JP2003509316A - 高い安定状態のヒドロキシルアミン溶液の製造方法 - Google Patents

高い安定状態のヒドロキシルアミン溶液の製造方法

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Abstract

(57)【要約】 本発明は、ヒドロキシルアミン安定剤で予備装填されたアニオン交換体でヒドロキシルアミンの出発水溶液を処理してアニオンを除去する、安定状態の高純度ヒドロキシルアミン溶液を製造する方法に関する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 本発明は、ヒドロキシルアミンの出発水溶液をアニオン交換体で処理してアニ
オンを除去する、安定状態の高純度ヒドロキシルアミン溶液(HA溶液)を製造
する方法に関する。
【0002】 濃縮された高純度ヒドロキシルアミン水溶液は、特に、電子工業において、例
えば印刷回路板の予備洗浄用に用いられる。電子工業において使用する場合、不
純物(例えば、アニオン)の濃度を10ppm未満とすることは、通常、溶液、
物質及び他の試薬等の使用される出発材料に要求される。かかる高純度の出発材
料は、「電子仕様」製品とされている。しかしながら、現在市販されているヒド
ロキシルアミン水溶液は、製造による不純物、例えば硫酸ナトリウムを30pp
m範囲で含んでいる。
【0003】 ヒドロキシルアミン水溶液を精製する一法が、US−A5872295におい
て開示されており、この方法では、ヒドロキシルアミン溶液を、希塩酸で予め処
理された少なくとも1種の強酸性イオン交換体に最初に通過させ、次いで非金属
性アミノ又は水酸化物の塩基溶液によって予備処理又は再生させた少なくとも1
種の強塩基性アニオン交換体に通過させる。このようにして得たHA溶液を、二
重交換処理(double exchange treatment)に付して、その後、安定剤と混合す
る。これにより得られたHA溶液は、後安定化(post-stabilized)される。こ
の方法に関連する更なる効果の他に、安定剤は上記製造方法により金属イオン、
特にナトリウムを比較的多量に、すなわち約1ppm含むという不都合が生じる
。Eグレード(E grade)の化学物質は、主として金属イオンを含まないことが
必要であるため、この種類の後安定化処理は除外される。なぜなら、これによっ
て、ナトリウムイオンが再導入されるからである。
【0004】 US−A5788946では、ヒドロキシルアミンを精製する類似の方法を開
示しており、この方法によって、カチオン及びアニオン含有率が大幅に低下する
。この方法において、ヒドロキシルアミン溶液を、希塩酸で予め処理された少な
くとも1種の強酸性イオン交換体に通過させ、次いで強塩基性アニオン交換樹脂
から成る少なくとも1種の吸着床に通過させる。この公知方法において得られた
ヒドロキシルアミン水溶液は、安定化されていない。ヒドロキシルアミン溶液を
後安定化させた場合、上述した不都合が再び生じるであろう。
【0005】 US−A4147623では、ヒドロキシルアミンをヒドロキシルアンモニウ
ム塩の水溶液から除去する方法を開示している;この溶液は、カチオン塩を含ん
でおり、塩のそれぞれ対応する遊離塩基は、10−7を超える電離定数を有して
いる。これらの塩は、上述した硫酸ナトリウムを更に含んでいる。この公知方法
により、使用される出発溶液のpHを最初に6〜11に調節し、次いでイオン性
の強い交換樹脂(カチオン交換樹脂又はアニオン交換樹脂であっても良い)の吸
着床に通過させる。これらの条件下で、ヒドロキシルアミンイオンの大部分を、
電気的に中性なヒドロキシルアミン分子に変化させるが、この溶液に含まれる他
の塩は主として影響を受けない。従って、この溶液をカチオン又はアニオン交換
体に通過させる場合、電気的に非荷電状態のヒドロキシルアミンをこの交換樹脂
に残し、一方、塩は溶出液でカラムから最初に取り除かれる。この従来技術によ
り得られた溶液も同様に安定化されず、これを上記に既に述べたように後安定化
させる必要があるだろう。従って、ここでも上記で既に議論した不都合が引き起
こされるであろう。
【0006】 PCT/EP99/00993では、主として金属イオン非含有ヒドロキシル
アミン溶液を酸性のカチオン交換体で処理することによって製造する方法を開示
している。
【0007】 別の精製法は、US−A5472679に開示されているようにヒドロキシル
アミンを蒸留で後処理することである。しかしながら、蒸留中に、65℃を超え
る温度とならないことを保証する必要がある。なぜなら、開始温度、すなわち認
識可能な分解が始まる温度が、50質量%濃度のヒドロキシルアミン溶液の場合
に約70℃だからである。更に別の蒸留法は、WO97/22551及びWO9
8/57886に開示され、後者により、「電子仕様」のヒドロキシルアミンが
得られる。特に低温及び低圧条件下での蒸留を、対応する効果及び時間消費と関
連させる。従って、このように調製される電子仕様純度の塩非含有ヒドロキシル
アミン水溶液は、同様に高価となるため、その使用を数種類の利用分野に限定さ
れる。
【0008】 従って、本発明の目的は、電子仕様純度の要件を満たす、安定状態の高純度ヒ
ドロキシルアミン水溶液の製造方法を提供することにある。更に、この方法は、
従来技術で一般的な方法より安価である必要がある。結論として、この方法は、
ヒドロキシルアミンの分解リスク無しに行うことが可能である。
【0009】 本発明者等は、アニオン含有ヒドロキシルアミン出発水溶液をヒドロキシルア
ミン安定剤で装填されたアニオン交換体で処理して、アニオンを除去することに
よって安定状態の高純度ヒドロキシルアミン溶液を製造する方法により上記目的
が達成されることを見出した。
【0010】 本発明の目的のために、「高純度HA溶液」という用語は、HA溶液のアニオ
ン、特にスルフェートイオン含有率が定量検出(quantitative detection)範囲
未満、すなわち例えば10ppm未満であることを意味する。HA溶液のカチオ
ン(金属イオン、特にナトリウムイオン等のアルカリ金属イオン)含有率は、1
ppm未満、特に0.1ppm未満であるのが好ましい。
【0011】 使用されるヒドロキシルアミン出発溶液は、通常、HA溶液のアニオン含有率
、特にスルフェートイオン含有率が50ppmまでであり、20〜40ppmの
範囲が一般的である。カチオン含有率は、一般に約50ppmまでであり、特に
30ppmまでである。かかる溶液のヒドロキシルアミン濃度は、一般に1〜7
0質量%の範囲であり、特に5〜60質量%の範囲である。この種類のHA溶液
の製造法は、当該技術者等に公知であり、例えばWO97/22551及びUS
−A5472679に開示されている。
【0012】 好適なアニオン交換体は、弱塩基性であるが、強塩基性アニオン交換体が好ま
しい。好適なアニオン交換体の例は、ローム&ハス(Rohm & Hass)社のアンバ
ーライト、デュオライト(Duolite)及びプロライト(Purolite)の各樹脂、例
えばアンバーライトIRA−400、IRA−402、IRA−904、好まし
くはIRA−92及びIRA−93、デュオライトA−109並びにプロライト
A−600、A−400、A−300、A−850及びA−600、そしてバイ
エル社のレバティット(Lewatit)樹脂、例えばレバティットM511である。
アニオン交換体の塩基状態は、水酸化ナトリウム若しくは水酸化カリウム、又は
アンモニア等の一般的な塩基を用いることによって形成可能である。
【0013】 本発明により、安定剤で装填されたアニオン交換体を用いることができる。こ
のアニオン交換体を、pHが8〜14の範囲であるヒドロキシルの形態で用いる
。弱塩基性アニオン交換体の場合、pHは8〜12の範囲、特に8〜11の範囲
であり、一方、強塩基性アニオン交換体の場合、pHは12〜14の範囲、特に
13〜14の範囲である。好適な安定剤は、アニオン交換体と結合しているもの
である。この例としては、チオグリコール酸、ヒドロキシアントラキノン、ヒド
ロキシキノリン、ヒドロキシキナルジン、エチレンジアミンテトラ酢酸若しくは
N−ヒドロキシルエチルエチレンジアミノトリ酢酸の塩、ヒドロキサン酸(hydr
oxanoic acid)、ジピリジル化合物、アミノキノリン又はフェナントロリンであ
る。
【0014】 好ましい安定剤は、下式:
【0015】
【化5】
【0016】 [但し、Aがアルキレン、アルケニレン、アルキニレン、シクロアルキレン、シ
クロアルケニレン、アリーレン、o−、m−又はp−キシリレン、5員又は6員
の窒素原子含有飽和又は不飽和複素環{前記各基はアルキル、アルコキシ又はヒ
ドロキシルから選択される1個、2個又は3個の置換基を相互に独立して有して
いても良い}を表すか、又は Aが下式:
【0017】
【化6】
【0018】 {但し、B及びXが−CHCH−又は−CHCHCH−を表わし、 nが10〜50000までを表わし、 RがH、アルキル、エチレン若しくはプロピレン基(OH、NH、NHCO
、COOH、CSSH、CHCN又はCHPOで置換されている
)、又は他のポリエチレンイミン若しくはポリプロピレンイミン鎖の窒素原子に
対するブリッジを表わし、該ブリッジは、
【0019】
【化7】
【0020】 (但し、o及びpが相互に独立して1〜15までを表す) により形成され、 RがH、C〜C18アルキル又はCHRCOR(このRがC12
18アルキル基を表す)を表す} を表わし、 R、R、R及びRが相互に独立して、H、CHCOOH、CH
、アルキル、アシル、CHCHOH、CHCHNH、又は下
式:
【0021】
【化8】
【0022】 {但し、RがOH、SH、NH、CN、COOH、アルキル又はアルコキシ
又はこれらの塩を表す} を表す] で表される化合物である。
【0023】 この安定剤は、US−A5783161に開示され、その開示内容の全てを参
照することによって本明細書に取り込む。
【0024】 特に好ましい安定剤は、cis−若しくはtrans−1,2−ジアミノ−C−C アルキル−N,N,N’,N’−テトラ酢酸;N,N’−ジ(2−ヒドロキシベ
ンジル)エチレンジアミン−N,N’−ジ酢酸;ジエチレントリアミンペンタ酢
酸;エチレンビス(オキシエチレンニトリロ)テトラ酢酸;cis−若しくはtrans
−1,4−ジアミノシクロ−C−Cアルキル−N,N,N’,N’−テトラ
酢酸;ビスヘキサメチレントリアミンペンタ酢酸;ヘキサメチレンジアミンテト
ラ酢酸;トリス(2−アミノエチル)アミンヘキサ酢酸;イミノ二酢酸及びポリ
エチレンイミンである。
【0025】 アニオン交換体の安定剤による装填は、従来の方法で行われ得る。このために
、アニオン交換体を、安定剤溶液で処理する。このために、安定剤を、水に又は
一般にヒドロキシルアミン含有率70質量%まで、特に10〜50質量%の範囲
のヒドロキシルアミン水溶液に溶解させる。安定剤をヒドロキシルアミン溶液に
溶解した溶液(続くアニオン除去用に処理されるヒドロキシルアミン溶液として
ほぼ同じ濃度を有する)を用いるのが好ましい。安定剤溶液は、一般に、1〜2
0質量%、特に2〜8質量%の範囲の安定剤を含む。
【0026】 装填する場合、アニオン交換体を、例えば反応容器で撹拌しながら処理するこ
とによって安定剤溶液と接触させる。しかしながら、安定剤溶液を、アニオン交
換体の吸着床、例えばアニオン交換体で装填されたカラムを介して添加すること
が好ましい。
【0027】 安定剤で装填されたアニオン交換体によって精製されるHA溶液の処理は、類
似の方法、すなわちアニオン交換体を、精製されるヒドロキシルアミン溶液と、
例えばアニオン交換体の吸着床(例えば、アニオン交換体で装填されたカラム)
に通過させる反応容器中において処理することによって撹拌しながら接触させる
方法で行われる。
【0028】 処理が行われる温度は臨界でない。しかしながら、ヒドロキシルアミンの敏感
性を考慮すると、高温を避けるべきであろう。一般に、処理は0℃〜約70℃の
範囲、好ましくは20〜40℃の範囲の温度で行われる。
【0029】 精製されるHA溶液と装填状態のアニオン交換体の混合比は、除去すべきアニ
オンの量の応じて異なる。当該技術者等は、精製効果をモニターすることにより
簡易な方法で適量を決定することができる。
【0030】 本発明の方法は、連続的に又はバッチで行うことができる。連続処理(連続法
)が好ましい。
【0031】 ヒドロキシルアミン溶液を安定剤で装填された塩基性アニオン交換体で処理す
る本発明の処理を、カチオン交換体の処理と組み合わせることが可能である。カ
チオン交換体での処理は、アニオン交換体での処理前又は処理後に行うことがで
きる。これは、酸の状態で2〜6、特に3〜6のpHである弱酸性カチオン交換
体であって良い。イミノ二酢酸基等のキレート形成基を含むカチオン交換体も適
当である。
【0032】 好適な弱酸性カチオン交換体の例は、バイエル社のレバティットTP銘柄(Le
watit TP grade)、例えばレバティットTP207、アンバーライトIRC銘柄
、デュオライトC433等、更にドエックス(Dowex)CCR又はMWC等であ
る。このカチオン交換体を、酸の状態で使用する。このために必要により、酸、
例えば硫酸で処理して、カチオンを除去し、その後、酸が無くなるまで、高純度
水で通常は注ぐ。
【0033】 ヒドロキシルアミン溶液の処理は、酸の状態の強酸性カチオン交換体、すなわ
ち酸の状態でpH0〜2、特に0〜1の範囲のカチオン交換体を用いて行うこと
ができる。好適な強酸性カチオン交換体の例は、ローム&ハス社の樹脂であるア
ンバーライトIR−120、IR−122、IRC−50及びアンバージェット
1500H、ダウケミカル(Dow Chemical)社のドエックス88、ローム&ハス
社のデュオライトC−200、C−26及びC−280、そしてプロライトC−
100、C−105及びC−150である。酸の状態は、塩酸又は硫酸等の従来
の強酸を用いることによって形成可能である。
【0034】 カチオン交換体での処理は、アニオン交換体での処理と類似の方法で行われる
。カチオン交換体での処理の詳細については、DE19806578.7に開示
されてあり、これを参照することによって本明細書に取り込む。
【0035】 HA溶液を安定状態のアニオン交換体で処理することは、アニオン交換体に結
合する安定剤、及び安定剤含有率が激減しているか、又は安定剤を含まない精製
されたヒドロキシルアミン溶液を回避する。
【0036】 従って、従来技術の方法に関連する分解のリスクが低減する。
【0037】 安定剤をヒドロキシルアミンの出発水溶液それ自体に添加することが好ましい
。この溶液は、一般に、ヒドロキシルアミンに対して、0.001〜10質量%
、好ましくは0.01〜5質量%、特に0.02〜2質量%の安定剤を含んでい
る。アニオン交換体での処理中又はカチオン交換体での処理中に、安定剤の濃度
は低下しない。その代わりに、安定剤の濃度は実質上変化しない。これは、極め
て重要である。なぜなら、精製されたヒドロキシルアミン溶液の安定性及び保存
性は、安定剤の含有率によって本質的に決定されるからである。安定剤の狭い濃
度範囲を保持する場合でさえ、生成物の安全な取り扱いが保証される。
【0038】 本発明の方法により、アニオンとカチオンの両方をヒドロキシルアミン溶液か
ら除去可能なので、実質上、ヒドロキシルアミン溶液は、電子仕様の品質を有し
ている。
【0039】 以下の実施例で、本発明を限定することなく説明する。
【0040】
【実施例】
実施例で用いられる安定剤は、trans−1,2−ジアミノシクロヘキサン−N
,N,N’,N’−テトラ酢酸であった。
【0041】 [比較実施例1] 安定剤含有率(溶液1kgに対して250μgの有機炭素含有率に相当する)
及びSO 2−含有率30ppmである50質量%濃度のHA溶液を、室温で、
4.0L(リットル)/時間の装填条件下にて実験室用イオン交換カラム(ガラ
ス、L=50cm、D=1.08cm)に移した。イオン交換体の吸着床の深さ
は30cmであった。使用されるイオン交換体は、強塩基性アニオン交換体のレ
バティットM511であった。このように処理された溶液のSO 2−含有率は
10ppm未満であった(検出限界)。しかしながら、この処理では、主として
安定剤も除去していた。精製された溶液の有機炭素含有率は、溶液1kgに対し
て、40μgだけであった。安定剤の除去により、この溶液の安定度は大幅に低
減した。溶液の安定度は、通常、この溶液を100℃で保存した場合、単位時間
当たりの気体遊離によって表現される。イオン交換体のレバティットM511で
処理された溶液は、5倍の気体遊離を示す、すなわちこのように処理された溶液
はもはや十分な安定性を示さなくなった。
【0042】 [比較実施例2及び3] 強塩基性アニオン交換体のアンバーライトIRA−900(比較実施例2)及
び弱塩基性アニオン交換体のアンバーライトIRA92(比較実施例3)を用い
て、比較実施例1を繰り返した。両方の場合に、SO 2−含有率は10ppm
未満に低減した。しかしながら、安定剤の有機炭素含有率も、溶液1kgに対し
て、40μg未満に低下した。
【0043】 [実施例1] 比較実施例1を繰り返した。しかしながら、実験開始前に、安定剤溶液(tran
s−1,2−ジアミノシクロヘキサン−N,N,N’,N’−テトラ酢酸を50
質量%濃度のHA水溶液に溶解させた約5質量%濃度溶液)を交換体に通過させ
ることによって、アニオン交換体のレバティットM511を安定剤で完全に装填
した。その後、このHA溶液を、このように予備処理されたアニオン交換体に通
過させた。この間に、SO イオンを除去して、約30ppmから10ppm
未満とした(検出限界)。この処理後、このように精製されたHA溶液の有機炭
素含有率は、1kgの溶液当り、280μgであった(出発溶液:250μg/
kg)。検出限界内で、これは出発溶液の値に相当する、すなわちアニオン交換
体の予備装填によって、イオン交換処理中に溶液中の安定剤含有率が未変化のま
まとなった。
【0044】 この実験で得られる低SO 2−溶液は、出発溶液と同じ安定性であった。1
00℃での気体遊離は、測定精度の範囲内で出発溶液と同一であった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,MZ,SD,SL,SZ,TZ,UG ,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD, RU,TJ,TM),AE,AG,AL,AM,AT, AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,CA,C H,CN,CR,CU,CZ,DE,DK,DM,DZ ,EE,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM, HR,HU,ID,IL,IN,IS,JP,KE,K G,KP,KR,KZ,LC,LK,LR,LS,LT ,LU,LV,MA,MD,MG,MK,MN,MW, MX,NO,NZ,PL,PT,RO,RU,SD,S E,SG,SI,SK,SL,TJ,TM,TR,TT ,TZ,UA,UG,US,UZ,VN,YU,ZA, ZW

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アニオン含有ヒドロキシルアミンの出発水溶液をアニオン交
    換体で処理する安定状態の高純度ヒドロキシルアミン溶液の製造方法であって、 ヒドロキシルアミン安定剤で予備装填されたアニオン交換体を用いることを特
    徴とする製造方法。
  2. 【請求項2】 予め安定化させたヒドロキシルアミン出発水溶液を使用する
    請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】 安定剤として、下式: 【化1】 [但し、Aがアルキレン、アルケニレン、アルキニレン、シクロアルキレン、シ
    クロアルケニレン、アリーレン、o−、m−又はp−キシリレン、5員又は6員
    の窒素原子含有飽和又は不飽和複素環{前記各基はアルキル、アルコキシ又はヒ
    ドロキシルから選択される1個、2個又は3個の置換基を相互に独立して有して
    いても良い}を表すか、又は Aが下式: 【化2】 {但し、B及びXが−CHCH−又は−CHCHCH−を表わし、 nが10〜50000までを表わし、 RがH、アルキル、エチレン若しくはプロピレン基(OH、NH、NHCO
    、COOH、CSSH、CHCN又はCHPOで置換されている
    )、又は他のポリエチレンイミン若しくはポリプロピレンイミン鎖の窒素原子に
    対するブリッジを表わし、該ブリッジは、 【化3】 (但し、o及びpが相互に独立して1〜15までを表す) により形成され、 RがH、C〜C18アルキル又はCHRCOR(このRがC12
    18アルキル基を表す)を表す} を表わし、 R、R、R及びRが相互に独立して、H、CHCOOH、CH
    、アルキル、アシル、CHCHOH、CHCHNH、又は下
    式: 【化4】 {但し、RがOH、SH、NH、CN、COOH、アルキル又はアルコキシ
    又はこれらの塩を表す} を表す] で表される少なくとも1種の化合物を使用する請求項1又は2に記載の方法。
  4. 【請求項4】 安定剤として、cis−若しくはtrans−1,2−ジアミノシク
    ロヘキサン−N,N,N’,N’−テトラ酢酸;N,N’−ジ(2−ヒドロキシ
    ベンジル)エチレンジアミン−N,N’−ジ酢酸;ジエチレントリアミノペンタ
    酢酸;エチレンビス(オキシエチレンニトリロ)テトラ酢酸;cis−若しくはtra
    ns−1,4−ジアミノシクロ−C−Cアルキル−N,N,N’,N’−テト
    ラ酢酸;ビスヘキサメチレントリアミンペンタ酢酸;ヘキサメチレンジアミンテ
    トラ酢酸;トリス(2−アミノエチル)アミンヘキサ酢酸;イミノ二酢酸及びポ
    リエチレンイミンから選択される少なくとも1種の化合物を使用する請求項1〜
    3のいずれかに記載の方法。
  5. 【請求項5】 装填状態の強塩基性アニオン交換体を使用する請求項1〜4
    のいずれかに記載の方法。
  6. 【請求項6】 装填状態のアニオン交換体での処理前又は処理後に、カチオ
    ン交換体での処理を行う請求項1〜5のいずれかに記載の方法。
  7. 【請求項7】 ヒドロキシルアミン安定剤が予備装填されたアニオン交換体
    でヒドロキシルアミン水溶液を処理する、ヒドロキシルアミン水溶液中のアニオ
    ン濃度を低減させる方法。
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