CN109942818A - 一种高纯度聚二甲基硅烷陶瓷先驱体材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高纯度聚二甲基硅烷陶瓷先驱体材料，按重量份计由如下组分制成：二甲基二氯硅烷100份，金属钠35.8份，二甲苯257份，无水乙醇70份，95％乙醇354份，纯净水1078份。本发明采用纯净水、二甲苯、乙醇对聚二甲基硅烷的杂质进行溶解去除，即先用纯净水溶解洗去聚二甲基硅烷中的氯化钠，再用乙醇脱除水，再用二甲苯清洗去除聚二甲基硅烷中的硅油、小分子聚硅烷，再用乙醇脱除二甲苯，再采用纯净水反复清洗，可以得到纯净的聚二甲基硅烷，从而使得本发明制得的聚二甲基硅烷具有含氧量低的特点，含氧量≤0.3％；制得的聚二甲基硅烷具有高纯度、杂质低、Na元素含量低(≤30ppm)。

Description

一种高纯度聚二甲基硅烷陶瓷先驱体材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及陶瓷先驱体材料技术领域，特别涉及一种高纯度聚二甲基硅烷陶瓷先驱体材料及其制备方法。

背景技术

陶瓷材料作为一种结构材料，因具有高强度、高硬度、耐磨损、耐高温和抗腐蚀等优异性能，能应用于高温和某些苛刻环境中，被认为是21世纪高温结构部件最有希望的候选材料和“最终材料的梦想”。其作为热结构材料主要应用在航天航空发动机涡轮的热端部件、大功率内燃机的增压涡轮，固体火箭发动机燃烧室和喷管以及完全代替金属的车辆发动机。

然而，作为结构材料，单相陶瓷的韧性很低，可能瞬间即发生灾难性破坏，因而必须改善单相陶瓷的韧性。提高陶瓷韧性的主要途径是：在陶瓷材料中设置其他耗能机制或形成能阻碍裂纹扩展的机制。引入增强相是改善陶瓷韧性的有效途径。陶瓷基复合材料是在陶瓷基体中引入第二相提高强度和韧性的多相材料。纤维(晶须)增韧是解决陶瓷脆性的主要途径之一。

先驱体陶瓷材料是先通过化学合成方法制得可经热处理转化为陶瓷材料的聚合物，充分利用聚合物具有良好可加工性的特点，对聚合物加工成型，进而热处理获得传统陶瓷工艺难以获得先进陶瓷材料。如陶瓷纤维、陶瓷粉、陶瓷薄膜、陶瓷基复合材料和多孔陶瓷。

聚碳硅烷(PCS)是碳化硅陶瓷纤维的关键原材料。聚二甲基硅烷(PDMS)是制造聚碳硅烷PCS的中间体，碳化硅纤维的单丝直径约为10～20μm，并且需要有较高的强度≥2.8GP，因此需要PCS、PDMS所含的杂质越少越好，氧含量低。而在PCS的合成反应中，往往会有Na元素、氧含量高、硅油和其他一些杂质存在，因此急需寻找氧含量低(≤0.3％)，Na元素含量低(≤30ppm)的聚二甲基硅烷先驱体材料是很有必要的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，开发了一种高纯净度、氧含量低(≤0.3％)，Na元素含量低(≤30ppm)的聚二甲基硅烷先驱体材料及其制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种高纯度聚二甲基硅烷陶瓷先驱体材料，按重量份计由如下组分制成：二甲基二氯硅烷100份，金属钠35.8份，二甲苯257份，无水乙醇70份，95％乙醇354份，纯净水1078份。

本发明提供了一种高纯度聚二甲基硅烷陶瓷先驱体材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(一)、在35.8份的金属钠中加入180份的二甲苯，在二甲苯的保护下对其进行加热至109℃熔化，并在高速搅拌下，加入二甲基二氯硅烷进行反应，加入完成后，在115℃的温度下搅拌熟化24～36小时，即得反应物；其中，在此过程中的温度保持在109℃～115℃，并且需要充入惰性气体进行保护；

(二)、降低温度到40～50℃，在步骤(一)中所得的反应物中加入70份的无水乙醇，控制温度在50℃，加入完成后需搅拌4小时，即得混合物，反应后的混合物需经真空抽滤，并需充入惰性气体进行保护；

(三)、在步骤(二)中所得的混合物中先加入118份的95％乙醇进行一次清洗，然后加入358份的纯净水进行二次清洗，接着分别加入两次的120份的纯净水进行三次清洗、四次清洗，而后加入118份的95％乙醇进行五次清洗，再次加入77份的二甲苯进行六次清洗，其次加入118份的95％乙醇进行七次清洗，紧接着加入240份的纯净水进行八次清洗，再则分别加入两次的120份的纯净水进行九次、十次清洗，即获得纯净的聚二甲基硅烷；其中，整个清洗过程需要真空抽滤，一次清洗和八次清洗的清洗时间为1小时，二次清洗的清洗时间为3小时，三次、四次、五次、六次、七次清洗和九次清洗以及10次清洗的清洗时间均为0.5小时；

(四)、将步骤(三)获得的纯净的聚二甲基硅烷进行真空干燥。

优选的，在步骤(一)中，所述二甲基二氯硅烷采用滴加的方式加入，滴加的速度为1kg/min。

优选的，在步骤(二)中，所述无水乙醇采用滴加的方式加入，滴加的速度为100L/h。

优选的，所述惰性气体为氮气。

由上述对本发明结构的描述可知，和现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明采用纯净水、二甲苯、乙醇对聚二甲基硅烷的杂质进行溶解去除，以得到纯净的聚二甲基硅烷，氯化钠能溶解在水里，硅油、小分子聚硅烷能在二甲苯中很好的溶解，而聚二甲基硅烷不溶于水及二甲苯、乙醇等有机溶剂。而二甲苯和水又不能互溶，而乙醇与两者的可以任意互溶，利用这些特性，先用纯净水溶解洗去聚二甲基硅烷中的氯化钠，再用乙醇脱除水，再用二甲苯清洗去除聚二甲基硅烷中的硅油、小分子聚硅烷，再用乙醇脱除二甲苯，再采用纯净水反复清洗，可以得到纯净的聚二甲基硅烷，从而使得本发明制得的聚二甲基硅烷具有含氧量低的特点，含氧量≤0.3％；本发明制得的聚二甲基硅烷具有高纯度、杂质低、Na元素含量低(≤30ppm)。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本发明提供的一种高纯度聚二甲基硅烷陶瓷先驱体材料，按重量份计由如下组分制成：二甲基二氯硅烷100份，金属钠35.8份，二甲苯257份，无水乙醇70份，95％乙醇354份，纯净水1078份。

本发明提供的一种高纯度聚二甲基硅烷陶瓷先驱体材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(一)、在35.8份的金属钠中加入180份的二甲苯，在二甲苯的保护下对其进行加热至109℃熔化，并在高速搅拌下，加入二甲基二氯硅烷进行反应，加入完成后，在115℃的温度下搅拌熟化24小时，即得反应物；其中，在此过程中的温度保持在109℃，并且需要充入惰性气体进行保护；

(二)、降低温度到40℃，在步骤(一)中所得的反应物中加入70份的无水乙醇，控制温度在50℃，加入完成后需搅拌4小时，即得混合物，反应后的混合物需经真空抽滤，并需充入惰性气体进行保护；

(三)、在步骤(二)中所得的混合物中先加入118份的95％乙醇进行一次清洗，然后加入358份的纯净水进行二次清洗，接着分别加入两次的120份的纯净水进行三次清洗、四次清洗，而后加入118份的95％乙醇进行五次清洗，再次加入77份的二甲苯进行六次清洗，其次加入118份的95％乙醇进行七次清洗，紧接着加入240份的纯净水进行八次清洗，再则分别加入两次的120份的纯净水进行九次、十次清洗，即获得纯净的聚二甲基硅烷；其中，整个清洗过程需要真空抽滤，一次清洗和八次清洗的清洗时间为1小时，二次清洗的清洗时间为3小时，三次、四次、五次、六次、七次清洗和九次清洗以及10次清洗的清洗时间均为0.5小时；

(四)、将步骤(三)获得的纯净的聚二甲基硅烷进行真空干燥。

在步骤(一)中，二甲基二氯硅烷采用滴加的方式加入，滴加的速度为1kg/min，在步骤(二)中，无水乙醇采用滴加的方式加入，滴加的速度为100L/h，惰性气体为氮气。

实施例2

本发明提供的一种高纯度聚二甲基硅烷陶瓷先驱体材料，按重量份计由如下组分制成：二甲基二氯硅烷100份，金属钠35.8份，二甲苯257份，无水乙醇70份，95％乙醇354份，纯净水1078份。

本发明提供的一种高纯度聚二甲基硅烷陶瓷先驱体材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(一)、在35.8份的金属钠中加入180份的二甲苯，在二甲苯的保护下对其进行加热至109℃熔化，并在高速搅拌下，加入二甲基二氯硅烷进行反应，加入完成后，在115℃的温度下搅拌熟化30小时，即得反应物；其中，在此过程中的温度保持在112℃，并且需要充入惰性气体进行保护；

(二)、降低温度到40℃，在步骤(一)中所得的反应物中加入70份的无水乙醇，控制温度在45℃，加入完成后需搅拌4小时，即得混合物，反应后的混合物需经真空抽滤，并需充入惰性气体进行保护；

(三)、在步骤(二)中所得的混合物中先加入118份的95％乙醇进行一次清洗，然后加入358份的纯净水进行二次清洗，接着分别加入两次的120份的纯净水进行三次清洗、四次清洗，而后加入118份的95％乙醇进行五次清洗，再次加入77份的二甲苯进行六次清洗，其次加入118份的95％乙醇进行七次清洗，紧接着加入240份的纯净水进行八次清洗，再则分别加入两次的120份的纯净水进行九次、十次清洗，即获得纯净的聚二甲基硅烷；其中，整个清洗过程需要真空抽滤，一次清洗和八次清洗的清洗时间为1小时，二次清洗的清洗时间为3小时，三次、四次、五次、六次、七次清洗和九次清洗以及10次清洗的清洗时间均为0.5小时；

(四)、将步骤(三)获得的纯净的聚二甲基硅烷进行真空干燥。

在步骤(一)中，二甲基二氯硅烷采用滴加的方式加入，滴加的速度为1kg/min，在步骤(二)中，无水乙醇采用滴加的方式加入，滴加的速度为100L/h，惰性气体为氮气。

实施例3

本发明提供的一种高纯度聚二甲基硅烷陶瓷先驱体材料，按重量份计由如下组分制成：二甲基二氯硅烷100份，金属钠35.8份，二甲苯257份，无水乙醇70份，95％乙醇354份，纯净水1078份。

本发明提供的一种高纯度聚二甲基硅烷陶瓷先驱体材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(一)、在35.8份的金属钠中加入180份的二甲苯，在二甲苯的保护下对其进行加热至109℃熔化，并在高速搅拌下，加入二甲基二氯硅烷进行反应，加入完成后，在115℃的温度下搅拌熟化36小时，即得反应物；其中，在此过程中的温度保持在115℃，并且需要充入惰性气体进行保护；

(二)、降低温度到40℃，在步骤(一)中所得的反应物中加入70份的无水乙醇，控制温度在50℃，加入完成后需搅拌4小时，即得混合物，反应后的混合物需经真空抽滤，并需充入惰性气体进行保护；

(三)、在步骤(二)中所得的混合物中先加入118份的95％乙醇进行一次清洗，然后加入358份的纯净水进行二次清洗，接着分别加入两次的120份的纯净水进行三次清洗、四次清洗，而后加入118份的95％乙醇进行五次清洗，再次加入77份的二甲苯进行六次清洗，其次加入118份的95％乙醇进行七次清洗，紧接着加入240份的纯净水进行八次清洗，再则分别加入两次的120份的纯净水进行九次、十次清洗，即获得纯净的聚二甲基硅烷；其中，整个清洗过程需要真空抽滤，一次清洗和八次清洗的清洗时间为1小时，二次清洗的清洗时间为3小时，三次、四次、五次、六次、七次清洗和九次清洗以及10次清洗的清洗时间均为0.5小时；

(四)、将步骤(三)获得的纯净的聚二甲基硅烷进行真空干燥。

在步骤(一)中，二甲基二氯硅烷采用滴加的方式加入，滴加的速度为1kg/min，在步骤(二)中，无水乙醇采用滴加的方式加入，滴加的速度为100L/h，惰性气体为氮气。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高纯度聚二甲基硅烷陶瓷先驱体材料，其特征在于，按重量份计由如下组分制成：二甲基二氯硅烷100份，金属钠35.8份，二甲苯257份，无水乙醇70份，95％乙醇354份，纯净水1078份。

2.根据权利要求1所述的一种高纯度聚二甲基硅烷陶瓷先驱体材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(一)、在35.8份的金属钠中加入180份的二甲苯，在二甲苯的保护下对其进行加热至109℃熔化，并在高速搅拌下，加入100份二甲基二氯硅烷进行反应，加入完成后，在115℃的温度下搅拌熟化24～36小时，即得反应物；其中，在此过程中的温度保持在109℃～115℃，并且需要充入惰性气体进行保护；

(二)、降低温度到40～50℃，在步骤(一)中所得的反应物中加入70份的无水乙醇，控制温度在50℃，加入完成后需搅拌4小时，即得混合物，反应后的混合物需经真空抽滤，并需充入惰性气体进行保护；

(三)、在步骤(二)中所得的混合物中先加入118份的95％乙醇进行一次清洗，然后加入358份的纯净水进行二次清洗，接着分别加入两次的120份的纯净水进行三次清洗、四次清洗，而后加入118份的95％乙醇进行五次清洗，再次加入77份的二甲苯进行六次清洗，其次加入118份的95％乙醇进行七次清洗，紧接着加入240份的纯净水进行八次清洗，再则分别加入两次的120份的纯净水进行九次、十次清洗，即获得纯净的聚二甲基硅烷；其中，整个清洗过程需要真空抽滤，一次清洗和八次清洗的清洗时间为1小时，二次清洗的清洗时间为3小时，三次、四次、五次、六次、七次清洗和九次清洗以及10次清洗的清洗时间均为0.5小时；

(四)、将步骤(三)获得的纯净的聚二甲基硅烷进行真空干燥。

3.根据权利要求2所述的一种高纯度聚二甲基硅烷陶瓷先驱体材料的制备方法，其特征在于：在步骤(一)中，所述二甲基二氯硅烷采用滴加的方式加入，滴加的速度为1kg/min。

4.根据权利要求2所述的一种高纯度聚二甲基硅烷陶瓷先驱体材料的制备方法，其特征在于：在步骤(二)中，所述无水乙醇采用滴加的方式加入，滴加的速度为100L/h。

5.根据权利要求2所述的一种高纯度聚二甲基硅烷陶瓷先驱体材料的制备方法，其特征在于：所述惰性气体为氮气。