JP3277956B2 - 水酸化第四級アンモニウム水溶液の製造方法 - Google Patents

水酸化第四級アンモニウム水溶液の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、LSIやLCDの製造
工程におけるポジ型レジストの現像液や基板等の洗浄液
等に使用される高純度な水酸化第四級アンモニウム水溶
液あるいは、ポリカーボネート樹脂用の重合触媒、ゼオ
ライト触媒の製造等に使用されている水酸化第四級アン
モニウム水溶液の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】水酸化第四級アンモニウム水溶液は、そ
の用途も広範囲に亘り、現在大量に生産されており、特
に近年、安価で高純度な水酸化第四級アンモニウム水溶
液が求められている。
【0003】従来、水酸化第四級アンモニウムの製造方
法としては、次のような方法で行われている。 1)トリアルキルアミンとハロゲン化アルキルとを反応
させ、第四級アンモニウムハロゲン化物を合成し、この
第四級アンモニウムハロゲン化物を電解して水酸化第四
級アンモニウムを製造する方法。
【0004】2)トリアルキルアミンと有機カルボン酸
エステルを反応させ、第四級アンモニウム有機カルボン
酸塩を合成し、この第四級アンモニウム有機カルボン酸
塩を電解して水酸化第四級アンモニウムを製造する方
法。(特開昭60−100690号)
【0005】3)トリアルキルアミンと炭酸ジアルキル
エステルを反応させ、第四級アンモニウム無機酸塩を合
成し、この第四級アンモニウム無機酸塩を電解して、水
酸化第四級アンモニウムを製造する方法。
【0006】上記(1)の方法では、電解工程で陽極中
に有害で腐食性のハロゲンイオン、ハロゲンガスが高濃
度で生成し、陽極自体、あるいは装置材質等を腐食する
などのトラブルが発生する。また、高純度の水酸化第四
級アンモニウム水溶液を製造する場合には、電解時にハ
ロゲン化イオンが、イオン交換膜を通過して陰極側に移
行する、あるいは腐食による不純物の増加などの原因に
より、純度低下を招く欠点を有している。
【0007】上記(2)の方法も電解工程で、腐食性の
有機酸イオンを生じ、陽極自体を腐食し、このギ酸イオ
ンを無害な炭酸ガスまで電解酸化するには、多大な電気
量を必要とする等の問題点を有している。また、高純度
の水酸化第四級アンモニウム水溶液を製造する場合には
電解時に、有機酸イオンがイオン交換膜を通過して、陰
極側に移行する、あるいは腐食による不純物の増加等の
原因により純度低下を招く欠点を有している。
【0008】上記(3)の製造方法は、原料として炭酸
ジアルキルエステルを使用するが、炭酸ジアルキルエス
テルが高価なため、安価な水酸化第四級アンモニウム水
溶液を製造するには、好適でない。
【0009】また、炭酸ジアルキルエステルは、ホスゲ
ンとアルコールから製造されるため、炭酸ジアルキルエ
ステル中に、塩素化合物が混入する虞れがあり高純度の
水酸化第四級アンモニウム水溶液を製造する上で好まし
くない。このように、従来の製造方法には多くの問題点
を有しており、いずれも充分な製造方法とは言えず、安
価で高純度な水酸化第四級アンモニウム水溶液の製造方
法が所望されている。
【0010】
【発明が解決しようとする問題点】本発明は、上記のよ
うな従来方法の種々の問題点を解決し、安価でかつ高純
度な水酸化第四級アンモニウム水溶液の製造方法を提供
するものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の従
来技術における種々の問題点を解決すべく鋭意検討を行
い、第四級アンモニウム有機酸塩を過酸化水素と反応さ
せて第四級アンモニウム無機酸塩を合成し、得られた第
四級アンモニウム無機酸塩を電解により、水酸化第四級
アンモニウムを得る新規な水酸化第四級アンモニウムの
製造法を見い出し、本発明を成すに至った。
【0012】さらに、詳しくは第四級アンモニウム有機
酸の水溶液をパラジウム、白金、ルテニウム、ロジウ
ム、イリジウムの白金族触媒の存在下、10〜100℃
で過酸化水素と反応させ、第四級アンモニウム無機酸塩
を合成し、得られた第四級アンモニウム無機酸塩の水溶
液をイオン交換膜を隔膜として用いて電解槽を用いて電
解し、水酸化第四級アンモニウムを得る新規な水酸化第
四級アンモニウム水溶液の製造法に関する。
【0013】本発明における第四級アンモニウム有機酸
塩は、下記式(1)で表される。
【0014】 (但し、式中のR1 〜R4 は同一であっても異なっても
よく、C1 〜C3 のアルキル基を表し、Xはカルボキシ
ル基を持つ有機酸を示す。)
【0015】上記一般式で表される化合物は、具体的に
はテトラメチルアンモニウムギ酸塩、テトラメチルアン
モニウム酢酸塩、テトラメチルアンモニウムプロピオン
酸塩、テトラメチルアンモニウムシュウ酸塩、テトラメ
チルアンモニウムマロン酸塩、テトラメチルアンモニウ
ムマレイン酸塩、テトラメチルアンモニウムコハク酸
塩、テトラメチルアンモニウムフマル酸塩、テトラメチ
ルアンモニウムアクリル酸塩、テトラメチルアンモニウ
ムメタアクリル酸塩、テトラメチルアンモニウム安息香
酸塩、テトラエチルアンモニウムギ酸塩、テトラエチル
アンモニウム酢酸塩、テトラエチルアンモニウムプロピ
オン酸塩、テトラエチルアンモニウムシュウ酸塩、トリ
メチルエチルアンモニウムギ酸塩、トリメチルエチルア
ンモニウム酢酸塩、テトラプロピルアンモニウムギ酸
塩、テトラプロピルアンモニウム酢酸塩等が挙げられ
る。これらの中でテトラメチルアンモニウムギ酸塩が好
ましい。また、上記の第四級アンモニウム有機酸塩は、
トリアルキルアミンと有機酸エステルより容易に合成す
ることができる。
【0016】本発明に使用される白金族触媒は、パラジ
ウム、白金、ルテニウム、ロジウム、イリジウム金属を
活性炭、炭素繊維、活性炭素繊維等の炭素材、シリカ、
アルミナ、シリカアルミナ、ゼオライト等の担体に担持
した触媒が使用される。これらの触媒の中で、パラジウ
ムを炭素材に担持した触媒が好ましい。本発明の白金族
触媒は、パラジウム、白金、ルテニウム、ロジウム、イ
リジウム金属を上記担体に対して0.01〜20重量
%、好ましくは0.05〜10重量%担持した触媒が好
ましい。
【0017】本発明における第四級アンモニウム有機酸
塩と過酸化水素との反応は、上記白金族触媒の存在下で
反応温度10〜100℃、好ましくは20〜80℃の範
囲で行われる。また、本発明における第四級アンモニウ
ム有機酸塩と過酸化水素の反応は、常圧で充分であり加
圧下で行っても何ら差しつかえない。さらに本発明にお
ける第四級アンモニウム有機酸塩と過酸化水素のモル比
は1以上であり、使用される第四級アンモニウム有機酸
塩の種類、触媒の種類、反応条件を勘案して適宜選択さ
れるが、一般的には1〜20の範囲、好ましくは1〜1
0の範囲で行われる。なお、第四級アンモニウム有機酸
塩と過酸化水素の反応は回分式、半回分式あるいは連続
式の何れの方法でも実施し得る。
【0018】本発明での第四級アンモニウム有機酸塩と
過酸化水素との反応で得られた第四級アンモニウム無機
酸塩の電解は、通常陽イオン交換膜で陽極と陰極とに区
画された電解槽が使用されるが、この他に二枚以上の陽
イオン交換膜によって陽極室、陰極室および1室以上の
中間室に区画された電解槽を使用することができる。
【0019】本発明に使用される陽イオン交換膜として
は、スルフォン基、カルボン酸基等の陽イオン交換基を
有する耐腐食性のあるフッ素樹脂系のものが好適に使用
されるが、これ以外に上記の交換基を有するスチレン−
ジビニルベンゼン共重合体系のものも使用し得る。
【0020】本発明に使用される触媒としては、高純度
な炭素電極、白金、イリジウム等の白金族酸化物で被覆
されたチタン電極等この種の電解に使用される電極が使
用される。また、本発明に使用される陰極としては、ス
テンレス鋼、ニッケル等のこの種の電解において使用さ
れる電極が使用される。これらの陽極、陰極は、板状、
網状、多孔板状等の何れの形状でも使用し得る。
【0021】本発明において、電解槽における電解は直
流電圧を印加することによって行われるが、その電流密
度は1〜100A/dm2 、好ましくは3〜50A/d
2である。また電解時の温度は、10〜50℃の範囲
で行うことが好ましい。
【0022】本発明における電解は回分式、連続式何れ
でも行うことができ、この際、陽極室に供給する原料の
第四級アンモニウム無機酸塩の濃度は、1〜60重量%
好ましくは3〜40重量%に設定される。また、陰極室
には、通常水が供給されるが、運転開始時には、水単独
では電気伝導度が低く、電解が起こりにくいので、目的
物である水酸化第四級アンモニウムを少量、例えば0.
01〜5重量%添加した液を用いることが望ましい。ま
た、電解中は窒素、アルゴンなどの不活性ガスの雰囲気
で行うことが望ましい。
【0023】以下に本発明の実施例を示す。 実施例1 粒径1〜2mmの活性炭に、0.5重量%のパラジウム
を担持した触媒を、内径40mmの反応器に1リットル
充填した。60℃に加熱した反応器にテトラメチルアン
モニウムギ酸塩20.6重量%、過酸化水素7.5重量
%を含有する水溶液を常圧下1000g/時間の流速で
供給した。反応後のテトラメチルアンモニウム無機酸塩
の濃度は23.3重量%で、テトラメチルアンモニウム
ギ酸塩は0.02重量%の濃度であり、過酸化水素は検
出されなかった。次に、陽イオン交換膜としてNafi
on324(デュポン社製フッ素系陽イオン交換膜)を
使用し、電解槽を陽極室と陰極室に区画し、陽極には白
金を被覆したチタン電極を、陰極にはニッケルを電極と
した装置を使用し、陽極室に上記のテトラメチルアンモ
ニウム無機酸塩の23.3重量%水溶液を循環した。陰
極室には、0.5重量%のテトラメチルアンモニウム水
酸化物水溶液を循環し、10A/dm2 の直流電流を印
加し、温度35℃にて電解を行った。電解電圧は5〜6
V、平均電流効率は88%で、陰極室に16.2重量%
のテトラメチルアンモニウム水酸化物水溶液が得られ
た。また、電解後の陰極室中のテトラメチルアンモニウ
ムギ酸塩の濃度は、0.003重量%であった。
【0024】実施例2 実施例1で使用した同一の反応器を40℃に加熱してト
ラメチルアンモニウムギ酸塩を28.8重量%、過酸化
水素9.0重量%を含有する水溶液を常圧下500g/
時間の流速で供給した。反応後のテトラメチルアンモニ
ウム無機酸塩の濃度は32.5重量%で、テトラメチル
アンモニウムギ酸塩は0.05重量%の濃度であり、過
酸化水素は検出されなかった。次に陽極としてイリジウ
ム酸化物を被覆したチタン電極とした以外は、実施例1
と同一の電解槽を使用し、陽極室に上記のテトラメチル
アンモニウム無機酸塩の32.5重量%水溶液を循環し
た。陰極室に0.3重量%のテトラメチルアンモニウム
水酸化物水溶液を循環し、15A/dm2 の直流電流を
印加し、温度40℃にて電解を行った。電解電圧は7〜
9Vであり、平均電流効率は84%で陰極室に20.7
重量%のテトラメチルアンモニウム水酸化物水溶液が得
られた。また、電解後の陰極室中のテトラメチルアンモ
ニウムギ酸塩の濃度は0.007重量%であった。
【0025】実施例3 粒径1〜2mmのシリカに1.0重量%のパラジウムを
担持した触媒を実施例1に使用した反応器に1リットル
充填した。50℃に加熱した反応器に、テトラメチルア
ンモニウムギ酸塩8.3重量%、過酸化水素6.0重量
%を含有する水溶液を常圧下で300g/時間の流速で
供給した。反応後のテトラメチルアンモニウム無機酸塩
の濃度は9.1重量%であり、テトラメチルアンモニウ
ムギ酸塩は0.21重量%であり、過酸化水素は検出さ
れなかった。実施例2で使用した同一の電解槽を使用
し、陽極室に上記のテトラメチルアンモニウム無機酸塩
の9.1重量%水溶液を循環した。陰極室に0.5重量
%のテトラメチルアンモニウム水酸化物水溶液を循環し
20A/dm2 の直流電流を印加し、温度40℃にて電
解を行った。電解電圧は8〜12Vであり、平均電流効
率は81%で陰極室に7.8重量%のテトラメチルアン
モニウム水酸化物水溶液が得られた。また、電解後の陰
極室中のテトラメチルアンモニウムギ酸塩は、0.01
2重量%の濃度であった。
【0026】
【本発明の効果】本発明の方法によれば、LSIやLC
Dの製造工程におけるポジ型レジストの現像液や基板等
の洗浄液等に使用される高純度な水酸化第四級アンモニ
ウム水溶液を安価に製造することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−24080(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C25B 1/00 - 15/08 C07C 209/68 C07C 211/63

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一般式 【化1】 (但し、式中のR1〜R4は同一であっても異なってもよ
    く、C1〜C3のアルキル基を表し、Xはカルボキシル基
    を持つ有機酸を示す。)で表される第四級アンモニウム
    有機酸塩を過酸化水素と反応させて、第四級アンモニウ
    ム無機酸塩を合成し、該第四級アンモニウム無機酸塩を
    電解して水酸化第四級アンモニウムを製造することを特
    徴とする高純度水酸化第四級アンモニウム水溶液の製造
    方法。
  2. 【請求項2】 上記第四級アンモニウム有機酸塩と過酸
    化水素を反応させて第四級アンモニウム無機酸塩を合成
    するに際して、白金族系触媒を使用することを特徴とす
    る特許請求項の範囲第1項記載の高純度水酸化第四級ア
    ンモニウム水溶液の製造方法。
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