CN109705357A - 一种低分子量分散度的聚碳硅烷陶瓷先驱体材料制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低分子量分散度的聚碳硅烷陶瓷先驱体材料制备方法，所述方法包括以下步骤：(1)制备软化点在180～200℃之间的聚碳硅烷；(2)将聚碳硅烷按1:1的比例加入二甲苯，溶解于溶解釜；(3)将混合液压入混合釜，并充氮气；(4)将混合液在氮气的保护下加热至260℃～275℃，去除二甲苯；(5)混合釜内温度到达280℃后，连通小分子收集罐；(6)混合釜内升温到280℃～290℃，调节真空度，通过小分子收集罐记录小分子量，直至小分子聚碳硅烷重量到预计要求；(7)将物料排入成品接收罐；(8)冷却后，打开成品接收罐，取料。本发明制得的聚碳硅烷的分子量分布和软化点更精确，对工艺的设备和工艺要求较低，纺丝熔融工艺的合格率高。
Description
技术领域
本发明涉及陶瓷先驱体材料技术领域，具体为一种低分子量分散度的聚碳硅烷陶瓷先驱体材料制备方法。
背景技术
聚碳硅烷(PCS)是碳化硅纤维的关键原材料，碳化硅纤维的熔融纺丝对PCS的分子量分布及软化点要求很高。聚碳硅烷(PCS)是一种脆性有机材料，所以纺丝性能差，不像其它有机聚合物如PC、PP、PU、PVC等那么优良。它是由不同分子量的聚碳硅烷的混合物，即聚碳硅烷是由“高分子聚碳硅烷+中等分子量聚碳硅烷+小分子聚碳硅烷”构成的混合物，聚碳硅烷的分子量大小，对其熔融纺丝性能影响巨大。首先平均分子量的大小，对聚碳硅烷的熔点显著影响：平均分子量大，熔点高，反之熔点低。再者，熔点高低，又显著影响着聚碳硅烷在熔融状态下的粘度，粘度大，纺丝性差；粘度小，纺丝性好。小分子量的聚碳硅烷，熔融温度低，甚至常温下有可能就是液体，因为粘度太小不能固化成型，纺丝难度大，甚至不能纺丝。而高分子量的聚碳硅烷，其分子链线性差，分子链上有很多分枝，分枝多且相互交叉，导致熔点高粘度大，固化速度快，纺丝难度也大。因此，纺丝对PCS的分子量分布及软化点要求很高，对于可纺性优良的PCS要求有适中的分子量，且分布系数控制在一定的范围最好(分布系数由液相色谱仪测量)。即大分子量聚碳硅烷不能占太高的比例，小分子量的聚碳硅烷也不能太多，只有平均分子量适中才最具可纺性。
由于合成聚碳硅烷时，为了保证聚碳硅烷的品质、色泽。避免聚碳硅烷产生过多的杂物，往往合成温度控制得较低，合成的聚碳硅烷的小分子量较多。由于PCS中含有很多的小分子，而这些小分子极大地影响了PCS的软化点。因此为了提高PCS的软化点，采用减压蒸馏方法除去小分子PCS。
目前，按通常合成工艺制得的可用于纺丝的聚碳硅烷分子量为800～2000，Mw/Mn≤5，软化点：180℃～250℃。这种聚碳硅烷对纺丝熔融工艺的设备和工艺非常苛刻，纺丝熔融工艺的合格率较低。
综上，制备一种软化点：200℃～215℃；数均分子量：1100～1300。分子量分散度Mw/Mn≤3的纺丝级聚碳硅烷具有重要的实际应用价值、科技价值，发展前景十分广阔。
发明内容
本发明的目的在于提供一种对工艺的设备和工艺要求较低，纺丝熔融工艺的合格率高的低分子量分散度的聚碳硅烷陶瓷先驱体材料制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种低分子量分散度的聚碳硅烷陶瓷先驱体材料制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)制备软化点在180～200℃之间的聚碳硅烷，精确测量聚碳硅烷的软化点，与目标聚碳硅烷的软化点进行对比，计算出需要脱除小分子聚碳硅烷的重量。
(2)将高温高压合成后的粗聚碳硅烷，按1:1的比例加入二甲苯，溶解于溶解釜，搅拌溶解24小时；
(3)将混合液通过过滤装置过滤压入混合釜，并向混合釜内充氮气；
(4)将聚碳硅烷和二甲苯的混合液置于氮气的保护下，将混合釜加热至260℃～275℃，运行熔体泵，去除二甲苯，过程保持流通氮气；
(5)运行熔体泵8-10min且混合釜内温度到达280℃后，连通小分子收集罐；
(6)然后混合釜内升温到280℃～290℃，调节真空度，通过小分子收集罐记录小分子量，直至脱除的小分子聚碳硅烷重量到预计要求为止；
(7)向混合釜充氮气到罐内压力0.004mpa后，保持搅拌循环5-8分钟后，将物料排入成品接收罐；
(8)向成品接收罐充氮气到罐内压力0.1mpa，冷却40小时以上后，将压力排空后，打开成品接收罐，取料。
优选的，所述步骤(4)去除的二甲苯通过二甲苯收集罐收集尾气。
优选的，所述步骤(6)的具体方法为：调节真空度降到-0.04Mpa，关闭小分子收集罐，记录小分子量；5min后再次连通小分子收集罐，将真空度降到-0.05Mpa，关闭小分子收集罐，记录小分子量；之后每隔5min降低0.01Mpa，直到-0.07Mpa，之后每隔5min降低0.005Mpa，到-0.09Mpa后，之后每隔5min降低0.002Mpa，当压力抽至-0.1mpa时，每次抽真空时间不大于5秒，反复此步骤。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明制得的聚碳硅烷的分子量分布和软化点更精确，分子量分散度(Mw/Mn)较小＜3，软化点为200℃～215℃,数均分子量为1100～1300。聚碳硅烷含有的杂质很少，更利于碳化硅纤维的熔融纺丝，对工艺的设备和工艺要求较低，纺丝熔融工艺的合格率高，降低生产成本，具有重要的实际应用价值、科技价值。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
本发明提供一种技术方案：一种低分子量分散度的聚碳硅烷陶瓷先驱体材料制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)制备软化点在180～200℃之间的聚碳硅烷，精确测量聚碳硅烷的软化点，与目标聚碳硅烷的软化点进行对比，计算出需要脱除小分子聚碳硅烷的重量。
(2)将高温高压合成后的粗聚碳硅烷，按1:1的比例加入二甲苯，溶解于溶解釜，搅拌溶解24小时；
(3)将混合液通过过滤装置过滤压入混合釜，并向混合釜内充氮气；
(4)将聚碳硅烷和二甲苯的混合液置于氮气的保护下，将混合釜加热至260℃～275℃，运行熔体泵，去除二甲苯，去除的二甲苯通过二甲苯收集罐收集尾气，过程保持流通氮气；
(5)运行熔体泵8-10min且混合釜内温度到达280℃后，连通小分子收集罐；
(6)然后混合釜内升温到280℃～290℃，调节真空度，通过小分子收集罐记录小分子量，先调节混合釜内真空度降到-0.04Mpa，关闭小分子收集罐，记录小分子量；5min后再次连通小分子收集罐，将真空度降到-0.05Mpa，关闭小分子收集罐，记录小分子量；之后每隔5min降低0.01Mpa，直到-0.07Mpa，之后每隔5min降低0.005Mpa，到-0.09Mpa后，之后每隔5min降低0.002Mpa，当压力抽至-0.1mpa时，每次抽真空时间不大于5秒，反复此步骤，直至脱除的小分子聚碳硅烷重量到预计要求为止；
(7)向混合釜充氮气到罐内压力0.004mpa后，保持搅拌循环5-8分钟后，将物料排入成品接收罐；
(8)向成品接收罐充氮气到罐内压力0.1mpa，冷却40小时以上后，将压力排空后，打开成品接收罐，取料。
本发明制得的聚碳硅烷的分子量分布和软化点更精确，分子量分散度(Mw/Mn)较小＜3，软化点为200℃～215℃,数均分子量为1100～1300。聚碳硅烷含有的杂质很少，更利于碳化硅纤维的熔融纺丝，对工艺的设备和工艺要求较低，纺丝熔融工艺的合格率高，降低生产成本，具有重要的实际应用价值、科技价值。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (3)
1.一种低分子量分散度的聚碳硅烷陶瓷先驱体材料制备方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
(1)制备软化点在180～200℃之间的聚碳硅烷，精确测量聚碳硅烷的软化点，与目标聚碳硅烷的软化点进行对比，计算出需要脱除小分子聚碳硅烷的重量；
(2)将高温高压合成后的粗聚碳硅烷，按1:1的比例加入二甲苯，溶解于溶解釜，搅拌溶解24小时；
(3)将混合液通过过滤装置过滤压入混合釜，并向混合釜内充氮气；
(4)将聚碳硅烷和二甲苯的混合液置于氮气的保护下，将混合釜加热至260℃～275℃，运行熔体泵，去除二甲苯，过程保持流通氮气；
(5)运行熔体泵8-10min且混合釜内温度到达280℃后，连通小分子收集罐；
(6)然后混合釜内升温到280℃～290℃，调节真空度，通过小分子收集罐记录小分子量，直至脱除的小分子聚碳硅烷重量到预计要求为止；
(7)向混合釜充氮气到罐内压力0.004mpa后，保持搅拌循环5-8分钟后，将物料排入成品接收罐；
(8)向成品接收罐充氮气到罐内压力0.1mpa，冷却40小时以上后，将压力排空后，打开成品接收罐，取料。
2.根据权利要求1所述的一种低分子量分散度的聚碳硅烷陶瓷先驱体材料制备方法，其特征在于：所述步骤(4)去除的二甲苯通过二甲苯收集罐收集尾气。
3.根据权利要求1所述的一种低分子量分散度的聚碳硅烷陶瓷先驱体材料制备方法，其特征在于：所述步骤(6)的具体方法为：调节真空度降到-0.04Mpa，关闭小分子收集罐，记录小分子量；5min后再次连通小分子收集罐，将真空度降到-0.05Mpa，关闭小分子收集罐，记录小分子量；之后每隔5min降低0.01Mpa，直到-0.07Mpa，之后每隔5min降低0.005Mpa，到-0.09Mpa后，之后每隔5min降低0.002Mpa，当压力抽至-0.1mpa时，每次抽真空时间不大于5秒，反复此步骤。
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|---|---|---|---|---|
| CN112521613A (zh) * | 2020-11-24 | 2021-03-19 | 福建立亚化学有限公司 | 一种复合级聚碳硅烷及其制备方法 |
| CN114891228A (zh) * | 2022-04-07 | 2022-08-12 | 福建立亚化学有限公司 | 一种聚碳硅烷陶瓷先驱体材料及其制备方法和应用 |
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