[發明專利]一種聚硅烷裂解方法和裝置

有效

• 申請號: 201210013752.2
• 申請日: 2012-01-17
• 公開（公告）號: CN102558212A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 謝征芳;王軍;宋永才;簡科
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: C07F7/08
• 分類號: C07F7/08;C08G77/60
• 代理公司: 長沙星耀專利事務所 43205
• 代理人: 寧星耀

技術領域

本發明涉及一種聚硅烷裂解方法和裝置，尤其是涉及一種半連續化聚硅烷裂解方法和裝置。

背景技術

有機先驅體轉化法是以有機聚合物（多為有機金屬聚合物）為原料，利用其可溶、可熔等特性實現成型后，經高溫熱分解處理，使之從有機物轉變為無機陶瓷材料的方法。有機先驅體轉化法是制備SiC纖維、SiC基復合材料的主要方法之一。

聚碳硅烷（polycarbosilane,?PCS）是一種以Si-C為主鏈的聚合物，是有機先驅體轉化法制備SiC纖維、SiC基復合材料最重要最常用的有機先驅體。

常見的PCS合成方法有多種：（1）熱解-重排轉化法；（2）開環聚合法；（3）硅氫化法；（4）聚合物金屬化法；（5）共混法。另外還有熱裂解法、溶膠－凝膠法、電化學法、光化學法、縮聚法、共聚法等。但目前實現產業化的，只有熱解-重排轉化法。

聚二甲基硅烷（PDMS，FTIR如圖1所示）是熱解-重排轉化法合成PCS的關鍵原料。PDMS是一種以Si-Si鍵為主鏈的聚合物。一般可采用PDMS直接熱解-重排轉化合成PCS，也可首先將PDMS裂解為液態聚硅烷（LPS），再將LPS進行熱解-重排轉化合成PCS。后者的優點是，合成反應過程中，由于液體傳熱較均勻，反應過程較易控制，合成產物PCS的均勻性較好。因此，LPS熱解-重排轉化法是合成PCS較佳方法。

PDMS一般在360℃左右開始裂解為低分子的液態聚硅烷（LPS），生成產物可以分為三部分：裂解氣體、LPS、裂解固體剩余物。裂解時，最高活性部分迅速聚合、交聯成為裂解固體剩余物。因此，上述情況下裂解制備的LPS的收率約為60%-80%，LPS的活性一般較低，裂解時間一般為24h～36h。

綜上所述，現有PDMS裂解工藝，其不足之處主要是：LPS的收率低，LPS的活性較低，生產效率低，難以實現連續化。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的不足，提供一種收率高，生產效率高，半連續化的聚硅烷裂解方法和裝置。

本發明的技術方案是：

本發明之聚硅烷裂解方法包括以下步驟：（1）將聚硅烷通過料斗放入到緩沖罐中，抽真空，用氮氣充滿至常壓，重復2-4次（優選3次）；（2）打開緩沖罐的放料閥，將聚硅烷放到料倉罐中；（3）對裂解裝置抽真空，用氮氣充滿至常壓，重復2-4次（優選3次）；（4）加熱裂解柱、氮氣預熱爐至380℃-520℃（優選400℃-500℃）；（5）打開料倉罐的放料閥，將聚硅烷放入裂解柱內的沸騰床上，關閉料倉罐放料閥；（6）調整氮氣流量，使聚硅烷處于“沸騰”、“懸浮”狀態；裂解5min～60min（優選10?min?-40min）；（7）將裂解氣冷卻，冷卻液即為液態聚硅烷（LPS）。

本發明之聚硅烷裂解裝置包括料斗、緩沖罐、料倉罐、設有沸騰床的裂解柱、冷凝器、氮氣預熱爐、真空系統，所述料斗底部設有放料閥?Ⅰ，所述緩沖罐設于放料閥Ⅰ下部，所述料倉罐位于緩沖罐下部，緩沖罐與料倉罐連接處設有放料閥Ⅱ，料倉罐下部為裂解柱，料倉罐與裂解柱連接處設有放料閥Ⅲ，裂解柱外側設有電熱套，所述電熱套與溫控系統Ⅰ相連，裂解柱內設有熱電偶Ⅰ，所述熱電偶Ⅰ亦與溫控系統Ⅰ相連，裂解柱下部的沸騰床下方通過與溫控系統Ⅱ相連的管道與氮氣預熱爐的出氣口連接，所述氮氣預熱爐與裂解柱連接的管道上設有熱電偶Ⅱ，所述熱電偶Ⅱ與溫控系統Ⅱ相連，所述溫控系統Ⅱ還與氮氣預熱爐連接，所述氮氣預熱爐通過設有真空壓力表和循環風機的管道分別與冷凝器和緩沖罐連通，所述冷凝器通過設有冷卻閥的管道與裂解柱上部裂解氣出口連接，所述冷凝器下方設有LPS收集罐，真空系統和和氮氣供給系統通過管道分別與緩沖罐、冷凝器和氮氣預熱爐連接。

進一步，所述電熱套設有用于觀察裂解柱內物料裂解情況的視窗。

進一步，伸入緩沖罐的氮氣供給系統的管道出口端設有濾板Ⅰ。

進一步，連接冷凝器與裂解柱的管道的裂解氣出口端設有濾板Ⅱ。

進一步，連接氮氣預熱爐與裂解柱的管道的氮進口端設有濾板Ⅲ。

進一步，所述濾板優選3-5層400目以上的過濾網構成，以防止粉塵進入管道，通過放入氮氣，可將濾網上的粉塵吹走。

進一步，所述沸騰床由3-5層400目以上的過濾網組成。