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TW202311217A - 用於純化二醇醚之方法 - Google Patents

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TW202311217A
TW202311217A TW111116772A TW111116772A TW202311217A TW 202311217 A TW202311217 A TW 202311217A TW 111116772 A TW111116772 A TW 111116772A TW 111116772 A TW111116772 A TW 111116772A TW 202311217 A TW202311217 A TW 202311217A
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ion exchange
exchange resins
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蔣奇
大場薰
宇君 劉
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美商陶氏全球科技有限責任公司
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Abstract

本發明係關於用於純化二醇醚之方法。在一個實施例中，方法包含（a）將二醇醚提供至第一容器中，該二醇醚具有下式： R 1-O-(CHR 2CHR 3)O) nR 4； 其中R 1為具有1至9個碳原子之烷基或苯基；其中R 2及R 3各自單獨為氫、甲基或乙基，其限制條件為當R 3為甲基或乙基時，R 2為氫，且其限制條件為當R 2為甲基或乙基時，R 3為氫；其中R 4為氫、具有1至4個碳原子之烷基、乙醯基或丙醯基；且其中n為1至3之整數；（b）用惰性氣體填充該第一容器；（c）將該第一容器中之該二醇醚加熱至亞沸騰溫度，其中該亞沸騰溫度比該二醇醚之正常沸點低至少15℃；（d）在第二容器中冷卻來自該第一容器之蒸氣以提供液體；及（e）使該二醇醚與包含陽離子交換樹脂及陰離子交換樹脂的離子交換樹脂之混合床接觸。

Description

用於純化二醇醚之方法
本發明係關於藉由去除金屬污染物及其他雜質來純化二醇醚之方法。
純溶劑，亦即不含離子污染物之溶劑，通常為多種工業目的所需的，諸如用於製造醫藥及電子材料所需的。舉例而言，具有極低含量金屬離子污染物之有機溶劑為半導體製造方法所需的，因為金屬離子污染物會負面影響所製造之半導體裝置之效能及產出率。通常將諸如丙二醇甲醚（PGME）之一些親水性有機溶劑及諸如丙二醇甲醚乙酸酯（PGMEA）之可水解溶劑用於半導體製造方法中之微影程序。並且，當打算將該等有機溶劑用於半導體製造方法中時，期望此類溶劑具有極低之金屬離子污染物含量（例如在一些情況下，小於50 ppt[兆分率]）。
迄今為止，已使用一些離子交換樹脂，藉由自有機溶劑去除金屬離子污染物來純化各種有機溶劑。並且，使用離子交換技術純化有機溶劑已應用於被用於製造電子材料之有機溶劑。舉例而言，揭示使用離子交換樹脂純化有機溶劑之方法的參考文獻包括JP1989228560B；JP2009057286A；JP5,096,907B；及美國專利第7,329,354號；第6,123,850號；及第5,518,628號。
蒸餾係用於純化化學物質以實現電子級純度之另一技術。
然而，此等先前方法可為複雜的且難以實施。將需要具有用於純化二醇醚之新穎方法，該等方法實現所需水準之純度且容易實施。
本發明係關於用於純化二醇醚之方法。在各種實施例中，本發明可將二醇醚純化至極低的金屬離子及其他污染物含量。在一些實施例中，本發明有利地提供與先前方法相比更易於實施的用於純化二醇醚之方法。
在一個實施例中，用於純化二醇醚之方法包含（a）將二醇醚提供至第一容器中，該二醇醚在一巴下具有正常沸點且該二醇醚具有下式： R 1-O-(CHR 2CHR 3)O) nR 4其中R 1為具有1至9個碳原子之烷基或苯基；其中R 2及R 3各自單獨地為氫、甲基或乙基，其限制條件為當R 3為甲基或乙基時，R 2為氫，且其限制條件為當R 2為甲基或乙基時，R 3為氫；其中R 4為氫、具有1至4個碳原子之烷基、乙醯基或丙醯基；且其中n為1至3之整數；（b）用惰性氣體填充第一容器；（c）將第一容器中之二醇醚加熱至亞沸騰溫度，其中亞沸騰溫度比正常沸點低至少15℃；（d）在第二容器中冷卻來自第一容器之蒸氣以提供液體；且（e）使二醇醚與包含陽離子交換樹脂及陰離子交換樹脂的離子交換樹脂之混合床接觸。
本發明之各種實施例更詳細地描述於以下實施方式中。
如整個本說明書中所用，除非上下文另外明確指示，否則下文給出之縮寫具有以下含義：BV/小時=床體積/小時， μm=微米，nm=奈米（s），g=公克；mg=毫克；L=公升； mL=毫升；ppm=百萬分之一；ppb=十億分之一；ppt=兆分率； m=米（s）；mm=公釐（s）；cm=厘米（s）；min=分鐘（s）；s=秒（s）； hr =小時（s）；℃=攝氏度（s）；%=百分比，vol %=容積百分比；及 wt %=重量百分比。
一般而言，本發明係關於用於純化二醇醚之方法。可使用此類方法純化之二醇醚包括二醇醚乙酸酯且具有下式： R 1-O-(CHR 2CHR 3)O) nR 4其中R 1為具有1至9個碳原子之烷基或苯基；其中R 2及R 3各自單獨地為氫、甲基或乙基，其限制條件為當R 3為甲基或乙基時，R 2為氫且其限制條件為當R 2為甲基或乙基時，R 3為氫；其中R 4為氫、具有1至4個碳原子之烷基、乙醯基或丙醯基；且其中n為1至3之整數。可根據本發明之各種實施例純化之二醇醚的實例包括丙二醇甲醚、二丙二醇甲醚、三丙二醇甲醚、丙二醇乙醚、丙二醇丙醚、乙二醇丙醚、乙二醇丁醚、二甘醇甲醚、二甘醇乙醚、二甘醇丙醚、二甘醇丁醚、丙二醇甲醚乙酸酯、二丙二醇甲醚乙酸酯、二丙二醇甲醚二乙酸酯及其混合物。
在表徵用於本發明方法之二醇醚中重要的特性當中為正常沸點。如本文所用，「正常沸點」為在一巴下量測之二醇醚的沸點。
在一個態樣中，用於純化二醇醚（如本文所描述）之方法包含（a）向第一容器提供乙二醇醚；（b）用惰性氣體填充第一容器；（c）將第一容器中之二醇醚加熱至亞沸騰溫度，其中亞沸騰溫度比二醇醚之正常沸點低至少15℃；（d）在第二容器中冷卻來自第一容器之蒸氣以提供液體；（e）使二醇醚與包含陽離子交換樹脂及陰離子交換樹脂之離子交換樹脂的混合床接觸。在一些實施例中，步驟（c）及（d）在步驟（e）之前進行，其中步驟（e）中之二醇醚為來自步驟（d）之液體。換言之，在此類實施例中，在離子交換之前進行亞沸騰分離。在其他實施例中，步驟（e）在步驟（a）-（d）之前進行，其中將離開離子交換樹脂之混合床之二醇醚提供至步驟（a）中之第一容器。換言之，在此類實施例中，離子交換步驟發生在亞沸騰分離之前。
在一些實施例中，在完成方法步驟之後，二醇醚中之Li、Na、Mg、K、Ca、Al、Fe、Ni、Zn、Cu、Cr、Mn、Co、Sr、Ag、Cd、Cs、Ba、Pb及Sn之濃度各自為1 ppb或更低。在一些實施例中，在完成方法步驟之後，二醇醚中之Li、Na、Mg、K、Ca、Al、Fe、Ni、Zn、Cu、Cr、Mn、Co、Sr、Ag、Cd、Cs、Ba、Pb及Sn之濃度各自為100 ppt或更低。
在一些實施例中，第一容器中之水含量及氧含量各自小於20 ppm。
在一些實施例中，陽離子交換樹脂為弱酸性陽離子交換樹脂，且陰離子交換樹脂為弱鹼性陰離子交換樹脂。在一些其他實施例中，弱酸性陽離子交換樹脂為大網狀型樹脂，且弱鹼性陰離子交換樹脂為大網狀型樹脂。在一些其他實施例中，大網狀型樹脂之基質材料係選自由以下組成之群組：交聯苯乙烯-二乙烯基苯共聚物、交聯丙烯酸(甲基丙烯酸)-二乙烯基苯共聚物或其混合物。在一些其他實施例中，弱酸性陽離子交換樹脂之弱酸性官能基係選自由以下組成之群組：弱酸性羧酸基、弱酸性膦酸基、弱酸性酚基及其混合物。在一些其他實施例中，弱鹼性陰離子交換樹脂之弱鹼性官能基係選自由以下組成之群組：一級胺基、二級胺基、三級胺基及其混合物。
在一些實施例中，陽離子交換樹脂為強酸性陽離子交換樹脂，且陰離子交換樹脂為強鹼性陰離子交換樹脂。
本發明之方法包括亞沸騰步驟。亞沸騰步驟涉及將二醇醚加熱至比二醇醚之正常沸點低至少15℃之溫度。首先，將二醇醚提供至第一容器中。第一容器隨後用惰性氣體，諸如氮氣或氬氣填充。惰性氣體之純度為至少99.999%。當惰性氣體流動至第一容器中時，其應穿過氣體過濾器以去除粒子及灰塵，以維持氣體之純度。另外，基於本文中之教示，使用本領域中一般熟習此項技術者已知之技術將水含量及氧含量控制在小於20 ppm。隨後將第一容器之內含物加熱至與二醇醚之正常沸點相比低15℃之亞沸騰溫度的溫度。在第一容器中加熱二醇醚產生蒸氣。蒸氣經由管道或其他導管自第一容器流出至第二容器中。在第二容器中，允許蒸氣自然地冷卻且冷凝成液體。對於本文所考慮之二醇醚，第二容器中之液體溫度應保持不高於20℃。因此，在一些實施例中，亞沸騰程序包含（a）將二醇醚提供至第一容器；（b）用惰性氣體填充第一容器；（c）將第一容器中之二醇醚加熱至亞沸騰溫度，其中亞沸騰溫度比二醇醚之正常沸點低至少15℃；及（d）在第二容器中冷卻來自第一容器之蒸氣以提供液體。
若先前已在亞沸騰之前對二醇醚進行離子交換，則可收集經純化之二醇醚以供使用。若二醇醚尚未通過離子交換程序，則在亞沸點步驟中來自第二容器之二醇醚可前進至離子交換程序，如本文進一步描述。
本發明之離子交換部分包括使用離子交換樹脂之混合床。離子交換樹脂之混合床係指至少以下之混合物：（1）陽離子交換樹脂及（2）陰離子交換樹脂。在一些實施例中，用於離子交換樹脂之混合床中之陽離子交換樹脂為弱酸性陽離子交換樹脂，且用於離子交換樹脂之混合床中之陰離子交換樹脂為弱鹼性陰離子交換樹脂。在一些實施例中，用於離子交換樹脂之混合床中之陽離子交換樹脂為強酸性陽離子交換樹脂，且用於離子交換樹脂之混合床中之陰離子交換樹脂為強鹼性陰離子交換樹脂。在二醇醚為可水解二醇醚酯之一些實施例中，離子交換樹脂之混合床中所用之陽離子交換樹脂為強酸性陽離子交換樹脂，且離子交換樹脂之混合床中所用之陰離子交換樹脂為弱鹼性陰離子交換樹脂，但在其他實施例中亦可使用與弱鹼性陰離子交換樹脂組合之弱酸性陽離子交換樹脂。
通常已知，凝膠型樹脂之溶脹程度視溶劑之溶解度參數而定；且大網狀（MR）型樹脂在有機溶劑中在尺寸上穩定，例如如「離子交換樹脂在除水以外之溶劑中的行為-溶脹及交換特徵（Behavior of Ion Exchange Resins in Solvents Other Than Water - Swelling and Exchange Characteristics）」, George W. Bodamer及Robert Kunin, Ind. Eng. Chem., 1953, 45 (11), 第2577-2580頁中所描述。在一個較佳實施例中，可用於本發明中之展現「尺寸穩定性」之離子交換樹脂係指其中有機溶劑中浸沒之離子交換樹脂之體積與水中浸沒之樹脂（亦即水合樹脂）之體積變化相比變化小於±10%的離子交換樹脂。
不限於任何特定理論，在凝膠型樹脂之情況下，假定金屬離子首先截留在離子交換珠粒之表面上，且隨後假定金屬離子擴散至聚合物珠粒之內部中。熟習此項技術者自用於離子交換樹脂之產品技術表中已知離子交換容量以化學等效物/單位體積表示，無論離子交換位點位於樹脂珠粒中之位置如何。當可充分利用離子交換容量時，最大化金屬去除能力及容量。樹脂珠粒中所吸收之溶劑將金屬離子攜帶至樹脂珠粒內部。若離子交換樹脂珠粒不吸收溶劑且樹脂分子緊密堆積，則金屬離子無法遷移至聚合物珠粒內部。樹脂溶脹程度指示吸收多少溶劑。由於凝膠型離子交換樹脂經設計以含有40%至大約(約) 60%之水合樹脂珠粒的水（亦即離子交換樹脂固有地具有對水或可與水混溶之溶劑的強親和力），離子交換樹脂之溶脹將隨著溶劑之疏水性提高而變得較不明顯，例如隨著混合樹脂之親水性溶劑之比率降低。當樹脂珠粒中缺乏溶劑存在時，位於樹脂珠粒內部之離子交換位點無法用於離子交換反應中。此導致金屬去除效率及金屬去除容量之降級。在極端情況下，僅位於樹脂珠粒之表面上的離子交換位點與疏水性溶劑接觸時才具有活性。
就MR型樹脂而言，由於位於珠粒表面上之大孔，樹脂具有更大表面積；原理為離子交換反應主要在位於樹脂珠粒表面上之孔中進行。另外，為了防止樹脂之大孔結構破壞，樹脂經設計以使樹脂珠粒之尺寸及表面形態穩定。使用MR型樹脂之益處為：甚至疏水性溶劑對離子交換樹脂之尺寸及表面形態具有極小的有害影響；且因此，可用於去除金屬之離子交換位點的數目不因溶劑之疏水性而改變，換言之，不會因為混合溶劑中之親水性溶劑與可水解溶劑之比率而改變。 弱酸性陽離子交換樹脂及弱鹼性陰離子交換樹脂
在一些實施例中，用於離子交換樹脂之混合床中之陽離子交換樹脂為弱酸性陽離子交換樹脂，且用於離子交換樹脂之混合床中之陰離子交換樹脂為弱鹼性陰離子交換樹脂。MR型離子交換樹脂用於本發明之一些實施例之混合樹脂床中之弱酸性陽離子交換樹脂及弱鹼性陰離子交換樹脂。MR型樹脂之基質材料可選自交聯苯乙烯-二乙烯基苯共聚物(苯乙烯-DVB)、丙烯酸(甲基丙烯酸)-二乙烯基苯共聚物；或其混合物。
適用於本發明之一些實施例之弱酸性陽離子交換樹脂包括例如具有至少一種弱酸性官能基之陽離子交換樹脂，諸如弱酸性羧酸基、弱酸性磷酸基、弱酸性酚基及其混合物。如本文所用，此類基團稱為「弱酸性基團」。
適用於本發明之一些商業弱酸性陽離子交換樹脂之例示性包括例如AMBERLITE™ IRC76及DOWEX™ MAC-3（其兩者均可購自DuPont）；及其混合物。
適用於本發明之弱鹼性陰離子交換樹脂包括例如陰離子交換樹脂，其具有至少一種弱鹼性官能基，諸如一級、二級或三級胺（通常為二甲基胺）基，或其混合物。如本文所用，此類基團稱為「弱鹼性基團」。
適用於本發明之一些商業弱鹼性陰離子交換樹脂之例示性包括例如作為MR型苯乙烯聚合物基質之實例的AMBERLITE™ IRA98、AMBERLITE™ 96SB及AMBERLITE™ XE583；及作為膠型丙烯酸聚合物基質之實例的AMBERLITE™ IRA67（其皆可購自DuPont）；及其混合物。
在一個較佳實施例中，在本發明之混合樹脂床中使用弱酸性陽離子交換樹脂可使由離子交換之副反應產生之有機雜質減至最少。
通常，弱酸性陽離子交換樹脂基團對金屬陽離子之親和力比對強酸性陽離子交換樹脂基團低。已發現當使用弱酸性陽離子交換樹脂作為單床時，弱酸性陽離子交換樹脂基團之金屬去除效率比強酸陽離子交換樹脂基團低。此外，已發現藉由混合弱酸性陽離子交換樹脂與弱鹼性陰離子交換樹脂，可達成自親水性溶劑及可水解溶劑兩者之極佳金屬去除能力。
使用陽離子交換樹脂及陰離子交換樹脂之混合樹脂床之益處之一為此類混合樹脂床提供比單一陽離子交換樹脂床高的自溶劑去除金屬之能力。金屬離子去除之機制為陽離子交換反應。當金屬離子在陽離子交換樹脂中經吸收時，釋放質子。因為離子交換反應為平衡反應，所以藉由自反應系統去除質子，可達成高效之金屬離子去除。此外，自由質子可引起各種副反應。在混合樹脂床中，歸功於陰離子交換樹脂之作用，自反應系統中和及去除質子。抗衡陰離子通常與金屬陽離子一起存在。在強鹼性陰離子交換樹脂之情況下，陰離子交換樹脂可吸收抗衡陰離子且釋放羥基離子，且自陽離子交換反應釋放之質子與自陰離子交換反應釋放之羥基離子反應且形成水分子。然而，若將水添加至可水解溶劑中，則水可為用於水解反應之燃料。
使用含有弱鹼性陰離子交換樹脂之混合樹脂調配物之優勢包括例如此類混合樹脂床使可水解溶劑之水解分解降至最低。當待純化之溶劑與陽離子交換樹脂接觸時，照常釋放質子，且釋放之質子與弱鹼性基團內氮原子之未共用電子對締合。藉由吸收質子，弱鹼性基團具有正電荷。隨後陰離子雜質由於電中性需求而結合至弱鹼性基團。因此，非所需組分（諸如水）不藉由本發明之純化方法產生。因此，在離子交換樹脂之混合床中使用弱鹼性陰離子交換樹脂提供可水解有機溶劑之純化而不會發生不期望水解。
使用含有弱酸性陽離子交換樹脂之混合樹脂調配物之優勢包括例如此類混合樹脂床使可由陽離子交換樹脂定位引起之水解分解風險降至最低。陽離子交換樹脂之部分定位可在樹脂床中混合物之均一性在樹脂床構造方法期間由於離子交換樹脂之沈積速度差異而崩塌時發生。陽離子交換樹脂之定位可增加在純化溶劑期間諸如水解之副反應之風險，因為自陽離子交換反應釋放之質子為活性的直至經中和，且所產生之雜質即使在質子失活之後仍不可逆。即使發生定位，弱酸性陽離子交換樹脂可降低水解風險。
弱酸性陽離子交換樹脂與弱鹼性陰離子交換樹脂之珠粒尺寸之分佈包括例如在一個實施例中100 μm至2,000 μm，在另一實施例中200 μm至1,000 μm，且在另一實施例中400 μm至700 μm之珠粒尺寸。在一個實施例中，MR型離子交換樹脂珠粒之孔徑包括例如1 nm至2,000 nm之孔徑。在凝膠型樹脂之情況下，珠粒之孔徑在一個實施例中包括例如0.01埃至20埃之孔徑。
MR型弱酸性陽離子交換樹脂與MR型弱鹼性陰離子交換樹脂之離子交換樹脂組合之摻合比率在一個實施例中包括例如以體積（或以化學等效物）計1:9至9:1之摻合比率；及在另一實施例中3:7至7:3。在較佳實施例中，陽離子交換樹脂:陰離子交換樹脂之摻合比率為5:5。若使用高於9:1之陽離子:陰離子交換樹脂之摻合比率或若使用低於1:9之陽離子:陰離子交換樹脂的摻合比率，則金屬去除速率將顯著降低。 強酸性陽離子交換樹脂及強鹼性陰離子交換樹脂
在一些實施例中，離子交換樹脂之混合床包含強酸性陽離子交換樹脂及強鹼性陰離子交換樹脂。利用強酸性陽離子交換樹脂及強鹼性陰離子交換樹脂之混合床可適用於除二醇醚乙酸酯以外之二醇醚，因為強酸性陽離子交換樹脂及強鹼性陰離子交換樹脂之一些組合可引起二醇醚乙酸酯之水解。
在此類實施例中，強酸性陽離子交換樹脂為氫(H)形式強酸性陽離子交換樹脂，其包括附接至形成樹脂珠粒之聚合物分子的陽離子交換基團。此類H形式強酸性陽離子交換基團之實例包括磺酸。諸如磺酸之H形式強酸性陽離子交換基團與親水性有機溶劑中之陽離子雜質交換而易於釋放質子(H +)。陽離子交換樹脂之樹脂珠粒為由包含苯乙烯及二乙烯苯之組合物形成之通常呈球形之聚合物。因此，在一些實施例中，H形式強酸性陽離子交換樹脂包含附接至由包含苯乙烯及二乙烯苯之組合物形成之聚合物分子的磺酸。
離子交換樹脂之混合床中所用之此類強酸性陽離子交換樹脂的水分保持能力為40至55 wt%。保濕量係指當離子交換樹脂呈水合狀態（在水中膨脹）時離子交換樹脂中水的量。保濕量隨多種因素而變化，主要為鹼樹脂之化學結構（苯乙烯型或丙烯酸型）、鹼樹脂之交聯程度、鹼樹脂珠粒之形態類型（凝膠型或MR型）及離子交換樹脂珠粒之尺寸、陽離子交換基團之群體。在一些較佳實施例中，在水合狀態下強酸性陽離子交換樹脂之保濕量為45至50 wt%。如本文所用，藉由以下方法計算保濕量：藉由比較乾燥之前及之後離子交換樹脂之重量計算強酸性陽離子交換樹脂中之水含量。乾燥條件在105℃下在20 mmHg真空下持續15小時，隨後在乾燥器中冷卻2小時。基於水合狀態離子交換樹脂之乾燥之後的脫脂重量用於基於下式測定保濕量： 保濕量=（水合離子交換樹脂之重量-離子交換樹脂原材料之重量）×100/水合離子交換樹脂之重量
關於此類實施例中用於離子交換樹脂之混合床中的強鹼性陰離子交換樹脂，強鹼性陰離子交換樹脂具有附接至樹脂珠粒之陰離子交換基團。在一些實施例中，強鹼性陰離子交換樹脂包含附接至形成陰離子交換樹脂珠粒之聚合物分子之三甲基銨基團（稱作I型）或二甲基乙醇銨基團（II型）。強鹼性陰離子交換樹脂釋放與親水性有機溶劑中之陰離子污染物交換之羥基離子(OH -)。陰離子交換樹脂之樹脂珠粒亦為由包含苯乙烯及二乙烯苯之組合物形成的具有正常球形形狀之聚合物。因此，在一些實施例中，強鹼性陰離子交換樹脂在由包含苯乙烯及二乙烯苯之組合物形成的樹脂珠粒上包含三甲基銨及/或二甲基乙醇銨基團。儘管強鹼性陰離子交換樹脂之保濕量不受特別限制，但在一些較佳實施例中，當如上文所描述量測時，保濕量為55至65 wt%。
在其中混合床包含強酸性陽離子交換樹脂及強鹼性陰離子交換樹脂之一些實施例中，樹脂為凝膠型樹脂。如本文所用，且如離子交換樹脂領域中通常所理解，凝膠型樹脂係指具有極低孔隙率（小於0.1 cm 3/g）、小平均孔徑（小於1.7 nm）及低B.E.T.表面積（小於10 m 2/g）之樹脂。孔隙氯、平均孔徑及B.E.T.表面積可藉由ISO 15901-2中所示之氮氣吸附方法量測。此類離子交換樹脂不同於具有大網狀結構之大孔型離子交換樹脂（MR型離子交換樹脂）及明顯大於凝膠型離子交換樹脂之孔隙率的大孔徑。
在一些實施例中，當使用離子交換樹脂之混合床時，強酸性陽離子交換樹脂與強鹼性陰離子交換樹脂之比率通常為離子交換基團之當量比1:9至9:1。較佳地，比率為2:8至8:2。 強酸性陽離子交換樹脂及弱鹼性陰離子交換樹脂
在一些實施例中，離子交換樹脂之混合床包含強酸性陽離子交換樹脂及弱鹼性陰離子交換樹脂。利用強酸性陽離子交換樹脂及弱鹼性陰離子交換樹脂之混合床可適用於可水解二醇醚酯，諸如丙二醇甲醚乙酸酯、二丙二醇甲醚乙酸酯及二丙二醇甲醚二乙酸酯。在此類實施例中，強酸性陽離子交換樹脂及弱鹼性陰離子交換樹脂可為本文所揭示之彼等交換樹脂中之任一者。
「純度損失」藉由習知方法量測，諸如藉由氣相層析-火焰電離偵測器（GC-FID）；且溶劑之顏色特性不會受離子交換方法不利地影響，亦即藉由使用本發明之離子交換樹脂，溶劑之顏色不會增加。舉例而言，藉由使用Pt-Co色度計及ASTM D5386中所描述之方法量測「顏色」。
當使二醇醚與離子交換樹脂之混合床接觸時，可使用用於使液體與離子交換樹脂接觸之任何已知習知方法。舉例而言，可將離子交換樹脂之混合床囊封於柱中且二醇醚可自柱之頂部傾倒經由離子交換樹脂之混合床。在方法之接觸步驟（b）中，穿過混合樹脂床之二醇醚之流動速率在一個實施例中可為例如1 BV/小時至100 BV/小時，且在另一實施例中1 BV/小時至50 BV/小時。若穿過混合樹脂床之二醇醚之流動速率高於100 BV/小時，則金屬移除速率將降低；且若穿過混合樹脂床之二醇醚之流動速率低於1 BV/小時，則純化生產率將降低；否則，將需要較大樹脂床以獲得目標生產產出率。如本文所用，「BV」意謂床體積，且係指與相同量的離子交換樹脂之水合濕式混合床接觸的液體的量。舉例而言，若使用120 mL之離子交換樹脂之水合濕式混合床，則1 BV意謂120 mL之二醇醚與離子交換樹脂之混合床接觸。藉由流動速率（mL/小時）除以床體積（mL）計算「BV/小時」。
一般而言，在使二醇醚與離子交換樹脂之混合床接觸之步驟期間的方法之溫度在一個實施例中可包括例如0℃至100℃，在另一實施例中10℃至60℃，且在另一實施例中20℃至40℃。若溫度高於100℃，則樹脂將受損；且若溫度低於0℃，則一些待處理之二醇醚可凍結。
適用於本發明之弱酸性陽離子交換樹脂及弱鹼性陰離子交換樹脂可最初含有水（在與水平衡之條件下經水溶脹）。水充當用於水解反應之燃料，其在酸性條件下發生。因此，在較佳實施例中，水在溶劑處理之前自離子交換樹脂去除水。在一個通用實施例中，陽離子交換樹脂中之水含量及水在陰離子交換樹脂中之含量在使用之前分別減少至10 wt%或更少（亦即，對於各樹脂）；且在另一實施例中之各樹脂中減少至5 wt%或更少。在一個實施例中，自離子交換樹脂去除水之通用方法包括例如藉由與可與水混溶之溶劑溶合。在進行上述方法時，將樹脂浸入水混溶性溶劑中直至達成平衡。隨後，樹脂再次浸入淡水混溶性溶劑中。藉由將樹脂重複浸入可與水混溶之溶劑中，可達成水去除。在另一實施例中，自離子交換樹脂去除水之通用方法包括例如藉由在使離子交換樹脂與有機溶劑接觸之前乾燥陽離子交換樹脂及陰離子離子交換樹脂。可使用熟習此項技術者已知之技術選擇乾燥裝置及條件，諸如用於乾燥離子交換樹脂之溫度、時間及壓力。舉例而言，離子交換樹脂可在烘箱中在減壓條件下在60℃至120℃之溫度下加熱例如1小時至48小時之時段。可藉由比較在105℃下加熱樹脂15小時前後離子交換樹脂之重量來計算水含量。
圖1說明一種用於純化根據本發明之一個實施例之二醇醚的方法。在圖1中所展示之實施例中，方法包括亞沸騰步驟，隨後離子交換步驟。如上文所指出，在其他實施例中，可首先為離子交換步驟，隨後亞沸騰步驟。轉向圖1中所示之實施例之操作，二醇醚在材料入口10處負載至亞沸騰容器5中。亞沸騰容器5隨後用惰性氣體，諸如氮氣及/或氬氣填充。在一些實施例中，惰性氣體之純度為至少99.999%。為了去除粒子及灰塵且保持惰性氣體清潔，惰性氣體穿過氣體過濾器15。容器內部之水含量及氧含量經控制以使得各自小於20 ppm。將亞沸騰容器5中之二醇醚加熱至二醇醚之亞沸騰溫度，其中亞沸騰溫度比二醇醚之正常沸點低至少15℃。在一些實施例中，亞沸騰容器5中之壓力可在真空下或在環境壓力下。在一些實施例中，壓力可高於環境壓力，例如歸因於氣體入口壓力。亞沸騰容器包括壓力釋放閥門以防止壓力積聚（例如，針對安全性）及氣體過濾器以防止粒子在壓力（氣體）自亞沸騰容器5釋放時進入空氣。在亞沸騰容器中加熱二醇醚產生蒸氣，其隨後流入冷卻容器20中。在冷卻容器20中，蒸氣在自然冷卻之後冷凝成液體。在一些實施例中，冷卻容器20中之液體之溫度不超過90℃。自冷卻容器20，可經由離子交換柱25泵抽二醇醚以進一步減少金屬含量。離子交換柱裝載有包含如上文所描述之陽離子交換樹脂及陰離子交換樹脂的離子交換樹脂之混合床。在一些實施例中，二醇醚穿過離子交換柱之流動速率每小時不超過50個床體積。在離開離子交換柱25時，經純化之二醇醚可儲存於儲罐30中。在最終儲存容器處收集樣品。
在一些實施例中，整個系統包括亞沸騰容器5、冷卻容器20、離子交換柱25、儲罐30及所有連接管道之整個系統由具有電鍍之SAE 316L級不鏽鋼製成，或由超純全氟烷氧基烷烴(PFA)或聚四氟乙烯(PTFE)聚合物製成。視情況，在一些實施例中，此類結構材料可為可耐受高於250℃之溫度的防熱材料，其中內表面塗佈有具有至少2 mm之塗層厚度的超純PFA或PTFE。
在一個通用實施例中，當進料溶劑含有典型金屬水準時，在上述方法（亞沸騰及離子交換）之後，二醇醚之靶向金屬含量小於10 ppb（十億分之一）。所獲得之二醇醚包括非常低含量之金屬及非金屬離子污染物。金屬污染物可包括例如Li、Na、Mg、K、Ca、Al、Fe、Ni、Zn、Cu、Cr、Mn、Co、Sr、Ag、Cd、Cs、Ba、Pb及Sn。在各種實施例中，此等金屬污染物中之各者之濃度可為1 ppb或更低。因此，使用本發明方法獲得之二醇醚可適用於需要超純溶劑之應用，諸如用於製造藥品及電子材料，且尤其用於例如半導體製造方法中。金屬之高去除速率對於達成超純溶劑為必要的。在一些實施例中，本發明之方法有利地提供自饋入至方法之二醇醚以上所列之金屬之總和的大於80%之金屬去除效率。在一些實施例中，本發明之方法有利地提供自饋入至方法之二醇醚以上所列之金屬之總和的超過90%之金屬去除效率。在一些實施例中，本發明之方法有利地提供自饋入至方法之二醇醚以上所列之金屬之總和的超過99%之金屬去除效率。
亦需要離子交換處理之後的溶劑之純度變化儘可能低，如藉由習知方法（諸如藉由GC-FID）所量測。舉例而言，在一個通用實施例中，有機溶劑之純度變化為0%（%）或低於偵測儀器之偵測極限之水準（例如，視GC偵測器之選擇、柱之選擇及其他量測條件之選擇而定，接近0%，諸如0.00001%）。在其他實施例中，在離子交換處理之後溶劑之純度變化在一個實施例中例如小於0.05%；且在另一實施例中小於0.01%。 實例
本發明之一些實施例將詳細描述於以下實例中。然而，呈現以下實例以進一步詳細闡明本發明，但不應將其解釋為限制申請專利範圍之範疇。除非另外指出，否則所有份數及百分比均以重量計。
用於本發明實例（「IE」）及比較實例（「CE」）中之各種術語及名稱解釋如下： 「DVB」表示二乙烯基苯。 「MR」表示大網狀。 「BV/小時」表示床體積/小時（s）。
實例中所用之各種原材料或成分解釋如下：
DOWANOL™為可商購自陶氏化學公司（Dow Chemical Company）之丙二醇甲醚（PGME）。
DOWANOL™ PMA為丙二醇甲醚乙酸酯（PGMEA），可購自陶氏化學公司之溶劑。
CARBITOL™溶劑為可商購自陶氏化學公司之二乙二醇乙醚。
AMBERLITE IRC76為可商購自DuPont之弱酸性陽離子交換樹脂。AMBERLITE IRA98為可商購自DuPont之弱鹼性陰離子交換樹脂。關於此等離子交換樹脂之額外細節提供於表1中： 表1
   AMBERLITE IRC76 AMBERLITE IRA98
類型 弱酸性陽離子 弱鹼性陰離子
外觀 黃至棕色半透明 琥珀色半透明
形式 大網狀 大網狀
基質 聚丙烯酸酯 苯乙烯-DVB
官能基 羧酸，-COOH 三甲胺， -CH 2N(CH 3) 2
離子 H+ 游離鹼
總體積容量 3.9 eq/L 1.35 eq/L
保濕量 52-58 % 54-63 %
粒徑 675±75 μm 590±100 μm
對於本發明實例，首先進行亞沸騰步驟。本發明實例7及8亦經歷如下文進一步論述之離子交換步驟。包括亞沸騰容器、冷卻容器、離子交換柱、瓶及連接管道之整個系統均由全氟烷氧基烷烴（PFA）材料製成。
用於亞沸騰之容器的體積為四公升。將加熱碗置放於該亞沸騰容器下方以加熱容器中之材料。將具有加熱碗之亞沸騰容器置放於填充有超純氬氣（分析99.999%）之手套箱中以控制氧氣及濕氣＜5 ppm。粒子控制係在100級潔淨室水準。壓力為約1.5巴。
表2展示本發明實例（IE1-IE8）所測試之二醇醚以及亞沸騰溫度。亞沸騰溫度比二醇醚之正常沸點低至少15℃。比較實例（CE1-CE4）不經歷亞沸騰或離子交換。 表 2
   二醇醚 （沸點） 亞沸騰溫度（℃ ）
比較實例1 DOWANOL™ PM (120℃) -
比較實例2 DOWANOL™ PMA (146℃) -
比較實例3 CARBITOL™溶劑 (196℃) -
比較實例4 DOWANOL™ PMA -
本發明實例1 DOWANOL™ PM 50
本發明實例2 DOWANOL™ PM 70
本發明實例3 DOWANOL™ PMA 40
本發明實例4 DOWANOL™ PMA 80
本發明實例5 CARBITOL™溶劑 70
本發明實例6 CARBITOL™溶劑 90
本發明實例7 DOWANOL™ PMA 80
本發明實例8 DOWANOL™ PMA 80
對於本發明實例，將三公升指定二醇醚添加至容器中。將二醇醚加熱至表2中所指定之亞沸騰溫度。由於加熱，蒸氣形成於亞沸騰容器中且流出亞沸騰容器之頂部直至維持在20℃或更低之溫度下之四公升冷卻容器。在冷卻容器中，蒸氣冷凝成液體。對於本發明實例1-6，收集來自冷卻容器之樣品且測試金屬含量及水含量。使用卡爾費歇爾滴定（Karl Fischer titration）根據ASTM E203量測水含量。溶劑樣品中金屬之濃度藉由購自安捷倫技術（Agilent Technology）之習知設備，諸如ICP-MS（電感耦合電漿-質譜）儀器分析；且分析結果描述於下表中。原始金屬含量（濃度）及金屬元素比率因進料溶劑批次而異。
本發明實例7-8如下穿過離子交換柱。離子交換柱具有100毫升之體積。將10毫升離子交換樹脂之混合床裝載至離子交換柱中。離子交換樹脂之混合床為50%之弱酸性陽離子樹脂（AMBERLITE IRC76）及50%之弱鹼性陰離子樹脂（AMBERLITE IRA98）。亞沸騰二醇醚之流動速率對於本發明實例7為10個床體積/小時，且對於本發明實例8為30個床體積/小時。在穿過離子交換柱之後，在樣品瓶中收集二醇醚，且如上文所描述量測水含量及金屬含量。
水含量量測值及金屬含量量測值展示於表3中： 表 3
特性 CE1 CE2 CE3 CE4 IE1 IE2 IE3 IE4 IE5 IE6 IE7 IE8
水含量（ppm） 930 913 975 603 740 447 865 629 858 861 526 501
鈉（ppb）       431                0.25 0.19      
鈉去除率（%）                         99.9 99.9      
鎂（ppb）       2.65                0.00 0.01      
鎂去除率（%）                         100 99.9      
鉀（ppb）       32.2                0.28 0.16      
鉀去除率（%）                         99.1 99.5      
鈣（ppb）       6.63                0.03 0.22      
鈣去除率（%）                         99.5 96.7      
錳（ppb）       1.67                0.00 0.00      
錳去除率（%）                         100 100      
鐵（ppb）       3.43                0.07 0.11      
鐵去除率（%）                         98.0 96.8      
鋅（ppb）       53.0                0.18 0.18      
鋅去除率（%）                         99.7 99.7      
總金屬（ppb） 2.85 3.69 532 8.95 0.29 0.32 0.72 0.62 1.09 1.13 0.65 0.61
總金屬去除率（%）             89.7 88.7 80.6 83.1 99.8 99.8 92.7 93.2
總金屬含量包括Li、Na、Mg、Al、K、Ca、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Sr、Ag、Cd、Sn、Cs、Ba及Pb。
如表3中所示，與未經純化之相對比較實例相比，本發明實例中之每一者含有少得多的金屬及水。本發明實例中之每一者之金屬去除率超過80%。當初始金屬濃度為數百ppb含量時，金屬去除率可達成高於99%（參見例如發明實例5及發明實例6）。如本發明實例7及8所示，亞沸騰步驟結合使用陽離子及陰離子交換樹脂之混合床之離子交換可去除比僅使用亞沸騰步驟更多的金屬。
5:亞沸騰容器 10:材料入口 15:氣體過濾器 20:冷卻容器 25:離子交換柱 30:儲罐
圖1為說明根據本發明之一個實施例的用於純化二醇醚之方法的流程圖。
5:亞沸騰容器
10:材料入口
15:氣體過濾器
20:冷卻容器
25:離子交換柱
30:儲罐

Claims (10)

  1. 一種用於純化二醇醚之方法，該方法包含： （a）將二醇醚提供至第一容器中，該二醇醚在一巴下具有正常沸點且該二醇醚具有下式： R 1-O-(CHR 2CHR 3)O) nR 4； 其中R 1為具有1至9個碳原子之烷基或苯基；其中R 2及R 3各自單獨地為氫、甲基或乙基，其限制條件為當R 3為甲基或乙基時，R 2為氫，且其限制條件為當R 2為甲基或乙基時，R 3為氫；其中R 4為氫、具有1至4個碳原子之烷基、乙醯基或丙醯基；且其中n為1至3之整數； （b）用惰性氣體填充該第一容器； （c）將該第一容器中之該二醇醚加熱至亞沸騰溫度，其中該亞沸騰溫度比正常沸點低至少15℃； （d）在第二容器中冷卻來自該第一容器之蒸氣以提供液體；及 （e）使該二醇醚與包含陽離子交換樹脂及陰離子交換樹脂的離子交換樹脂之混合床接觸。
  2. 如請求項1之方法，其中步驟（c）及（d）係在步驟（e）之前進行，且其中步驟（e）中之該二醇醚係在來自步驟（d）之該液體中。
  3. 如請求項1之方法，其中步驟（e）係在步驟（a）至（d）之前進行，且其中將離開該離子交換樹脂之混合床的二醇醚提供至步驟（a）中之該第一容器中。
  4. 如前述請求項中任一項之方法，其中在完成該等方法步驟之後，該二醇醚中之Li、Na、Mg、K、Ca、Al、Fe、Ni、Zn、Cu、Cr、Mn、Co、Sr、Ag、Cd、Cs、Ba、Pb及Sn之濃度各自為1 ppb或更小。
  5. 如前述請求項中任一項之方法，其中該第一容器中之水含量及氧含量各自小於20 ppm。
  6. 如前述請求項中任一項之方法，其中該等陽離子交換樹脂為弱酸性陽離子交換樹脂，且其中該等陰離子交換樹脂為弱鹼性陰離子交換樹脂。
  7. 如前述請求項中任一項之方法，其中該弱酸性陽離子交換樹脂為大網狀型樹脂，且該弱鹼性陰離子交換樹脂為大網狀型樹脂。
  8. 如請求項7之方法，其中該等大網狀型樹脂之基質材料係選自由以下組成之群組：交聯苯乙烯-二乙烯基苯共聚物、交聯丙烯酸(甲基丙烯酸)-二乙烯基苯共聚物或其混合物。
  9. 如前述請求項中任一項之方法，其中該等弱酸性陽離子交換樹脂之弱酸性官能基係選自由以下組成之群組：弱酸性羧酸基、弱酸性膦酸基、弱酸性酚基及其混合物。
  10. 如前述請求項中任一項之方法，其中該等弱鹼性陰離子交換樹脂之弱鹼性官能基係選自由以下組成之群組：一級胺基、二級胺基、三級胺基及其混合物。
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