本发明涉及一种三甲基铝的制备方法。
背景技术：
近年来三甲基铝在光伏、单导体、LED等元器件芯片沉积生长薄膜材料中均因其优良的性能受到广泛关注和应用。三甲基铝是高纯三甲基铟、三甲基镓生产的重要原材料之一。三甲基铝做为齐格勒-纳塔催化剂被广泛用于烯烃聚合产业。
现有三甲基铝制备方法主要可以归纳为以下几种：
（1) 一碘甲烷和一溴甲烷与铝镁合金反应生成三甲基铝，
反应在碳氢化合物溶剂中进行，使用的是一碘甲烷和一溴甲烷，原材料价格高，造成生产成本高；而原料价格低的一氯甲烷与铝镁合金几乎不能反应。
最近中国专利CN04774218B、CN105175440A、CN104774219A都公开了一卤代甲烷与金属合金Al/Mg在醚类溶剂中获得三甲基铝醚类配合物，配位醚经与高沸点的有机叔胺或有机膦取代后再高温分解获得纯三甲基铝的方法。使用醚类溶剂可以提高反应的活性和产率，但形成的三甲基铝醚类加合物需要经过胺类或膦类配体置换，置换后再进行脱去新的氨基配体或膦配体，这就增加了生产工艺的复杂性，同时由于醚类配体和三甲基铝结合牢固，很难完全除去，三甲基铝纯度低，不能满足使用要求。使用的一卤代甲烷为一碘代甲烷或一溴代甲烷，原材料价格高造成生产成本高。
(2) 专利JPH06172366，JP2009263326，US5359116，EP0566851公开了二甲基氯化铝[(CH3)2AlCl]、三甲基三氯化二铝[(CH3)3Al2Cl3]被碱金属还原生成三甲基铝的方法。
该制备方法中，甲基氯化铝与熔化的金属钠在合适的碳氢化合物溶剂中反应，反应过程中生成的副产物氯化钠和铝粉固体颗粒会沉积在金属钠表面，使钠不能充分与甲基氯化铝反应，产率只达到47%—80%。使用过量的金属钠可提高甲基氯化铝的转化率，但会造成过量的金属钠与三甲基铝之间的副反应产生不溶解的四甲基铝化钠存留在反应废液中，降低产品的收率。残液中的四甲基铝化钠以及副产物铝粉对水的反应活性非常高，增加了废物处理的风险。
(3)美国专利US4925962,US4948906,US5543537,US4364873公开了高碳链烷基铝与一卤代烷烃发生烷基交换反应生成三甲基铝和高碳链卤代烃的方法。
R = Et, propyl ...; X = Cl, Br, I
专利文献公开了烷基交换法制备三甲基铝通常需要帮助反应进行。
该制备方法中使用三乙基铝为原料，在Lewis 酸催化剂如BiCl3、VOCl3 等的存在下经过配体交换形成三甲基铝。该方法的缺点是：三乙基铝的量要过量，原材料成本高，交换反应不彻底，形成较多的副产物，转化率低。同时使用较贵的催化剂，造成三甲基铝的生产成本过高。
技术实现要素：
本发明的目的就是解决现有技术中存在的上述问题，提供一种成本低，反应效率高，安全性高，不易引入杂质的三甲基铝的制备方法。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：一种三甲基铝的制备方法，其包括以下步骤：1、在惰性气体保护下，向反应釜内加入镁铝合金粉末和碳氢化合物溶剂，开启搅拌使反应混合液搅拌5-15分钟；2、再向搅拌的反应釜中加入诱发剂；3、在剧烈搅拌下逐步加入一氯甲烷，加入一氯甲烷的过程中反应温度控制在120—160℃之间；保持反应温度在120-160℃下继续搅拌2-3小时；3、在物料温度控制在110—160℃时，把三甲基铝接收瓶预冷至-20℃，在真空度-0.05Mpa — -0.095Mpa条件下蒸馏出三甲基铝；所述的诱发剂为1，2-二碘乙烷；所述的1，2-二碘乙烷、一氯甲烷和镁铝合金粉末中的铝的摩尔比为1-2:100:20-25；所述一氯甲烷与溶剂的重量比为1：1.5～2.5；所述的碳氢化合物溶剂沸点在200—400℃。
上述所述的镁铝合金粉末颗粒在150—200目，合金中铝的含量为35-40%，其余为镁的含量。
上述碳氢溶剂为四氢化萘、白油或角鲨烷。
上述所述的反应温度优选为130—140℃。
上述所述的蒸馏温度优选为130—150℃。
上述所述的惰性气体为氩气或氮气。
本发明所述生产三甲基铝的方法具有以下优点：1）使用一氯甲烷为原料降低了原材料成本（一氯甲烷每公斤5元；一溴甲烷每公斤60元、一碘甲烷每公斤700元），进而大幅度降低了生产成本。2）使用诱发剂促使了反应的发生，提高了反应效率和产率，产品的产率达到85%以上，进一步降低了产品的制造成本；且使用的诱发剂为容易获得的化学物质，非自燃化合物，操作容易，制作安全性高。3）该反应中使用的高沸点碳氢化合物溶剂，碳氢化合物不含有氧和氮配体，减少了引进杂质的机会，产品纯度达到98%以上，经过精馏处理纯度达到99.999%。4）本发明还具有工艺步骤简单的优点。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的描述。
实施例1：一种三甲基铝的制备方法，下面所用的诱发剂1，2-二碘乙烷、一氯甲烷和铝镁合金中的铝的摩尔比为1:100:22（重量28g:505g:140g)，溶剂四氢化萘的重量1000克（是一氯甲烷重量的1.98倍）。其包括以下步骤：1、在氮气保护下，向5升的不锈钢反应釜内加入镁铝合金粉末和四氢化萘，开启搅拌使反应混合液搅拌10分钟。2、再向搅拌的反应釜中加入1，2-二碘乙烷。3、在剧烈搅拌下逐步加入一氯甲烷，加入一氯甲烷的过程中反应温度控制在130℃；保持反应温度130℃继续搅拌2小时。4、在物料温度控制在蒸馏温度120℃时，把三甲基铝接收瓶预冷至-20℃，在真空度-0.05Mpa— -0.095Mpa条件下蒸馏出三甲基铝粗产品135.3克，产率为85.3%。分析显示，蒸馏出的三甲基铝粗产品中含有wt-1.5%溶剂四氢化萘，铝离子含量为36.5%（纯三甲基铝中铝离子含量，即理论值为37.4%），折算三甲基铝纯度为98%。进一步优选地，所述的镁铝合金粉末颗粒在150—200目，合金中铝的含量为35-40%，其余为镁的含量。
实施例2：一种三甲基铝的制备方法，下面所用的诱发剂1，2-二碘乙烷、一氯甲烷和铝镁合金中的铝的摩尔比为1:100:20（重量28g:505g:127g)，溶剂白油的重量757.5克（一氯甲烷重量的1.5倍）。其包括以下步骤：1、在氮气保护下，向5升的不锈钢反应釜内加入镁铝合金粉末和白油，开启搅拌使反应混合液搅拌15分钟。2、再向搅拌的反应釜中加入1，2-二碘乙烷。3、在剧烈搅拌下逐步加入一氯甲烷，加入一氯甲烷的过程中反应温度控制在160℃；保持反应温度160℃继续搅拌3小时。4、在物料温度控制在蒸馏温度130℃时，把三甲基铝接收瓶预冷至-20℃，在真空度-0.05Mpa— -0.095Mpa条件下蒸馏出三甲基铝粗产品128克，产率为88.9%。分析显示，蒸馏出的三甲基铝粗产品中含有wt-1.1%溶剂白油，铝离子含量为36.6%（理论值为37.4%），折算三甲基铝纯度为99.1%。进一步优选地，所述的镁铝合金粉末颗粒在150—200目，合金中铝的含量为35-40%，其余为镁的含量。
实施例3：一种三甲基铝的制备方法，下面所用的诱发剂1，2-二碘乙烷、一氯甲烷和铝镁合金中的铝的摩尔比为1.5:100:25（重量42g:505g:157g)，溶剂角鲨烷的重量1262.5克（一氯甲烷重量的2.5倍）。其包括以下步骤：1、在氮气保护下，向5升的不锈钢反应釜内加入镁铝合金粉末和角鲨烷，开启搅拌使反应混合液搅拌5分钟。2、再向搅拌的反应釜中加入1，2-二碘乙烷。3、在剧烈搅拌下逐步加入一氯甲烷，加入一氯甲烷的过程中反应温度控制在140℃；保持反应温度140℃继续搅拌2.5小时。4、在物料温度控制在蒸馏温度150℃时，把三甲基铝接收瓶预冷至-20℃，在真空度-0.05Mpa — -0.095Mpa条件下蒸馏出三甲基铝粗产品150.3克，产率为83.4%。分析显示，蒸馏出的三甲基铝粗产品中含有wt-1.1%溶剂角鲨烷，铝离子含量为36.9%（理论值为37.4%），折算三甲基铝纯度为99.3%。进一步优选地，所述的镁铝合金粉末颗粒在150—200目，合金中铝的含量为35-40%，其余为镁的含量。
实施例4：一种三甲基铝的制备方法，下面所用的诱发剂1，2-二碘乙烷、一氯甲烷和铝镁合金中的铝的摩尔比为1.3:100:23（重量36.6g:505g:146g)，溶剂四氢化萘的重量1010克（一氯甲烷重量的2倍）。其包括以下步骤：1、在氮气保护下，向5升的不锈钢反应釜内加入镁铝合金粉末和四氢化萘，开启搅拌使反应混合液搅拌8分钟。2、再向搅拌的反应釜中加入1，2-二碘乙烷。3、在剧烈搅拌下逐步加入一氯甲烷，加入一氯甲烷的过程中反应温度控制在120℃；保持反应温度120℃继续搅拌3小时。4、在物料温度控制在蒸馏温度160℃时，把三甲基铝接收瓶预冷至-20℃，在真空度-0.05Mpa — -0.095Mpa条件下蒸馏出三甲基铝粗产品142.7克，产率为86.1%。分析显示，蒸馏出的三甲基铝粗产品中含有wt-1.1%溶剂角鲨烷，铝离子含量为36.9%（理论值为37.4%），折算三甲基铝纯度为99.01%。进一步优选地，所述的镁铝合金粉末颗粒在150—200目，合金中铝的含量为35-40%，其余为镁的含量。
实施例5：一种三甲基铝的制备方法，下面所用的诱发剂1，2-二碘乙烷、一氯甲烷和铝镁合金中的铝的摩尔比为2:100:22（重量56.4g:505g:140g)，溶剂白油的重量909克（一氯甲烷重量的1.8倍）。其包括以下步骤：1、在氩气保护下，向5升的不锈钢反应釜内加入镁铝合金粉末和白油，开启搅拌使反应混合液搅拌13分钟。2、再向搅拌的反应釜中加入1，2-二碘乙烷。3、在剧烈搅拌下逐步加入一氯甲烷，加入一氯甲烷的过程中反应温度控制在150℃；保持反应温度150℃继续搅拌2.5小时。4、在物料温度控制在蒸馏温度140℃时，把三甲基铝接收瓶预冷至-20℃，在真空度-0.05Mpa — -0.095Mpa条件下蒸馏出三甲基铝粗产品134.3克，产率为84.7%。分析显示，蒸馏出的三甲基铝粗产品中含有wt-1.1%溶剂白油，铝离子含量为36.5%（理论值为37.4%），折算三甲基铝纯度为98.4%。进一步优选地，所述的镁铝合金粉末颗粒在150—200目，合金中铝的含量为35-40%，其余为镁的含量。
实施例6：一种三甲基铝的制备方法，下面所用的诱发剂1，2-二碘乙烷、一氯甲烷和铝镁合金中的铝的摩尔比为2:100:24（重量56.4g:505g:152.2g)，溶剂角鲨烷的重量1161.5克（一氯甲烷重量的2.3倍）。其包括以下步骤：1、在氩气保护下，向5升的不锈钢反应釜内加入镁铝合金粉末和角鲨烷，开启搅拌使反应混合液搅拌10分钟。2、再向搅拌的反应釜中加入1，2-二碘乙烷。3、在剧烈搅拌下逐步加入一氯甲烷，加入一氯甲烷的过程中反应温度控制在130℃；保持反应温度150℃继续搅拌2.8小时。4、在物料温度控制在蒸馏温度110℃时，把三甲基铝接收瓶预冷至-20℃，在真空度-0.05Mpa — -0.095Mpa条件下蒸馏出三甲基铝粗产品137.4克，产率为79.4%。分析显示，蒸馏出的三甲基铝粗产品中含有wt-1.3%溶剂角鲨烷，铝离子含量为37.0%（理论值为37.4%），折算三甲基铝纯度为98.6%。进一步优选地，所述的镁铝合金粉末颗粒在150—200目，合金中铝的含量为35-40%，其余为镁的含量。
上述实施例仅示例性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行的等同技术改进，都在本发明的保护范围内。