[發明專利]制備全氟乙烷的方法

有效

• 申請號: 00118734.1
• 申請日: 2000-06-23
• 公開（公告）號: CN1331066A
• 公開（公告）日: 2002-01-16
• 發明（設計）人: 羅斗燦;趙旭載;柳載國
• 申請（專利權）人: 蔚山化學株式會社
• 主分類號: C07C19/08
• 分類號: C07C19/08;C07C17/00;C07C17/10
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 黃澤雄

本發明涉及一種制備全氟乙烷的方法。更確切地說，本發明涉及一種在鈷催化劑存在下由乙烯屬氫氟碳制備全氟乙烷的方法。本文所用的術語″乙烯屬氫氟碳″是指含有1-5個氫原子的氟代乙烷，其表示為C₂F_xH_y，1≤x，1≤y≤5，x＋y＝6。

在室溫下是氣相形式的沸點為-79至-78.6℃的全氟乙烷(六氟乙烷)是工業中非常有用的化合物，例如，它可在半導體制造中作為硅圓片的蝕刻氣，作為清洗氣，電絕緣氣，密封度試驗氣，等等。尤其是，當用于半導體裝置制造時，要求該氣體化合物具有極低的雜質含量。

已有許多制備全氟乙烷的已知方法，這些方法一般分為下列5種類型：

(1)直接氟化：乙烷氣體直接與氟氣體(F₂)反應；

(2)電化學氟化：乙烷或乙烯在電解條件下氟化；

(3)氫氟化：在催化劑存在下氟化全鹵代乙烷(C₂F_xCl_y)化合物；

(4)熱解氟化：在用CO₂熱分解時氟化四氟乙烯；和

(5)具有三鍵的化合物，例如乙炔，與金屬氟化物(例如CoF₃，MnF₃，AgF₂等等)反應進行氟化(日本專利公開號Heisei?3-167,141)。

其中乙烷的氫原子被氟氣體(F₂)替換的直接氟化反應是在劇烈的條件下進行的，其顯示的反應熱為102-104千卡/摩爾，因此發生了C-C鍵和C-H鍵的裂解，產生了大量的CF₄。為了減少C-C鍵的裂解，在氟化前用惰性氣體例如氮氣稀釋氟氣體。因此惰性氣體當然減輕了碳間鍵的裂解，但是卻引起了一個重要的問題，特別是當全氟乙烷氣體用于制造半導體裝置時，因為它可以作為雜質。另外，象全氟乙烷這樣的低沸點化合物(沸點：-79至-78.6℃)很難與氮氣分離，從而在純化時產生大量的損失。此外，直接加入氟氣體需要一個特殊結構的反應器，并且會引起設備腐蝕，且由于是強烈的爆炸性反應，使得溫度難以控制。因此，直接氟化在生產這種低沸點化合物的工業化方面是不利的。另外，建議將其用于生產具有大分子量、沸點相對高的這種化合物，因為這種化合物容易與惰性氣體分離。

按照電化學氟化方法，在氟氣體電解浴中的、特殊結構的碳電極下面加入乙烷，該乙烷與沿著碳電極表面產生的氟氣體反應。然而，象直接氟化方法一樣，該方法產生了大量的副產物。另外，因為電化學氟化發生在電極表面，因此不能以與電極的有限長度相關的有限量提供原料。所以，電化學氟化具有產量低的重要問題。

對于氫氟化，它主要用于在催化劑存在下使全鹵代乙烷如三氯三氟乙烷(CFC-113)，二氯三氟乙烷(CFC-114)和氯五氟乙烷(CFC-115)與氟化氫的反應。對該催化反應，在高溫和高壓下使用Cr或Al催化劑。在全氟乙烷例如C₂F₅Cl中，僅在完全氟化之前，由于相鄰氟原子的影響，(電負性)碳和最后氯原子之間的鍵是非常堅固的，因此氯原子很難用氟原子替換。換句話說，氫氟化顯示出低的轉化成全氟乙烷的轉化率。因此需要高溫和高壓來克服這種低的轉化率，但是需要高的設備費用。

當全氟乙烷是由四氟乙烯制備時，該反應物直接與氟氣體反應或者使用CO₂熱分解。象上述直接氟化一樣，C₂F₄與F₂氣體的直接氟化是非常劇烈的，產生了大量的CF₄。通過C₂F₄和CO₂之間的熱分解反應制備全氟乙烷要求溫度高于700℃，但問題是，抑制CF₄的產生必須要依賴于溫度的控制。

日本專利公開號Heisei?3-167141使用具有分子內三鍵的化合物，例如乙炔，丙炔，2-丁炔，甲基乙基乙炔等作為制備全氟乙烷的原料，該專利公開了在CoF₃催化劑存在下將這種三鍵化合物轉化成全氟乙烷的方法，該方法具有最少的C-C鍵斷裂(CF₄產率為0.2％)，它是基于下列反應式：