一種環(huán)保、高效的聚碳硅烷制備新方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種環(huán)保、高效的聚碳硅烷制備方法，包括以下步驟：以反應(yīng)物二甲基二氯硅烷和金屬鈉在有機(jī)溶劑中反應(yīng)制得聚硅烷，脫除溶劑和用醇與殘余金屬鈉反應(yīng)后，直接投入裂解釜制備低分子量液態(tài)環(huán)狀聚硅烷，再由液態(tài)環(huán)狀聚硅烷最終制得聚碳硅烷；該方法特點(diǎn)：避免了現(xiàn)有生產(chǎn)聚碳硅烷工藝路線中，對(duì)聚硅烷進(jìn)行多次水洗和干燥這兩個(gè)耗時(shí)長和產(chǎn)生工業(yè)廢水的工序，同時(shí)在制備液態(tài)環(huán)狀聚硅烷過程中二次回收吸附在聚硅烷中的溶劑和醇。中試試驗(yàn)的數(shù)據(jù)表明，采用該制備方法生產(chǎn)周期比現(xiàn)有技術(shù)節(jié)省30～50％時(shí)長，溶劑回收率提高10～20％，無含苯類有機(jī)溶劑的工業(yè)廢水產(chǎn)生，凈化了工作環(huán)境，反應(yīng)殘留物為蓬松固體殘?jiān)?，極易從反應(yīng)釜中清理。
【專利說明】一種環(huán)保、高效的聚碳硅烷制備新方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于陶瓷材料生產(chǎn)中所需先驅(qū)體的制備技術(shù)，具體涉及一種有機(jī)硅聚合物先驅(qū)體的制備技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法制備陶瓷材料是材料制造領(lǐng)域的一次重要變革，該法以有機(jī)金屬聚合物為先驅(qū)體，利用其可溶或可熔特性成型后，經(jīng)高溫裂解使之從有機(jī)物轉(zhuǎn)化成無機(jī)陶瓷材料，該法生產(chǎn)對(duì)反應(yīng)裝置要求低、投資成本低、生產(chǎn)效率高，適宜于規(guī)?；a(chǎn)；且所制的纖維直徑細(xì)、編制性能好，易于成型復(fù)雜構(gòu)件。另外，該法可通過分子設(shè)計(jì)改變先驅(qū)體的成分、結(jié)構(gòu)、晶態(tài)等，經(jīng)高溫裂解后獲得不同用途的產(chǎn)品。該法最早應(yīng)用于碳纖維的制備中，隨著各種新型有機(jī)硅聚合物先驅(qū)體的開發(fā)成功，該法也成功應(yīng)用于碳化硅(SiC)纖維和SiC陶瓷基復(fù)合材料基體、微納米粉、陶瓷涂層的制備中。
[0003]SiC纖維具有優(yōu)異的比強(qiáng)度、比模量、抗氧化、耐高溫等特性，是耐高溫復(fù)合材料的首選增強(qiáng)體，主要應(yīng)用于航空航天器的結(jié)構(gòu)部件、航空發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)鉁u輪機(jī)、原子能反應(yīng)堆壁等高【技術(shù)領(lǐng)域】。在SiC基復(fù)合材料制備過程中，聚碳硅烷(PCS)是應(yīng)用最成熟、最普遍的先驅(qū)體。PCS的合成方法很多，常見的方法有矢島法(Yajima法)、開環(huán)聚合法、去鹵偶合聚合法，目前這幾種方法中只有矢島法實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化。國內(nèi)常用矢島法工業(yè)合成PCS的過程是:一、以(CH3)2SiCl2為原料，在二甲苯中與金屬鈉發(fā)生Wurtz反應(yīng)制得粗產(chǎn)物，產(chǎn)物經(jīng)溶劑脫除、金屬鈉脫除、水洗、干燥得到聚二甲基硅烷(PDMS) ;二、在常壓、N2氣氛中，由PDMS直接高溫裂解合成PCS或通過兩步法合成PCS:將PDMS在320°C以上裂解生成低分子量液態(tài)環(huán)狀聚硅烷(CPS)，液態(tài)聚硅烷在350~470°C發(fā)生重排反應(yīng)合成PCS。因此聚二甲基硅烷是制備碳化硅陶瓷先驅(qū)體聚碳硅烷的基礎(chǔ)原料，控制PDMS的質(zhì)量對(duì)控制PCS的質(zhì)量進(jìn)而控制SiC纖維的質(zhì)量有重要的意義。
[0004]現(xiàn)有的PDMS生產(chǎn)過程中，通過Wurtz反應(yīng)制得粗產(chǎn)物后要經(jīng)過一系列的后處理步驟來提純:1、壓濾回收溶劑二甲苯；2、加入醇除去反應(yīng)物中過量鈉；3、多次水洗除去反應(yīng)副產(chǎn)物氯化鈉；4、自然干燥和真空烘干后得到成品?？梢姮F(xiàn)有PDMS生產(chǎn)工藝后處理過程耗時(shí)長，且水洗產(chǎn)物中含堿類、醇類和烷基苯類物質(zhì)，這些物質(zhì)為國標(biāo)GB8978-1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中有排放要求的物質(zhì)，因此廢水處理為工業(yè)生產(chǎn)PDMS時(shí)滿足環(huán)保要求首要考慮的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決現(xiàn)有工業(yè)生產(chǎn)PDMS生產(chǎn)周期長和環(huán)境污染問題，本發(fā)明提供了一種環(huán)保、高效的PDMS合成方法，該方法可大大縮短PDMS的后處理時(shí)間，提高溶劑的回收利用率，避免產(chǎn)生含污染物的水洗產(chǎn)物，具有生產(chǎn)效率高、節(jié)能環(huán)保的優(yōu)勢(shì)。
[0006]本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:
[0007](I)惰性氣氛中`，以硅烷(CH3)2SiCl2為原料，在溶劑中與金屬鈉脫氯縮合成以S1-Si為主鏈的產(chǎn)物聚硅烷；
[0008]
【權(quán)利要求】
1.一種環(huán)保、高效的聚碳硅烷制備方法，其特征在于: (1)惰性氣氛中，以硅烷(CH3)2SiCl2為原料，在溶劑中與金屬鈉脫氯縮合成以S1-Si為主鏈的產(chǎn)物聚硅烷；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種環(huán)保、高效的聚碳硅烷制備方法，其特征在于:上述產(chǎn)物聚碳硅烷包括含B、Al、Zr、Ti或Fe元素聚碳硅烷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種環(huán)保、高效的聚碳硅烷制備方法，其特征在于:上述惰性氣氛為高純N2、Ar。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種環(huán)保、高效的聚碳硅烷制備方法，其特征在于:所述溶劑為甲苯、二甲苯、正己烷或四氫呋喃或其混合溶劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種環(huán)保、高效的聚碳硅烷制備方法，其特征在于:上述醇類為甲醇、乙醇。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種環(huán)保、高效的聚碳硅烷制備方法，其特征在于:200~500 °C熱解重排時(shí)間10~40h。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述一種環(huán)保、高效的聚碳硅烷制備方法，其特征在于:470°C熱解重排時(shí)間12h。
【文檔編號(hào)】C08G77/60GK103554504SQ201310585828
【公開日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月21日
【發(fā)明者】杜亮, 董小虎, 馮春祥, 田秀梅 申請(qǐng)人:宿遷澳鑫斯新材料有限公司