DE2608018C2

DE2608018C2 - Verfahren zur Herstellung von Phosphornitriden

Info

Publication number: DE2608018C2
Application number: DE19762608018
Authority: DE
Inventors: Joseph Dipl.-Chem. Dr. 5030 Hermülheim Cremer; Heinz Dipl.-Chem. Dr. 5000 Köln Harnisch
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1976-02-27
Filing date: 1976-02-27
Publication date: 1982-04-15
Also published as: DE2608018A1

Description

Das Hauptpatent betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Phosphornitriden der allgemeinen Formel PN_x, in welcher χ eine Zahl von 0,9 bis 1,7 bedeutet, indem man Phosphoi halogenide mit Ammoniak umsetzt und das erhaltene Reaktionsprodukt erhitzt. Dabei führt man die Umsetzung der Phosphorhalogenide mit dem Ammoniak in der Gasphase durch, wobei der Ammoniak im Überschuß, gezogen auf das Phosphorhalogenid, vorliegt und das Reaktionsprodukt wird solange auf Temperaturen bis 95O⁰C nacherhitzt, bis praktisch kein Ammoniak mehr aus dem Reaktionsprodukt entweicht.

Vorteilhafterweise führt man die Umsetzung bei Temperaturen durch, die zwischen dem Siede- bzw. Sublimationspunkt der Phosphorhalogenide und 250° C liegen, wobei Temperaturen bis 200° C in der Regel ausreichend sind. Zur Nacherhitzung des Reaktionsproduktes empfiehlt es sich Temperaturen zwischen 500 und 950°C, vorzugsweise zwischen 600 und 800°C, einzuhalten.

Wird als Endprodukt ein farbloses Phosphornitrid angestrebt, das etwa die Zusammensetzung der Verbindung P3N5 aufweist, so ist es vorteilhaft, als Phosphorhalogenid PCI5 einzusetzen. Die auf diese Weise erhaltenen Produkte weisen Schüttgewichte auf, die maximal 250 g/l betragen und in der Regel zwischen 40 und 80 g/l liegen.

So niedrige Schüttgewichte sind beispielsweise für die Verwendung der Phosphornitride als Flammschutzmittel für Cellulose von Vorteil.

Im Gegensatz dazu sind bei einer Weiterverarbeitung der Phosphornitride, beispielsweise zur kristallinen Hochtemperaturform des P3N5, jedoch höhere Schüttgewichte von Bedeutung, da bei der erforderlichen Temperung in wirtschaftlich tragbaren Temperungszeiten, kleinere Ofen-Volumina und infolge der besseren Wärmeleitfähigkeit der Ausgangsstoffe, geringere Temperaturgrenzen zwischen Rand- und Kern-Zone der Substanz erforderlich sind, zumal Heiztemperatur und Zersetzungstemperatur der Phosphornitride gegen Ende der Reaktion zur Erlangung hoher Kristallinität nahezu gleich sein müssen.

Es ist nun überraschenderweise gefunden worden, daß es gelingt Phosphornitride mit hohen Schüttgewichten herzustellen, d. h. Schüttgewichten von 400—800 g/l, vorzugsweise von 500—700 g/l, indem man die heißen Reaktionsprodukte mit Wasser abschreckt (Quenching) und das gebildete Phosphornitrid aus der entstandenen Suspension z. B. durch Dekantation, Filtration oder Zentrifuge tion abtrennt und trocknet. Phosphortrichlorid ist bei dieser Verfahrensweise als Rohstoff weniger geeignet als PCI5, da infolge der Entstehung von Zersetzungsprodukten niedrigere Ausbeuten erzielt werden.

Die Reaktion kann beispielsweise in einem elektrisch beheizten Quarzgefäß mit nachgeschaltetem Wasser-Quenching kontinuierlich durchgeführt werden.

Beispiel 1

PCI5 wurde im N2-Strom verdampft und mit soviel NH₃ in ein elektrisch beheiztes Quarzrohr eingespeist, daß in der Gasphase freies NH3 nachgewiesen werden konnte. Die gasförmigen Reaktionsprodukte wurden etwa 30 see. lang auf 550—650°C gehalten. Das aus dem Quarzrohr austretende Reaktionsgas wurde mit Wasser von 40°C abgeschreckt, wobei das gebildete Phosphornitrid nach Abfiltrieren aus der entstandenen Suspension und Trocknen ein Schüttgewicht von 750 g/l besaß. Das Produkt wies 54 Gewichls.-% P und 43 Gewichts.-% N auf. Die Ausbeute, bezogen auf P, betrug >96Gewichts.-%.

Beispiel 2

Rohstoffe und Apparaturen waren die gleichen wie in Beispiel 1.

Jedoch wurde das Reaktionsgas etwa 15 see. lang auf

700-800°C nacherhitzt und dann mit Wasser von 12°C abgeschreckt. Das erhaltene Phosphornitrid hatte ein Schüttgewicht von 600 g/l. Der Gehalt an P betrug 56 Gewichts.-% und an N 42 Gewichts.-%. Die Ausbeute, bezogen auf P, lag bei > 97 Gewichts.-%.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung yon Phosphornitriden der allgemeinen Formel PN_x, in welcher χ eine Zahl von 0,9 bis 1,7 bedeutet, indem man Phosphorhalogenide mit Ammoniak in der Gasphase umsetzt, wobei der Ammoniak im Oberschuß, bezogen auf das Phosphorhalogenid, vorliegt und man das Reaktionsprodukt solange auf Temperaturen bis 950° C nacherhitzt, bis praktisch kein Ammoniak mehr aus dem Reaktionsprodukt entweicht, nach Patent 25 16 915, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Herstellung von Phosphornitriden mit hohem Schottgewicht die heißen Reaktionsprodukte anschließend mit Wasser abschreckt und aus der erhaltenen Suspension das Phosphornitrid abtrennt.