[发明专利]一种聚碳硅烷的液相流动合成装置及其合成方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及聚合物合成技术领域，尤其是一种聚碳硅烷的液相流动合成装置及其合成方法。

背景技术

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教授发明的高压法，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。

发明内容

本发明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，本发明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。