提純矽氧烷的方法
2023-10-06 10:56:34 1
專利名稱：提純矽氧烷的方法
發明的領域本發明要求申請日為1997年4月18日的美國專利申請60/044687的優先權，該專利申請的內容參考結合於本發明中。
本發明涉及一種提純矽氧烷化合物的方法，具體是涉及一種製備用於製造二氧化矽玻璃的經提純矽氧烷原料的方法。
發明的背景由含矽反應劑製造二氧化矽玻璃的工藝有許多種。這些工藝包括含矽原料以及將該原料運送至轉化段將該原料轉化成二氧化矽的方法。用於該工藝的設備通常包括液態原料儲存器、將所述液態原料轉化成蒸汽並將該汽化的原料運送至燃燒器的裝置，在所述燃燒器中原料通過火焰水解(flame hydrolysis)轉化成二氧化矽菸灰。然後將該燃燒器得到的二氧化矽菸灰收集在一個沉積表面上。該收集到的二氧化矽可以同時或隨後進行熱處理以形成熔融的無孔透明高純度的二氧化矽玻璃製品，它特別適用於光學用途。
歷史上曾用四氯化矽作為轉化成二氧化矽的含矽主原料，它的缺點在於產生的HCl副產物對環境有害。可以用不含滷化物的含矽原料(如矽氧烷)代替四氯化矽作為原料用於形成二氧化矽。授予Dobbins等人的美國專利No.5,043,002揭示了矽氧烷原料的使用，該專利的內容結合參考於本發明中。授予Dobbins等人的美國專利5,043,002揭示了在製造二氧化矽玻璃時使用聚烷基矽氧烷作為含矽原料的益處，所述聚烷基矽氧烷如聚甲基矽氧烷，尤其較好的是將聚甲基環矽氧烷與八甲基環四矽氧烷結合使用。
已經發現，在製造二氧化矽玻璃時使用這些矽氧烷原料(尤其是八甲基環四矽氧烷)會產生問題，這是因為矽氧烷易於聚合併形成較高分子量的矽氧烷，而這些矽氧烷在製造二氧化矽玻璃的工藝條件和環境下會形成聚合物沉積物(如凝膠)。矽氧烷原料會形成麻煩的聚合物，它會在用於二氧化矽玻璃製造工藝的汽化、運送和轉化設備中沉積。矽氧烷原料的這一聚合由於阻塞和限制了原料流動而會在儲存、汽化、運送和轉化過程中產生製造困難。這些沉積物會在控制、監控和計量用於二氧化矽玻璃製造工藝的矽氧烷原料的量和流量方面產生很大的問題，而且從燃燒器中噴出的凝膠球會產生不均勻性，這會在二氧化矽玻璃中產生缺陷。
Henderson和Powers的美國專利申請No.08/574,961中揭示了一種提純聚烷基矽氧烷的方法，它用蒸餾除去沸點高於250℃的雜質以避免將經提純的聚烷基矽氧烷用作二氧化矽製造工藝的矽氧烷原料時會產生聚合物沉積和形成凝膠的問題。所述專利申請參考結合於本發明中。
發明的概述因此，本發明是一種製備高純度聚烷基矽氧烷的方法，所述聚烷基矽氧烷基本上克服了已有技術的限制和缺陷所造成的一個或多個問題。
本發明的其它特點和優點將在下文的說明中指出，另一部分特點和優點可以從本說明書或者由實踐本發明可以得知。本發明的目的和其它優點可以通過說明書和權利要求書中具體指出的方法、設備和結合來實現和獲得。
如具體說明和概述中所述，為了實現本發明的種種優點和目的，本發明包括一種製備高純度的非極性聚烷基矽氧烷的方法。該方法包括準備精製的聚烷基矽氧烷原料的步驟，所述原料含有極性雜質，包含大於95％(重量)的非極性聚烷基矽氧烷，該非極性的聚烷基矽氧烷是本發明的聚烷基矽氧烷目標產物。該方法還包括從原料中提取極性雜質以製得高純度、非極性的聚烷基矽氧烷產物的步驟。
本發明的另一方面包括一種製備抑制聚合物沉積的矽氧烷原料的方法，它能阻止聚合物的形成，並且沒有形成聚合物沉積物的傾向。該方法包括如下步驟準備一種含有形成聚合物沉積的雜質的初始矽氧烷原料，然後從初始矽氧烷原料中固相提取形成聚合物沉積的雜質，製得抑制聚合物沉積的矽氧烷原料。
應該理解，以上概述和下文的詳細描述是用來示例和說明的，並能得到如權利要求書的對本發明的進一步解釋。
附圖的提供是為了進一步理解本發明，附圖構成本說明書、說明性實施方案、本發明以及用來解釋本發明原理的說明的各方面的一部分。
附圖的簡要說明
圖1是非揮發性雜質的總量對於根據本發明所述方法加工的矽氧烷流體的體積所作的圖。
圖2是非揮發性矽氧烷雜質的總量對於根據本發明所述方法加工的矽氧烷流體的體積所作的圖。
圖3是本發明設定的方法和設備的示意圖。
圖4是揭示根據本發明所述方法從矽氧烷中提取極性雜質的HPLC色譜圖。
圖5揭示了根據本發明所述方法用於矽氧烷HPLC分析的梯度洗脫程序。
圖6是非揮發性雜質的總量對於本發明所述的固相提取操作中經過時間所作的圖。
發明的詳細說明本發明提供了一種製備經提純的非極性聚烷基矽氧烷的方便有效且經濟的方法。參考本發明的較佳實施方案進行詳細說明。本發明的這一製備經提純的非極性聚烷基矽氧烷的方法包括準備一種精製的聚烷基矽氧烷原料的步驟。對該聚烷基矽氧烷原料進行精製以使得大於95％(重量)的原料是非極性的聚烷基矽氧烷，即本發明要得到的目標產物。這大於95％的聚烷基矽氧烷原料包括不希望有和會產生問題的極性雜質。
本發明的方法還包括從聚烷基矽氧烷原料中提取這些極性雜質以製得高純度、非極性的聚烷基矽氧烷產物的步驟。這一提取極性雜質的步驟包括固相提取所述極性雜質。在固相提取中，使用固體吸收層從液態聚烷基矽氧烷原料中除去極性雜質。固相提取極性雜質包括有選擇性地從液態原料中將極性雜質吸收入固體吸收層中。固相提取極性雜質的較佳方法是使原料與矽膠吸收層接觸。
高純度、非極性的聚烷基矽氧烷是本發明的目標產物，較好的是準備一種包含大於98％(重量)的非極性聚烷基矽氧烷的原料，更好的是大於99％(重量)。
本發明較佳的非極性聚烷基矽氧烷是環狀聚烷基矽氧烷，更好的是環狀聚甲基矽氧烷。本發明最好的聚烷基矽氧烷是八甲基環四矽氧烷。
本發明還包括準備一種非揮發性雜質(包括極性雜質)總量大於70ppm的精製的揮發性聚烷基矽氧烷原料，固相提取足夠量的極性雜質，製得揮發性、高純度、非極性的聚烷基矽氧烷產物，它所含的非揮發性雜質總量低於30ppm，較好是低於10ppm，最好是低於1ppm。測量非揮發性雜質總濃度的較佳方法是使用蒸髮式光散射檢測儀(ELSD)，如購自Alltech Associates Inc.of Deerfield，Illinois的Alltech Varex MKIII牌號的ELSD以及Alltech 426 HPLC牌號的泵和Alltech 570牌號的自動取樣機。將待測非揮發性雜質總量的聚烷基矽氧烷樣品用壓縮氣體(如氮氣)噴霧，使經噴霧的樣品經過檢測儀，該檢測儀與泵相連。配備雷射光源的光散射檢測儀的漂移管保持在約65-85℃，較好約為75℃。檢測由經噴霧樣品中的顆粒引起散射的雷射，產生並檢出了與光強度成正比的模擬信號。檢測儀的響應是可以用圖象記錄器或色譜積分儀顯示的峰。可以用峰高或峰面積來量化該響應。較好的是進行面積積分，峰下面的面積與聚烷基矽氧烷樣品中所含的非揮發性雜質總濃度近似呈正比。雜質的非揮發性特徵是以比較本發明方法的目標產物聚烷基矽氧烷的揮發性來度量的。例如，可以標定ELSD以使目標產物聚烷基矽氧烷(如八甲基環四矽氧烷)的揮發性不產生信號。聚烷基矽氧烷樣品中測得的非揮發性雜質總量的百分數是可以通過固相提取的極性雜質的百分數。測量的全部非揮發性雜質的大多數是高分子量的矽氧烷雜質。
本發明提純矽氧烷的方法特別適合於製備抑制聚合物沉積的矽氧烷原料。用本發明方法得到的矽氧烷原料特別適用於製造二氧化矽玻璃。將矽氧烷原料用於製造二氧化矽玻璃產品(如熔凝二氧化矽玻璃和光波導管)會產生與矽氧烷易於聚合和形成包含較高分子量物質的沉積物有關的問題。這些由矽氧烷形成的聚合物沉積物會在製造二氧化矽玻璃的過程(尤其是在矽氧烷原料運送和轉化步驟)中產生製造、維護和有關的阻塞問題。本發明包括一種製備抑制聚合物沉積的矽氧烷原料的方法以及由此製得的抑制聚合物沉積的矽氧烷原料產物。
製備抑制聚合物沉積的矽氧烷原料的方法包括以下步驟準備一種含有形成聚合物沉積的雜質的初始矽氧烷原料，從所述初始矽氧烷原料中固相提取形成聚合物沉積的雜質，製得抑制聚合物沉積的矽氧烷原料。從初始原料中固相提取形成聚合物沉積的雜質是通過使液態的初始矽氧烷原料與矽膠吸收劑接觸來完成的，所述矽膠吸收劑能有選擇性地從液態矽氧烷原料中提取形成聚合物沉積的雜質。
較好的是，含有形成聚合物沉積的雜質的初始矽氧烷原料包含至少99％(重量)的矽氧烷。
該方法在從非極性矽氧烷原料中除去極性的形成聚合物沉積的雜質方面是特別有利的。較好的是通過與極性吸收層材料(如矽膠)接觸以除去以矽烷醇為端基的矽氧烷(它是具有羥基端基的形成聚合物沉積的雜質)。
這一製備抑制聚合物沉積的矽氧烷原料的方法在製造和製備二氧化矽玻璃中是非常有用的，它還可以包括汽化抑制聚合物沉積的矽氧烷原料以形成原料蒸汽，將該原料蒸汽運送到轉化段(如火焰水解燃燒器)，於此該原料轉化成SiO2菸灰，該菸灰沉積並固結，形成二氧化矽玻璃製品，如光波導預成型體和光纖。
當市售的聚烷基矽氧烷組合物，如GE Silicones SF1173牌號的聚矽氧烷流體和DOW CORNING244流體用作二氧化矽玻璃製造工藝中的矽氧烷原料時，往往會形成麻煩的聚合物沉積物，這些沉積物會阻止和妨礙二氧化矽玻璃製造工藝。此外還發現，按照Henderson和Powers的美國專利申請No.08/574,961製得的經提純的聚烷基矽氧烷產物仍然會在二氧化矽玻璃製造過程中形成麻煩的聚合物沉積物。還發現，上述精製的初始聚烷基矽氧烷原料含有導致聚合物沉積物形成的極性雜質，這些極性雜質可以通過固相提取有效地從原料中除去，較好的是使用矽膠吸收層。這些初始矽氧烷原料在其精製狀態下仍然含有導致麻煩的聚合物沉積物形成的雜質。這些矽氧烷原料所含的極性雜質的沸點與矽氧烷目標產物的沸點接近，這使得特別難以通過蒸餾方法除去這些雜質，因為蒸餾方法依賴於目標產物和不希望有的雜質之間的沸點差。
已發現，基於這一難以蒸餾的形成聚合物沉積的雜質與目標產物矽氧烷原料分子之間的極性差別來提取該雜質是有利的。與極性的形成聚合物沉積的雜質分子(如羥基封端的矽氧烷分子)相比，目標產物聚烷基矽氧烷原料分子(如八甲基環四矽氧烷)是非極性的。
沸點如此接近目標產物的雜質會在二氧化矽製造工藝中導致形成聚合物沉積的問題是令人驚奇且出乎意料的，因為雜質的沸點和汽化特性非常接近於目標產物聚烷基矽氧烷原料的沸點和汽化特性。這些極性雜質以足夠小的濃度(相對於蒸汽壓力)存在於經蒸餾和精製的聚烷基矽氧烷初始組合物中，它們應該能夠用於二氧化矽製造工藝中，因為它們會在目標產物聚烷基矽氧烷原料的沸點的很小几度範圍內汽化。這些雜質應該不會再冷凝而形成麻煩的聚合物沉積物，因為它們是以低濃度存在的，它們的露點與在整個二氧化矽製造工藝中以高濃度存在的目標產物聚烷基矽氧烷原料的露點大致相同。但是，這些雜質(尤其是極性雜質)導致了在二氧化矽玻璃製造工藝中形成聚合物沉積物。這是因為它們在被運送至會將其轉化成二氧化矽菸灰的轉化段燃燒器火焰之前就經歷了化學反應，形成了麻煩的聚合物沉積物。這些極性雜質(尤其是羥基封端的分子)經歷了與其本身或其它分子的化學反應，形成沉積在二氧化矽製造工藝構件中的聚合物。在二氧化矽玻璃製造工藝中，這些雜質會形成聚合物沉積物，這些沉積物在汽化器中由於其通道尺寸大而通常不會產生嚴重的問題，但是它們在蒸汽運送體系(如燃燒器的蒸汽運送管)的小直徑管道和通道中就會非常麻煩，導致流動不均勻，澱積形成不均勻的二氧化矽玻璃菸灰預成型體。Cain、Powers等人的美國專利No.5,599,371中揭示了一種精密的燃燒器，當該燃燒器中形成聚合物沉積物時需要中斷二氧化矽製造工藝以使麻煩的聚合物沉積物能夠被除去。該專利的內容參考結合於本發明中。
實施例1使包含至少96％(重量)八甲基環四矽氧烷的DOW CORNING244八甲基環四矽氧烷流體流經數個供選擇的固體吸收層，以確定哪一個固體吸收層對於通過固相提取來提純矽氧烷原料是最有效的。使DOW CORNING244八甲基環四矽氧烷流體的樣品流經300毫克的Maxi-CleanTM筒(購自Alltech Associates Inc.ofDeerfield，Illinois)。矽膠筒(cartridges)(Alltech Associates Inc.產品目錄號20986)提取了存在於流體中的非揮發性雜質總量的89％。DiOL筒(Alltech AssociatesInc.產品目錄號210080)提取了存在於流體中的非揮發性雜質總量的86％。Cyano筒(CN Alltech Associates Inc.產品目錄號210030)提取了存在於流體中的非揮發性雜質總量的82％。C18筒(Alltech Associates Inc.產品目錄號20938)提取了存在於流體中的非揮發性雜質總量的63％。氧化鋁筒(Al2O3AlltechAssociates Inc.產品目錄號210095)提取了存在於流體中的非揮發性雜質總量的62％。
基於這一比較，矽膠是較佳的固相提取吸收層。在從液體中固相提取雜質的過程中，矽膠吸收了與其接觸的液體中的極性分子。矽膠吸收層具有巨大的互相連接的微孔網，其表面通過物理吸收和毛細凝聚作用來吸收和容納極性分子。矽膠對於極性分子的吸收能力是最強的，極性較強的分子往往會取代極性較弱的分子。已經發現，矽膠能夠有效地從非極性聚烷基矽氧烷中除去極性雜質，它是較佳的固相提取吸收層。
實施例2測得矽膠吸收層從精製的聚烷基矽氧烷中除去極性雜質的能力大約是1克矽膠能夠有效地提純1升精製的聚烷基矽氧烷。DOW CORNING244八甲基環四矽氧烷與300毫克Maxi-CleanTM矽膠筒接觸，而測量流出的八甲基環四矽氧烷的純度和累積體積，結果見圖1。隨著被矽膠吸收的極性雜質量的增加，矽膠對於雜質的除去就變得不那麼有效了。如果臨界點定義為當流出雜質濃度為初始雜質濃度的一半時，那麼矽膠的臨界點能力是300毫克矽膠提純300毫升(升/克)。DOW CORNING244樣品在與矽膠接觸之前全部非揮發性雜質的初始濃度為75.9ppm(重量)。
實施例3按照表1從DOW CORNING244八甲基環四矽氧烷液體中固相提取極性、非揮發性的雜質，其大部分是高分子量的矽氧烷雜質。
表1矽膠吸收層 所用的液體流量 進料液體的非揮發流出液體的非揮發性雜質總量(重量)性雜質總量(重量)4.5克 4克/分鐘 81ppm64-80ppm等級408Davisil(牌號)12/28目的粒度4.3克 2克/分鐘 78ppm13.7-71ppmAlltech牌號#565040/60目的粒度2克 1.65-3克/分鐘 75.4ppm 7-27ppmAlltech牌號#1457250-400微米的粒度150埃的孔徑大小2克 0.65-3.75克/分鐘 74ppm6.7-22ppmAlltech牌號#1415250-400微米的粒度60埃的孔徑大小這表明，小粒度的矽膠比較大粒度的矽膠能更有效地從矽氧烷原料中除去極性雜質。粒度為250-400微米的矽膠的有效性大致相當於實施例1和2中所用的矽膠粒度在10-100微米範圍內的Maxi-CleanTM矽膠筒。
這還表明，在250-400微米範圍內的較小粒度對於增加流量是較好的，因為粒度的降低使得矽膠顆粒之間和內部的吸收通道減少，能得到高的通量率。
實施例4將孔徑大小為150埃、粒度為250-400微米的Alltech牌號#1457矽膠800克放入2250毫升的Mathseon氣體取樣筒中，在筒的入口和出口處放置5釐米厚的兩層直徑為4毫米的玻璃珠，以使矽氧烷液體更加容易地在錐形的入口和出口處流動，如此形成一個固相提取柱，如圖3中的矽膠柱30。使總量約為108升的DOW CORNING244八甲基環四矽氧烷(所含非揮發性雜質的初始總濃度為75ppm(重量))流經該矽膠層。圖2示出了這一固相提取的結果，累積體積在X軸，非揮發性雜質的總濃度在Y軸，單位是ppm。矽氧烷液體最初的流量在243-258克/分鐘的範圍內，在累積體積約為35升之後該流量值降至121-140克/分鐘的範圍，接著在累積體積約為61升之後該流量值降至63-80克/分鐘。這一固相提取體系具有足夠的大小來以超過250克/分鐘的流量有效地除去極性、非揮發性的雜質，其中包括高分子量的矽氧烷雜質，該體系的容量能夠從超過100升的精製聚烷基矽氧烷原料中除去極性雜質，製得高純度、非極性的聚烷基矽氧烷產物。
實施例5美國專利申請No.08/574,961(參考結合於本發明中)所述的經提純的聚烷基矽氧烷組合物中的精製聚烷基矽氧烷原料含有至少99.5％(重量)的八甲基環四矽氧烷，含有總濃度小於約2ppm的大氣條件下沸點高於約250℃的雜質，並含有一些分子量低於約250克/摩爾的雜質。使用矽膠從所述原料中固相提取出極性雜質，製得抑制聚合物澱積、形成二氧化矽的原料。將該八甲基環四矽氧烷液體根據美國專利申請No.08/574,961進行蒸餾和精製，以使其沸點高於約250℃的高沸點雜質的含量最小化。通過蒸餾除去了其中沸點高於約250℃的雜質的該精製的八甲基環四矽氧烷液體被發現在二氧化矽玻璃製造工藝中形成了麻煩的聚合物沉積物，尤其是在高生產量的光纖預成型車床中，儘管其形成聚合物沉積物的程度比用來形成二氧化矽的DOW CORNING244八甲基環四矽氧烷原料要低。將粒度為250-400微米、孔徑大小為150埃的Alltech Associates Inc.646系列牌號的矽膠(Alltech Assocaites Inc.產品目錄號1457)用作矽膠吸收層。
圖3是所用的矽膠固相提取體系的示意圖。精製的聚烷基矽氧烷原料的容器20用來儲存八甲基環四矽氧烷液態初始矽氧烷原料，該原料含有形成聚合物沉積的雜質。容器20通過液體管道與可控制矽氧烷原料的流量泵22相連。閥24控制流經體系的氣體和矽氧烷液體的量。泵22將初始矽氧烷原料經過管道運送至氣阱28和過濾器26。初始矽氧烷原料由過濾器26經由管道流至固相提取矽膠吸收層柱30。氣阱28包含閥24和立式流體保持柱25，用來防止氣泡到達矽膠柱30。過濾器26是90微米的過濾器，它在初始矽氧烷原料到達矽膠柱30之前對其進行過濾，並將矽膠保持在柱中。矽膠柱30包含具有半球頂和半球底的玻璃筒狀容器。直徑為3-5毫米的玻璃珠32填充在矽膠柱30的半球頂和半球底中，以使得矽氧烷原料能均勻地分布在矽膠吸收層34中。
矽膠吸收層34通過將約0.9千克的矽膠顆粒填充入柱30中而形成。在矽氧烷原料與矽膠層34接觸之前，通過將矽膠柱30加熱至約270-295℃對其進行活化，以除去吸收的水並提高矽膠柱從矽氧烷原料中提取極性雜質的能力。
在使用中，初始矽氧烷原料液體流經柱30，柱30從液體原料中提取極性、形成聚合物沉積的雜質，製得高純度、非極性且抑制聚合物沉積的矽氧烷原料產物，將該產物通過液體管道運送至聚烷基矽氧烷產物儲存容器36中。顆粒過濾器38捕獲從柱30中漏出的顆粒並將其留在該過濾器中。
真空泵40用來使初始矽氧烷原料保持在矽膠柱30中，並從固相提取體系中吹掃和除去氣體和氣泡，以提高液體的流動並確保液體和固體吸收層之間的有效接觸。脫氣室42協助真空泵從矽膠柱和整個體系中除去不希望有的氣體。
容器20由兩個順序使用的55加侖的圓筒組成，它提供了約110加侖的八甲基環四矽氧烷液體原料。使用該矽膠固相提取體系在該原料中提取極性雜質。將已經提取出極性雜質的高純度、非極性的八甲基環四矽氧烷原料產物收集在容器36中，該容器由兩個順序填充的55加侖的圓筒組成。
這一固相提取的結果示於圖4的色譜圖中。色譜圖52是八甲基環四矽氧烷液體原料樣品的色譜。色譜圖54是在2加侖原料被固相提取之後取樣的高純度、非極性的八甲基環四矽氧烷原料產物樣品的色譜。色譜圖56是在55加侖原料被固相提取之後取樣的高純度、非極性的八甲基環四矽氧烷原料產物樣品的色譜。色譜圖58是在110加侖原料被固相提取之後取樣的高純度、非極性的八甲基環四矽氧烷原料產物樣品的色譜。圖4的色譜圖是4升每種樣品中所提取的丙酮級分的色譜。使用鹼失活(Base Deactivated)C-18，3μm，3.0×150mm柱和0.75毫升/分鐘的流量，用HPLC(高效液相色譜法)分析，得到圖4的色譜圖。按照圖5使用溶液A(90∶10，丙酮∶水)和溶液B(100％丙酮)進行梯度洗脫。在原料中存在高極性的雜質，如HPLC色譜52中高峰62所示。而HPLC色譜54、56和58中分別示出的較低峰64、66和68表明，這些極性雜質被該固相提取工藝清除了。
對各HPLC色譜的比較表明，固相提取能夠從非揮發性雜質總含量非常低(約1ppm)的精製聚烷基矽氧烷原料中除去極性雜質，對這些精製聚烷基矽氧烷原料進行的固相提取可以除去原料中所存在極性雜質的至少50％，較好的是除去原料中所存在極性雜質的至少80％，更好的是除去原料中所存在極性雜質的至少90％，最好的是除去原料中所存在的基本上所有(至少99％)的極性雜質。
將用該固相提取得到的第一個55加侖的高純度、非極性的八甲基環四矽氧烷產物用作二氧化矽製造工藝中的抑制聚合物沉積的矽氧烷，用來製備光纖所用的二氧化矽玻璃預成型體。汽化該高純度、非極性的八甲基環四矽氧烷原料，然後將其運送至轉化段的高生產量光纖預成型車床的燃燒器中，於此該原料蒸汽通過火焰水解轉化成二氧化矽菸灰，該菸灰沉積形成預成型體。該固相提取的八甲基環四矽氧烷原料預成型優良，沒有形成聚合物沉積的問題，而與之相比，先前使用的未經固相提取的精製聚烷基矽氧烷原料預成型不佳，並且形成麻煩的聚合物沉積物，尤其是在蒸汽運送體系、燃燒器煙道管和燃燒器孔口處。
該固相提取體系提供了方便且經濟的方法以得到抑制聚合物沉積的矽氧烷原料用於轉化成二氧化矽玻璃產物，尤其是與昂貴且複雜的蒸餾方法相比時更是如此。
實施例6使用裝有Biotage，Inc.預填充的KP-SIL牌號的矽膠筒(部件#FKO-1107-19073)的Biotage，Inc.(Charlottesville，VA)的Flash 75L牌號的徑向壓縮模件(筒外殼，部件#SF-002-19071)，從實施例5所用的55加侖的精製聚烷基矽氧烷八甲基環四矽氧烷原料中提取出極性、非揮發性的雜質。該二氧化矽層是總填充量為800克，其粒度範圍是32-63微米，孔徑大小為60埃，表面積為500-550米2/克的二氧化矽。
製備如下進行用7升HPLC級己烷以在26-120毫升/分鐘之間變化的流量衝洗矽膠筒，再用8升HPLC級丙酮以75毫升/分鐘的流量進行衝洗，然後用8升己烷以75毫升/分鐘的流量進行最後的衝洗。然後泵壓1升八甲基環四矽氧烷流經該矽膠筒，將己烷從矽膠層中衝洗出去。從八甲基環四矽氧烷原料(稍後測得其非揮發性雜質總量為0.62ppm(重量))中取樣初始樣品。將泵設定為以250毫升/分鐘的流量運送八甲基環四矽氧烷原料，如此開始固相提取過程。矽膠筒的柱背壓為70psig。表3和圖6示出了對於每種樣品，八甲基環四矽氧烷固相提取產物的20毫升樣品的取樣時間和稍後測得的非揮發性雜質的總含量。
表3時間(hhmm) 0000 0010 0015 0047 0256 0620 1150 1250非揮發性雜質的總含量(重量)(ppm) 0.520.500.550.520.550.510.540.56這表明，通過用固相提取方法提取出極性物質使得非揮發性雜質的總含量降低大約13％，這一對非揮發性雜質總含量高於.56ppm(重量)(約為.62ppm)的精製聚烷基矽氧烷原料的加工能夠使非揮發性雜質的總含量降低至低於.56ppm。在對55加侖八甲基環四矽氧烷原料流體進行提取之後，用8升己烷、接著用8升丙酮以75毫升/分鐘的流量衝洗矽膠筒。兩種級分都旋轉汽化降至約30毫升。丙酮級分的顏色為暗黃色。
實施本發明時，矽膠的粒度較好約為10微米至5毫米，更好約為25微米至250微米，最好約為40微米至100微米。矽膠的孔徑大小較好約為40-300埃，更好約為60-200埃。二氧化矽層的質量與矽氧烷加工體積的比值較好約為1克/100升，更好約為1克/10升，最好約為1毫克/毫升(1克/1升)。固相提取所用的流量較好的是每1升層體積為2500毫升/分鐘，更好的是每1升層體積為250毫升/分鐘(4分鐘的接觸時間)。
本領域技術人員顯而易見，在不偏離本發明的精神或範圍的情況下可以對本發明作出各種改動和變化。因此應該理解，只要這些對本發明的改動和變化在所附權利要求書及其等同表述的範圍內，本發明就覆蓋這些改動和變化。
權利要求
1.一種製備高純度、非極性的聚烷基矽氧烷的方法，包括準備一種精製的聚烷基矽氧烷原料，所述原料包含至少96％(重量)的非極性聚烷基矽氧烷，它還包含極性雜質；從所述原料中提取所述極性雜質，製得高純度、非極性的聚烷基矽氧烷產物。
2.如權利要求1所述的方法，其中所述提取所述極性雜質包括固相提取所述極性雜質。
3.如權利要求1所述的方法，其中所述提取所述極性雜質包括使所述原料與矽膠吸收層接觸。
4.如權利要求1所述的方法，其中準備一種精製的聚烷基矽氧烷原料還包括準備一種至少含98％(重量)非極性聚烷基矽氧烷的精製的聚烷基矽氧烷原料。
5.如權利要求1所述的方法，其中準備一種精製的聚烷基矽氧烷原料還包括準備一種至少含99％(重量)非極性聚烷基矽氧烷的精製的聚烷基矽氧烷原料。
6.如權利要求1所述的方法，其中準備一種精製的聚烷基矽氧烷原料還包括準備一種包含所述極性雜質的非揮發性雜質的總濃度高於70ppm(重量)的精製的揮發性聚烷基矽氧烷原料，提取所述極性雜質，製得揮發性、高純度、非極性的聚烷基矽氧烷產物，其非揮發性雜質的總濃度低於30ppm(重量)。
7.如權利要求6所述的方法，其中從所述原料中提取所述極性雜質包括從所述原料中提取所述極性雜質，製得揮發性、高純度、非極性的聚烷基矽氧烷產物，其非揮發性雜質的總濃度低於10ppm(重量)。
8.如權利要求6所述的方法，其中從所述原料中提取所述極性雜質包括從所述原料中提取所述極性雜質，製得揮發性、高純度、非極性的聚烷基矽氧烷產物，其非揮發性雜質的總濃度低於1ppm(重量)。
9.如權利要求1所述的方法，其中準備一種精製的聚烷基矽氧烷原料還包括準備一種包含所述極性雜質的非揮發性雜質的總濃度高於30ppm(重量)的精製的揮發性聚烷基矽氧烷原料，提取所述極性雜質，製得揮發性、高純度、非極性的聚烷基矽氧烷產物，其非揮發性雜質的總濃度低於30ppm(重量)。
10.如權利要求1所述的方法，其中準備一種精製的聚烷基矽氧烷原料還包括準備一種包含所述極性雜質的非揮發性雜質的總濃度高於10ppm(重量)的精製的揮發性聚烷基矽氧烷原料，提取所述極性雜質，製得揮發性、高純度、非極性的聚烷基矽氧烷產物，其非揮發性雜質的總濃度低於10ppm(重量)。
11.如權利要求5所述的方法，其中準備一種精製的聚烷基矽氧烷原料還包括準備一種包含所述極性雜質的非揮發性雜質的總濃度高於0.56ppm(重量)的精製的揮發性聚烷基矽氧烷原料，提取所述極性雜質，製得揮發性、高純度、非極性的聚烷基矽氧烷產物，其非揮發性雜質的總濃度低於0.56ppm(重量)。
12.如權利要求5所述的方法，其中準備一種精製的聚烷基矽氧烷原料還包括準備一種包含所述極性雜質的非揮發性雜質的總濃度高於約1ppm(重量)的精製的揮發性聚烷基矽氧烷原料，提取至少80％(重量)的所述極性雜質。
13.如權利要求12所述的方法，所述方法還包括提取基本上所有的所述極性雜質。
14.如權利要求5所述的方法，其中準備一種精製的聚烷基矽氧烷原料還包括準備一種含有大於15ppm所述極性雜質的精製的聚烷基矽氧烷原料，從所述原料中提取所述極性雜質，製得高純度、非極性的聚烷基矽氧烷產物，它含有低於10ppm的所述極性雜質。
15.如權利要求14所述的方法，其中從所述原料中提取所述極性雜質包括從所述原料中提取所述極性雜質，製得高純度、非極性的聚烷基矽氧烷產物，它含有低於5ppm的所述極性雜質。
16.如權利要求1所述的方法，其中所述非極性聚烷基矽氧烷是聚甲基矽氧烷。
17.如權利要求1所述的方法，其中所述非極性聚烷基矽氧烷是環狀聚烷基矽氧烷。
18.如權利要求1所述的方法，其中所述非極性聚烷基矽氧烷是八甲基環四矽氧烷。
19.一種製備抑制聚合物沉積的矽氧烷原料的方法，包括準備一種含有形成聚合物沉積的雜質的初始矽氧烷原料；從所述初始矽氧烷原料中固相提取所述形成聚合物沉積的雜質，製得抑制聚合物沉積的矽氧烷原料。
20.如權利要求19所述的方法，其中準備一種初始矽氧烷原料還包括準備一種至少含99％(重量)矽氧烷的初始矽氧烷原料。
21.如權利要求9所述的方法，其中固相提取所述形成聚合物沉積的雜質還包括使所述初始矽氧烷原料與矽膠吸收層接觸。
22.如權利要求9所述的方法，其中所述矽氧烷原料是八甲基環四矽氧烷。
23.一種製備用於製造二氧化矽的高純度、抑制聚合物沉積的八甲基環四矽氧烷原料的方法，包括準備一種精製的八甲基環四矽氧烷原料液體，所述原料液體包含至少98％(重量)的八甲基環四矽氧烷，所述原料包含形成聚合物沉積的雜質；從所述原料液體中固相提取所述形成聚合物沉積的雜質，形成用於製造二氧化矽的高純度、抑制聚合物沉積的八甲基環四矽氧烷原料。
24.如權利要求23所述的方法，其中從所述原料液體中固相提取所述形成聚合物沉積的雜質還包括使所述原料液體與許多矽膠顆粒接觸，矽膠質量與原料液體體積的比值至少約為1克矽膠比1升原料液體。
25.一種抑制聚合物沉積的矽氧烷原料，它包含至少98％(重量)的矽氧烷分子，其中原料中所含的極性雜質己經過固相提取，其含量降至30ppm(重量)以下。
26.如權利要求25所述的抑制聚合物沉積的矽氧烷原料，其中原料中所含的極性雜質已經過固相提取，其含量降至15ppm(重量)以下。
27.如權利要求26所述的抑制聚合物沉積的矽氧烷原料，其中所述原料至少含99％(重量)的非極性矽氧烷分子，原料中所含的極性雜質已經過固相提取，其含量降至10ppm(重量)以下。
28.如權利要求27所述的抑制聚合物沉積的矽氧烷原料，其中原料中所含的極性雜質已經過固相提取，其含量降至5ppm(重量)以下。
29.如權利要求25所述的抑制聚合物沉積的矽氧烷原料，其中原料中所含的極性雜質已經過固相提取從原料進入到矽膠中。
30.一種經固相提取的高純度揮發性矽氧烷，它是製備二氧化矽的原料，至少含98％(重量)的八甲基環四矽氧烷，並含有低於30ppm(重量)的極性、非揮發性的高分子量矽氧烷雜質。
31.一種用來提純形成二氧化矽玻璃的矽氧烷原料的設備，它包含用於準備矽氧烷原料液體的裝置；和用於從所述矽氧烷原料液體中固相提取雜質的裝置。
32.一種製造二氧化矽玻璃的設備，它包含用於準備矽氧烷原料液體的裝置；用於從所述矽氧烷原料液體中固相提取雜質的裝置；和用於將所述矽氧烷原料液體轉化成二氧化矽玻璃的裝置。
全文摘要
本發明是一種提純矽氧烷的方法。本發明涉及一種製備用於製造二氧化矽玻璃的經提純的矽氧烷原料的方法。本發明還涉及從聚烷基矽氧烷原料中固相提取雜質。
文檔編號C03B37/014GK1251599SQ98803762
公開日2000年4月26日 申請日期1998年4月14日 優先權日1997年4月18日
發明者J·S·弗林, D·R·鮑爾斯, B·P·斯特林納斯 申請人:康寧股份有限公司