一种环保、高效的聚碳硅烷制备新方法
【专利摘要】本发明涉及一种环保、高效的聚碳硅烷制备方法，包括以下步骤：以反应物二甲基二氯硅烷和金属钠在有机溶剂中反应制得聚硅烷，脱除溶剂和用醇与残余金属钠反应后，直接投入裂解釜制备低分子量液态环状聚硅烷，再由液态环状聚硅烷最终制得聚碳硅烷；该方法特点：避免了现有生产聚碳硅烷工艺路线中，对聚硅烷进行多次水洗和干燥这两个耗时长和产生工业废水的工序，同时在制备液态环状聚硅烷过程中二次回收吸附在聚硅烷中的溶剂和醇。中试试验的数据表明，采用该制备方法生产周期比现有技术节省30～50％时长，溶剂回收率提高10～20％，无含苯类有机溶剂的工业废水产生，净化了工作环境，反应残留物为蓬松固体残渣，极易从反应釜中清理。
【专利说明】一种环保、高效的聚碳硅烷制备新方法
【技术领域】
[0001]本发明属于陶瓷材料生产中所需先驱体的制备技术，具体涉及一种有机硅聚合物先驱体的制备技术。
【背景技术】
[0002]先驱体转化法制备陶瓷材料是材料制造领域的一次重要变革，该法以有机金属聚合物为先驱体，利用其可溶或可熔特性成型后，经高温裂解使之从有机物转化成无机陶瓷材料，该法生产对反应装置要求低、投资成本低、生产效率高，适宜于规模化生产；且所制的纤维直径细、编制性能好，易于成型复杂构件。另外，该法可通过分子设计改变先驱体的成分、结构、晶态等，经高温裂解后获得不同用途的产品。该法最早应用于碳纤维的制备中，随着各种新型有机硅聚合物先驱体的开发成功，该法也成功应用于碳化硅(SiC)纤维和SiC陶瓷基复合材料基体、微纳米粉、陶瓷涂层的制备中。
[0003]SiC纤维具有优异的比强度、比模量、抗氧化、耐高温等特性，是耐高温复合材料的首选增强体，主要应用于航空航天器的结构部件、航空发动机、燃气涡轮机、原子能反应堆壁等高【技术领域】。在SiC基复合材料制备过程中，聚碳硅烷(PCS)是应用最成熟、最普遍的先驱体。PCS的合成方法很多，常见的方法有矢岛法(Yajima法)、开环聚合法、去卤偶合聚合法，目前这几种方法中只有矢岛法实现了工业化。国内常用矢岛法工业合成PCS的过程是:一、以(CH3)2SiCl2为原料，在二甲苯中与金属钠发生Wurtz反应制得粗产物，产物经溶剂脱除、金属钠脱除、水洗、干燥得到聚二甲基硅烷(PDMS) ;二、在常压、N2气氛中，由PDMS直接高温裂解合成PCS或通过两步法合成PCS:将PDMS在320°C以上裂解生成低分子量液态环状聚硅烷(CPS)，液态聚硅烷在350~470°C发生重排反应合成PCS。因此聚二甲基硅烷是制备碳化硅陶瓷先驱体聚碳硅烷的基础原料，控制PDMS的质量对控制PCS的质量进而控制SiC纤维的质量有重要的意义。
[0004]现有的PDMS生产过程中，通过Wurtz反应制得粗产物后要经过一系列的后处理步骤来提纯:1、压滤回收溶剂二甲苯；2、加入醇除去反应物中过量钠；3、多次水洗除去反应副产物氯化钠；4、自然干燥和真空烘干后得到成品。可见现有PDMS生产工艺后处理过程耗时长，且水洗产物中含碱类、醇类和烷基苯类物质，这些物质为国标GB8978-1996《污水综合排放标准》中有排放要求的物质，因此废水处理为工业生产PDMS时满足环保要求首要考虑的问题。
【发明内容】
[0005]为解决现有工业生产PDMS生产周期长和环境污染问题，本发明提供了一种环保、高效的PDMS合成方法，该方法可大大缩短PDMS的后处理时间，提高溶剂的回收利用率，避免产生含污染物的水洗产物，具有生产效率高、节能环保的优势。
[0006]本发明采取的技术方案为:
[0007](I)惰性气氛中`，以硅烷(CH3)2SiCl2为原料，在溶剂中与金属钠脱氯缩合成以S1-Si为主链的产物聚硅烷；
[0008]
【权利要求】
1.一种环保、高效的聚碳硅烷制备方法，其特征在于: (1)惰性气氛中，以硅烷(CH3)2SiCl2为原料，在溶剂中与金属钠脱氯缩合成以S1-Si为主链的产物聚硅烷；
2.根据权利要求1所述一种环保、高效的聚碳硅烷制备方法，其特征在于:上述产物聚碳硅烷包括含B、Al、Zr、Ti或Fe元素聚碳硅烷。
3.根据权利要求1所述一种环保、高效的聚碳硅烷制备方法，其特征在于:上述惰性气氛为高纯N2、Ar。
4.根据权利要求1所述一种环保、高效的聚碳硅烷制备方法，其特征在于:所述溶剂为甲苯、二甲苯、正己烷或四氢呋喃或其混合溶剂。
5.根据权利要求1所述一种环保、高效的聚碳硅烷制备方法，其特征在于:上述醇类为甲醇、乙醇。
6.根据权利要求1所述一种环保、高效的聚碳硅烷制备方法，其特征在于:200~500 °C热解重排时间10~40h。
7.根据权利要求6所述一种环保、高效的聚碳硅烷制备方法，其特征在于:470°C热解重排时间12h。
【文档编号】C08G77/60GK103554504SQ201310585828
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年11月21日 优先权日:2013年11月21日
【发明者】杜亮, 董小虎, 冯春祥, 田秀梅 申请人:宿迁澳鑫斯新材料有限公司