[发明专利]一种聚硅烷裂解方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚硅烷裂解方法和装置，尤其是涉及一种半连续化聚硅烷裂解方法和装置。

背景技术

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。

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。

聚二甲基硅烷（PDMS，FTIR如图1所示）是热解-重排转化法合成PCS的关键原料。PDMS是一种以Si-Si键为主链的聚合物。一般可采用PDMS直接热解-重排转化合成PCS，也可首先将PDMS裂解为液态聚硅烷（LPS），再将LPS进行热解-重排转化合成PCS。后者的优点是，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热解-重排转化法是合成PCS较佳方法。

PDMS一般在360℃左右开始裂解为低分子的液态聚硅烷（LPS），生成产物可以分为三部分：裂解气体、LPS、裂解固体剩余物。裂解时，最高活性部分迅速聚合、交联成为裂解固体剩余物。因此，上述情况下裂解制备的LPS的收率约为60%-80%，LPS的活性一般较低，裂解时间一般为24h～36h。

综上所述，现有PDMS裂解工艺，其不足之处主要是：LPS的收率低，LPS的活性较低，生产效率低，难以实现连续化。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种收率高，生产效率高，半连续化的聚硅烷裂解方法和装置。

本发明的技术方案是：

本发明之聚硅烷裂解方法包括以下步骤：（1）将聚硅烷通过料斗放入到缓冲罐中，抽真空，用氮气充满至常压，重复2-4次（优选3次）；（2）打开缓冲罐的放料阀，将聚硅烷放到料仓罐中；（3）对裂解装置抽真空，用氮气充满至常压，重复2-4次（优选3次）；（4）加热裂解柱、氮气预热炉至380℃-520℃（优选400℃-500℃）；（5）打开料仓罐的放料阀，将聚硅烷放入裂解柱内的沸腾床上，关闭料仓罐放料阀；（6）调整氮气流量，使聚硅烷处于“沸腾”、“悬浮”状态；裂解5min～60min（优选10 min -40min）；（7）将裂解气冷却，冷却液即为液态聚硅烷（LPS）。

本发明之聚硅烷裂解装置包括料斗、缓冲罐、料仓罐、设有沸腾床的裂解柱、冷凝器、氮气预热炉、真空系统，所述料斗底部设有放料阀 Ⅰ，所述缓冲罐设于放料阀Ⅰ下部，所述料仓罐位于缓冲罐下部，缓冲罐与料仓罐连接处设有放料阀Ⅱ，料仓罐下部为裂解柱，料仓罐与裂解柱连接处设有放料阀Ⅲ，裂解柱外侧设有电热套，所述电热套与温控系统Ⅰ相连，裂解柱内设有热电偶Ⅰ，所述热电偶Ⅰ亦与温控系统Ⅰ相连，裂解柱下部的沸腾床下方通过与温控系统Ⅱ相连的管道与氮气预热炉的出气口连接，所述氮气预热炉与裂解柱连接的管道上设有热电偶Ⅱ，所述热电偶Ⅱ与温控系统Ⅱ相连，所述温控系统Ⅱ还与氮气预热炉连接，所述氮气预热炉通过设有真空压力表和循环风机的管道分别与冷凝器和缓冲罐连通，所述冷凝器通过设有冷却阀的管道与裂解柱上部裂解气出口连接，所述冷凝器下方设有LPS收集罐，真空系统和和氮气供给系统通过管道分别与缓冲罐、冷凝器和氮气预热炉连接。

进一步，所述电热套设有用于观察裂解柱内物料裂解情况的视窗。

进一步，伸入缓冲罐的氮气供给系统的管道出口端设有滤板Ⅰ。

进一步，连接冷凝器与裂解柱的管道的裂解气出口端设有滤板Ⅱ。

进一步，连接氮气预热炉与裂解柱的管道的氮进口端设有滤板Ⅲ。

进一步，所述滤板优选3-5层400目以上的过滤网构成，以防止粉尘进入管道，通过放入氮气，可将滤网上的粉尘吹走。

进一步，所述沸腾床由3-5层400目以上的过滤网组成。