一种聚碳硅烷的液相流动合成装置及其合成方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种聚碳硅烷的液相流动合成装置及其合成方法，该方法不需要使用现有方法中采用的反应釜体，而是采用本发明专利技术提供的液相流动合成装置，利用液相在该装置的细小管道中高效的传热传质效果并借助聚二苯基硼硅氧烷的催化作用，使反应液和催化液在流动过程中充分混合并可在较低温度下实现充分反应，从而降低合成温度，提高合成的均匀性和转化产率，降低聚碳硅烷的成本。本发明专利技术提供的合成方法可克服现有技术中使用反应釜带来的系列问题，且能成功合成得到性能优异的聚碳硅烷，在聚碳硅烷的批量工程化上有很好的应用前景。

A liquid phase flow synthesis device of Polycarbosilane and its synthesis method

【技术实现步骤摘要】
一种聚碳硅烷的液相流动合成装置及其合成方法
本专利技术涉及聚合物合成
，尤其是一种聚碳硅烷的液相流动合成装置及其合成方法。
技术介绍
SiC陶瓷是以Si-C键键合的共价键化合物，具有金刚石结构，相邻原子间距离为0.186nm，Si-C键能为347KJ/mol。SiC陶瓷拥有的特殊晶体结构决定其作为一种高温结构材料使用时，具有强度高、耐高温、耐腐蚀、抗氧化等优良特性，已经广泛应用于航天、汽车、石化等领域；作为功能材料使用时，SiC具有击穿电场高、能带结构宽，热导率高等优点，在电致发光器件、吸波材料、气体传感器等方面有很好的应用前景。先驱体转化法是制备SiC陶瓷常用的方法，它首先合成含硅碳元素的有机聚合物，利用聚合物良好的成型性能，经过成型、热解制备得到相应的SiC陶瓷材料。先驱体转化法具有制备温度较低的优势；同时，该方法可制得传统方法难以得到的低维陶瓷材料；此外，该方法可进行分子设计获得具有不同元素组成的先驱体聚合物，经热分解转化得到多元复相陶瓷或陶瓷合金。目前，先驱体转化法已成为陶瓷纤维和陶瓷基复合材料主流的制备方法。聚碳硅烷是先驱体转化法制备SiC陶瓷最成功的先驱体，也是能够同时实现陶瓷粉体、陶瓷纤维和陶瓷基复合材料先驱体制备的原料，目前已经实现了工业化，年产能超过百吨。聚碳硅烷的制备方法主要有两种，一种是Yajima教授专利技术的高压法，即以聚二甲基硅烷(PDMS)为原料，在高压釜中450～500℃间保温一段时间，使PDMS发生裂解重排，并经过进一步的缩聚得到聚碳硅烷。但该方法的反应压力超过10MPa，对设备的要求极高，在工业化生产中的危险性较大，造成高压法聚碳硅烷的成本较高，限制了它的应用。另一种方法以PDMS为原料，聚二苯基硼硅氧烷为催化剂，在常压300～400℃的温度下，使PDMS发生裂解、重排、缩聚，制备得到聚碳硅烷。该方法相对于高压法而言，对设备的要求较低、工业化生产较容易，制备得到的聚碳硅烷的成本相对较低。但是，无论是高压法还是常压催化法，在PDMS裂解过程中，由于PDMS粉末的传热性较差，在反应釜体中不同位置处存在较大的温度梯度场，PDMS的裂解从釜壁开始逐渐向中心扩散，在反应釜内不同位置处有不同的环境和热经历，导致不同状态的裂解产物生成。此外，反应釜只能在外壁进行加热，热量由外向内扩散，反应釜从外壁到中心存在温度梯度，重排缩聚反应不均匀导致制得的聚碳硅烷分子量分布宽化；此外，为保证釜内中心区域原料能够充分反应，釜壁的温度往往偏高，造成釜壁焦化现象严重，合成收率低。尤其是在工业化生产中，反应釜越大，其反应越不均匀、釜壁焦化就越严重，产率越低(一般不超过40％)，造成聚碳硅烷的成本极为高昂，每公斤超过3000元，给工程化的应用带来极大障碍。
技术实现思路
本专利技术提供一种聚碳硅烷的液相流动合成装置及其合成方法，用于克服现有技术中存在的PDMS粉末传热性差、大反应釜传热传质差导致的聚碳硅烷分子量分布宽化、釜壁焦化、产率低、成本高等缺陷，通过采用一种简单的液相流动式合成装置，利用液相在细小管道中高效的传热传质效果，使反应原料在流动过程中通过细小的管路充分混合反应，提高合成的均匀性和转化产率，从而降低聚碳硅烷的成本，在聚碳硅烷的批量工程化、降低成本上有很好的应用前景。为实现上述目的，本专利技术提出一种聚碳硅烷的液相流动合成装置，所述装置包括依次连接的输入管路2、混合管路3、反应管路4、输出管路5和接收釜6；所述输入管路2包括至少两个输入口，用于向混合管路3输入不同的反应液。为实现上述目的，本专利技术还提出一种聚碳硅烷的液相流动合成方法，所述合成方法采用如上述所述的聚碳硅烷的液相流动合成装置进行合成，包括以下步骤：S1：将聚二甲基硅(PDMS)烷置于惰性气氛中，以1～10℃/min的速率从室温升温至350～450℃，并在350～450℃下保温0.5～10h，得到反应液；S2：将聚二苯基硼硅氧烷溶于有机溶剂中，得到催化液；S3：向所述液相流动合成装置内通入惰性气氛进行管路清洗，随后将反应液和催化液分别从不同的输入口注入输入管路2，然后在混合管路3混合，再在反应管路4进行加热反应，最后经输出管路5流入接收釜6中，得到粗产物；S4：将粗产物在150～250℃下减压蒸馏，得到聚碳硅烷。与现有技术相比，本专利技术的有益效果有：本专利技术提供的聚碳硅烷的液相流动合成方法首先将PDMS进行裂解得到反应液，并将聚二苯基硼硅氧烷制备成催化液；随后将反应液和催化液分别从不同的输入口注入输入管路，然后经混合管路3混合、反应管路4加热反应，最后经输出管路5流入接收釜6中，得到粗产物；最后将粗产物减压蒸馏得到聚碳硅烷。与现有的聚碳硅烷工业化合成方法相比，本专利技术提供的合成方法不需要使用现有方法中采用的反应釜体，而是采用本专利技术提供的液相流动合成装置，利用液相在细小管道中高效的传热传质效果并借助聚二苯基硼硅氧烷的催化作用，使反应液和催化液在流动过程中充分混合并可在较低温度下实现充分反应，从而降低合成温度，提高合成的均匀性和转化产率，降低聚碳硅烷的成本。本专利技术提供的合成方法可克服现有技术中使用反应釜带来的系列问题，且能成功合成得到性能优异的聚碳硅烷，在聚碳硅烷的批量工程化上有很好的应用前景。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。图1为本专利技术提供的聚碳硅烷的液相流动合成装置结构图；图2为实施例1合成的聚碳硅烷的红外光谱图；图3为实施例1合成的聚碳硅烷的照片。附图标号说明：1：取液器；2：输入管路；3：混合管路；4：反应管路；5：输出管路；6：接收釜。本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。另外，本专利技术各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本专利技术要求的保护范围之内。无特殊说明，所使用的药品/试剂均为市售。本专利技术提出一种聚碳硅烷的液相流动合成装置，如图1所示，所述装置包括依次连接的输入管路2、混合管路3、反应管路4、输出管路5和接收釜6；所述输入管路2包括至少两个输入口，用于向混合管路3输入不同的反应液。可通过取液器1将不同的反应液分别从不同的输入口注入输入管路2中。所述取液器1可以为注射泵、移液枪、注射器等本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚碳硅烷的液相流动合成装置，其特征在于，所述装置包括依次连接的输入管路(2)、混合管路(3)、反应管路(4)、输出管路(5)和接收釜(6)；/n所述输入管路(2)包括至少两个输入口，用于向混合管路(3)输入不同的反应液。/n

【技术特征摘要】
1.一种聚碳硅烷的液相流动合成装置，其特征在于，所述装置包括依次连接的输入管路(2)、混合管路(3)、反应管路(4)、输出管路(5)和接收釜(6)；
所述输入管路(2)包括至少两个输入口，用于向混合管路(3)输入不同的反应液。


2.如权利要求1所述的聚碳硅烷的液相流动合成装置，其特征在于，所述输入管路(2)、混合管路(3)、反应管路(4)和输出管路(5)均为不锈钢材质，管路内径均为2～20mm，管路壁厚均为1～5mm。


3.如权利要求2所述的聚碳硅烷的液相流动合成装置，其特征在于，所述混合管路(3)的长度≥10cm，所述反应管路(4)的长度≥250cm。


4.如权利要求3所述的聚碳硅烷的液相流动合成装置，其特征在于，所述反应管路(4)为螺旋状。


5.一种聚碳硅烷的液相流动合成方法，其特征在于，所述合成方法采用如权利要求1～4任一项所述的聚碳硅烷的液相流动合成装置进行合成，包括以下步骤：
S1：将聚二甲基硅烷置于惰性气氛中，以1～10℃/min的速率从室温升温至350～450℃，并在350～450℃下保温0.5～10h，得到反应液；
S2：将聚二苯基硼硅氧烷溶于有机溶剂中，得到催化液；
S3：向所述液相流动合成装置内通入惰性气氛进行管路清洗，随后将反应液和催化液分别从...

【专利技术属性】
技术研发人员：王小宙，邵长伟，王应德，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43