一种聚碳硅烷的合成方法技术

一种聚碳硅烷的合成方法，它涉及一种以聚二甲基硅烷为原料制备聚碳硅烷的方法。本发明专利技术是为了解决现有合成聚碳硅烷产率低、热稳定性差的技术问题，本方法：一、在高压釜中，加入聚二甲基硅烷和铁粉，高压釜用二氧化碳气体置换3～6次，开始加热，1小时内升温，并保温，然后降温再重新加热，保温，然后冷却至室温；二、将步骤一反应所得的产物溶解在一定量的二甲苯中，过滤后得到澄清透明的溶液，加入相同体积的乙醇溶液，析出棕黄色固体产物，即得聚碳硅烷。本发明专利技术以聚二甲基硅烷，然后在高温高压下转变为聚碳硅烷，得到分子量分布窄，热稳定性好的聚碳硅烷。聚碳硅烷产率可达52.8％。本发明专利技术属于聚碳硅烷的合成领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种以聚二甲基硅烷为原料制备聚碳硅烷的方法。
技术介绍
随着科学技术的日新月异，越来越多的新材料进入到人们生活的各个领域。碳化硅纤维是一类新陶瓷纤维，和碳纤维相比，在耐高温、抗氧化方面都表现更优异的性能，在航天、航空、兵器、船舶和核工业等一些高
具有广泛的应用前景。碳化硅纤维的合成方法包括化学气相沉积法、微粉烧结法、碳纤维热还原法、先驱体法。其中先驱体法有两个突出的优点:1.生产工艺相对简单，已实现工业化;2.纤维性能好，通过改性性能提高潜力大。先驱体法制备碳化硅纤维的关键技术在于聚碳硅烷的性能，聚碳硅烷的合成研究已经成为材料领域的热点。聚碳硅烷是一类高分子化合物，其主链由硅和碳原子交替组成，硅和碳原子上连接有氢或有机基团，分子链为线形或枝化结构。对于聚碳硅烷，国内外有不同的合成方法，最常见的是常压高温法是指先将聚二甲基硅烷，在N2保护下加热至420°C，聚二甲基硅烷热解成为小分子硅烷产物(LPS)，然后将LPS加入合成装置中控制液相合成温度为450?470°C，反应一定时间后得到粗产品，经溶解、过滤、减压蒸馏得到淡黄色树脂状产物聚碳硅烷。该合成过程中还存在着产率较低，热稳定性差等缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有合成聚碳硅烷产率低、热稳定性差的技术问题，提供了。—种聚碳硅烷的合成方法按照以下步骤进行:一、在高压釜中，加入50g聚二甲基硅烷和0.5g 100目?200目的铁粉，高压釜用二氧化碳气体置换3?6次，开始加热，I小时内升温至260°C?270°C，并保温3?3.5小时，至高压釜内的压力为IMPa，然后降温至50°C?60°C，放出高压釜中的气体，再重新加热，4小时内升温至480 °C?560°C，在压力为4.8MPa?6MPa、温度为480 °C?560°C的条件下，保温1h?I Ih，然后冷却至室温；二、将步骤一反应所得的产物溶解在10ml二甲苯中，过滤后得到澄清透明的溶液，加入I OOml乙醇溶液，析出棕黄色固体产物，即得聚碳硅烷。本专利技术以聚二甲基硅烷，然后在高温高压下转变为聚碳硅烷，得到分子量分布窄，热稳定性好的聚碳硅烷。聚碳硅烷产率可达52.8% 0本专利技术的优点是:(I)采用还原铁粉作为添加剂，添加量仅为聚二甲基硅烷质量的0.5%?1.0%，得到热稳定性好的聚碳硅烷；(2)热解重排采用两段法，热解反应在相对低温低压下进行，重排反应在高温高压下进行；(升温体系的压力就会增加，如果不采用两段法，体系在温度达到500°C以上体系压力会超过8MPa，过高的压力对反应设备要求会很高；反应热解会产生大量的氢气和甲烷等可燃气体，在高温下放出会有着火的危险。)(3)后处理方法简单，条件温和。本专利技术用二氧化碳气体不用氮气，是因为二氧化碳气体同时是一种常见的超临界流体，高温高压下对产物有一定的溶解作用，对反应传热更有利。【附图说明】图1是实验一中所得聚碳硅烷的热失重图；图2是实验八中所得聚碳硅烷的热失重图；图3是实验二中所得聚碳硅烷的热失重图；图4是实验二中所得聚碳娃烧的热失重图；图5是实验四中所得聚碳硅烷的热失重图。【具体实施方式】本专利技术技术方案不局限于以下所列举【具体实施方式】，还包括各【具体实施方式】间的任意组合。【具体实施方式】一:本实施方式按照以下步骤进行:一、在高压釜中，加入50g聚二甲基硅烷和0.5g 100目?200目的铁粉，高压釜用二氧化碳气体置换3?6次，开始加热，I小时内升温至260°C?270°C，并保温3?3.5小时，至高压釜内的压力为IMPa，然后降温至50°C?60°C，放出高压釜中的气体，再重新加热，4小时内升温至480°C?560°C，在压力为4.8MPa?6MPa、温度为480°C?560°C的条件下，保温9h?IIh，然后冷却至室温；二、将步骤一反应所得的产物溶解在10ml二甲苯中，过滤后得到澄清透明的溶液，加入I OOml乙醇溶液，析出棕黄色固体产物，即得聚碳硅烷。【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是步骤一中4小时内升温至515°C。其它与【具体实施方式】一相同。【具体实施方式】三:本实施方式与【具体实施方式】一或二之一不同的是步骤一中4小时内升温至500°C。其它与【具体实施方式】一或二之一相同。【具体实施方式】四:本实施方式与【具体实施方式】一至三之一不同的是步骤一中4小时内升温至510°C。其它与【具体实施方式】一至三之一相同。【具体实施方式】五:本实施方式与【具体实施方式】一至四之一不同的是步骤一中高压釜用二氧化碳气体置换5次。其它与【具体实施方式】一至四之一相同。【具体实施方式】六:本实施方式与【具体实施方式】一至五之一不同的是步骤一中在压力为5MPa、温度为515°C的条件下，保温。其它与【具体实施方式】一至五之一相同。【具体实施方式】七:本实施方式与【具体实施方式】一至六之一不同的是步骤一中4小时内升温至530°C。其它与【具体实施方式】一至六之一相同。【具体实施方式】八:本实施方式与【具体实施方式】一至七之一不同的是步骤一中在压力为5MPa、温度为515°C的条件下，保温。其它与【具体实施方式】一至七之一相同。【具体实施方式】九:本实施方式与【具体实施方式】一至八之一不同的是步骤一中在压力为5.5MPa、温度为515°C的条件下，保温。其它与【具体实施方式】一至八之一相同。【具体实施方式】十:本实施方式与【具体实施方式】一至九之一不同的是步骤一中I小时内升温至260°C?270°C，并保温3?3.5小时。其它与【具体实施方式】一至九之一相同。采用下述实验验证本专利技术效果:实验一:—种聚碳硅烷的合成方法按照以下步骤进行:一、在高压釜中，加入50g聚二甲基硅烷和0.5g 100目的铁粉，高压釜用二氧化碳气体置换3次，开始加热，I小时内升温至270°C，并保温3小时，至高压釜内的压力为IMPa，然后降温至50°C，放出高压釜中的气体，再重新加热，4小时内升温至515°C，在压力为5MPa、温度为515°C的条件下，保温10h，然后冷却至室温；二、将步骤一反应所得的产物溶解在10ml二甲苯中，过滤后得到澄清透明的溶液，加入10ml乙醇溶液，析出棕黄色固体产物，即得聚碳硅烷26.4克，收率为52.8 %。产物的热重分析图见图1。从图1和图2的对比可知，本实验制得聚碳硅烷氮气氛条件下1000°C热失重为27.13%，而常压尚温法制得聚碳娃烧为36.4%，热稳定性大幅提尚。实验二:—种聚碳硅烷的合成方法按照以下步骤进行:一、在高压釜中，加入50g聚二甲基硅烷和0.5g 100目的铁粉，高压釜用二氧化碳气体置换3次，开始加热，I小时内升温至260°C，并保温3小时，至高压釜内的压力为IMPa，然后降温至60°C，放出高压釜中的气体，再重新加当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚碳硅烷的合成方法，其特征在于一种聚碳硅烷的合成方法按照以下步骤进行：一、在高压釜中，加入50g聚二甲基硅烷和0.5g 100目～200目的铁粉，高压釜用二氧化碳气体置换3～6次，开始加热，1小时内升温至260℃～270℃，并保温3～3.5小时，至高压釜内的压力为1MPa，然后降温至50℃～60℃，放出高压釜中的气体，再重新加热，4小时内升温至480℃～560℃，在压力为4.8MPa～6MPa、温度为480℃～560℃的条件下，保温9h～11h，然后冷却至室温；二、将步骤一反应所得的产物溶解在100ml二甲苯中，过滤后得到澄清透明的溶液，加入100ml乙醇溶液，析出棕黄色固体产物，即得聚碳硅烷。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐虹，李博弘，王超，曹先启，杨杰，陈泽明，李淑辉，李猛，梅立鑫，单雯妍，吕宏飞，白雪峰，
申请(专利权)人：黑龙江省科学院石油化学研究院，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23