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque

el compuesto precursor de catalizador, que contiene agua, es tratado con un gas o con una mezcla de gases que se ha secado, bajo una depresión.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque

el compuesto precursor de catalizador está esencialmente exento de disolventes.

4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 hasta 3, caracterizado por que

el tratamiento del compuesto precursor de catalizador se efectúa bajo una depresión y la ruptura del vacío se efectúa mediante un gas inerte, aire o una mezcla de éstos.

5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 hasta 4, caracterizado por que

el compuesto precursor de catalizador, el catalizador o la mezcla de ambos se pone en movimiento al realizar el tratamiento.

6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 hasta 5, caracterizado por que

el catalizador se produce mediante el tratamiento de un compuesto precursor de catalizador, funcionalizado con amino, poroso, que contiene agua, el cual comprende un copolímero de divinilbenceno y estireno funcionalizado con amino terciario o un copolímero de divinilbenceno y estireno funcionalizado con amonio cuaternario.

7. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 hasta 6, caracterizado por que

el catalizador se produce a partir del compuesto precursor de catalizador, que contiene agua, en lo esencial mediando conservación de la estructura interna y/o externa.

8. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 hasta 7, caracterizado por que

él comprende las etapas de

1) lavado de un catalizador en bruto con agua para la formación del compuesto precursor de catalizador,

2) tratamiento del compuesto precursor de catalizador bajo una depresión y a una temperatura elevada situada por debajo de 2 °C, y eventualmente

3) ruptura del vacío mediante un gas inerte.

9. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 hasta 8, caracterizado por que

el catalizador es adecuado para la dismutación de HSiCI3, H2SÍCI2, H3SÍCI o de unas mezclas que contienen por lo menos dos de estos compuestos.

1. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 hasta 9, caracterizado por que

el recipiente está asociado con un dispositivo de calentamiento y/o de refrigeración.

11. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 hasta 1, caracterizado por que

el dispositivo es apropiado para un funcionamiento a una sobrepresión (> 1.13 mbar), a la presión normal y a una depresión.

12. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 o 11, caracterizado por que

con el recipiente está asociado un dispositivo agitador y/o el recipiente es capaz de girar.