一种紫外激光辅助聚碳硅烷的合成方法和系统与流程

本申请涉及聚碳硅烷合成，特别是涉及一种紫外激光辅助聚碳硅烷的合成方法和系统。

背景技术：

1、有机先驱体转化法是以有机聚合物(多为有机金属聚合物)为原料，利用其可溶、可熔等特性实现成型后，经高温热分解处理，使之从有机物转变为无机陶瓷材料的方法。有机先驱体转化法是制备sic纤维、sic基复合材料的主要方法之一。

2、聚碳硅烷(polycarbosilane，pcs)是一种以si-c为主链的聚合物，是有机先驱体转化法制备sic纤维、sic基复合材料最重要最常用的有机先驱体。常见的pcs合成方法有多种：(1)热解-重排转化法；(2)开环聚合法；(3)硅氢化法；(4)聚合物金属化法；(5)共混法。另外还有热裂解法、溶胶－凝胶法、电化学法、光化学法、缩聚法、共聚法等。但目前实现产业化的，只有热解-重排转化法。

3、pcs的合成一般以聚二甲基硅烷(pdms)为原料。一般先将pdms在360-420℃高温下裂解为液态聚硅烷(lps)，再将lps在450-470℃高温下进行重排转化合成pcs。其中，重排反应时，si-h键的断裂和重排，脱除甲烷ch4和h2，从而使分子量长大，形成si-c键为主链的聚合物。合成反应过程中，由于液体传热较均匀，反应过程较易控制，合成产物pcs的均匀性较好。因此，lps重排转化法是合成pcs较佳方法。一般情况下，时间一般为48-72h，合成产率约为30-35％。

4、综上所述，现有pcs合成工艺，其不足之处主要是：反应温度高，反应时间长，效率低，反应收率低，生产效率低。

技术实现思路

1、本发明提供一种紫外激光辅助聚碳硅烷的合成方法和系统，用于降低pcs合成工艺的反应温度和反应时间，同时提高pcs的合成收率。

2、为实现上述目的，本发明提出一种紫外激光辅助聚碳硅烷的合成方法，包括以下步骤：

3、s1、在惰性气氛下，对装有液态聚硅烷的容器进行程序升温；

4、s2、达到预设温度后保温，同时采用紫外激光照射液态聚硅烷；其中，预设温度为360-420℃；紫外激光的波长为320-355nm；

5、s3、反应6-10h后，停止紫外激光照射，自然冷却后得到聚碳硅烷。

6、优选地，步骤s1具体包括：

7、s11、将液态聚硅烷放入到反应釜中，抽真空，然后用高纯氮气充满至常压，步骤s11重复2-4次；

8、s12、打开氮气阀，调整氮气流量，开始搅拌液态聚硅烷，然后对反应釜进行程序升温。

9、优选地，在步骤s1中，升温速率为5-10℃/min。

10、优选地，在步骤s1中，液态聚硅烷的聚合度为3-10。

11、优选地，在步骤s3中，紫外激光的功率为60-100w。

12、本发明还提供了用于实现上述一种紫外激光辅助聚碳硅烷的合成方法的合成系统，合成系统包括：

13、反应釜、紫外激光仪、搅拌器、加热套、计量泵、冷凝器和接收釜；

14、反应釜用于盛放液态聚硅烷；

15、紫外激光仪置于反应釜上方，用于照射液态聚硅烷；

16、搅拌器用于搅拌液态聚硅烷；

17、加热套置于反应釜外围，用于加热液态聚硅烷；

18、计量泵用于调节液态聚硅烷的回流量；计量泵的一端位于反应釜的顶部，另一端位于接收釜的底部，且两端均设有阀门；阀门用于控制回流的开关；

19、冷凝器用于将气态的小分子物料冷却为液态；

20、接收釜用于经冷凝器接收冷凝液。

21、本发明相比现有技术的先进性在于：

22、1、本合成方法采用一定波长范围的高能量紫外激光，辅助液态聚硅烷中si-si键的共振断裂，使si-si键在短时间内迅速断裂，此外，促进si-ch3、si-h键的离解，形成自由基，进而通过缩合反应得到聚碳硅烷，提高了聚碳硅烷的收率和生产效率。

23、2、本合成方法采用“加热+紫外激光照射”的方法共同促进液态聚硅烷中的化学键断裂，达到了反应温度更低、反应时间更短且反应收率更高的技术效果。

24、3、实现本合成方法的生产过程中无需使用裂解柱，相比于现有技术，合成工艺更简便且节约成本，而且可实现连续化作业，适用于大规模生产。

技术特征：

1.一种紫外激光辅助聚碳硅烷的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，步骤s1具体包括：

3.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，在步骤s1中，升温速率为5-10℃/min。

4.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，在步骤s1中，液态聚硅烷的聚合度为3-10。

5.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，在步骤s3中，紫外激光的功率为60-100w。

6.一种用于实现如权利要求1-5任一项所述合成方法的合成系统，其特征在于，所述合成系统包括：反应釜、紫外激光仪、搅拌器、加热套、计量泵、冷凝器和接收釜；

技术总结
本发明公开了一种紫外激光辅助聚碳硅烷的合成方法和系统，所述方法包括：S1、在惰性气氛下，对装有液态聚硅烷的容器进行程序升温；S2、达到预设温度后保温，同时采用紫外激光照射液态聚硅烷；其中，预设温度为360‑420℃；紫外激光的波长为320‑355nm；S3、反应6‑10h后，停止紫外激光照射，自然冷却后得到聚碳硅烷。本合成方法采用“加热+紫外激光照射”的方法共同促进液态聚硅烷中的化学键断裂，达到了反应温度更低、反应时间更短且反应收率更高的技术效果。

技术研发人员：谢征芳,张雨,曹钰哲,尹跃平,彭强,陈自强
受保护的技术使用者：湖南金必达科技发展有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16