CN112538165A - 一种聚二甲基硅烷材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚二甲基硅烷材料，按重量份计由如下组分制成：氯化钠100份,二甲基二氯硅烷113份，无水乙醇326份，纯净水705份。本发明采用纯净水、无水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，而聚二甲基硅烷不溶于水及乙醇等有机溶剂，而无水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，再用无水乙醇脱除水，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≤0.2％；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(≤20ppm)。
Description
技术领域
本发明涉及聚二甲基硅烷的技术领域，尤其涉及一种聚二甲基硅烷材料及其制备方法。
背景技术
聚二甲基硅烷是一种主链由硅原子组成的高分子材料。由于Si的低电负性并具有3d空轨道，因此，电子可沿着Si-Si主链广泛离域，同时它还含有丰富的Si-H键，从而使聚二甲基硅烷在光电导、发光二极管、非线性光学材料以及SiC陶瓷制备和功能材料方面均具有非常好的应用前景。聚二甲基硅烷作为一种新型功能高分子材料，对其进行研究不论是理论上还是实践上都有重要的意义，聚二甲基硅烷化学已成为有机硅领域中的一个热点，对它的研究十分活跃。随着研究的不断深入，聚二甲基硅烷有望在许多领域里得到更为广泛的应用。
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(≤0.2％)，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
针对上述问题，本发明提供了一种聚二甲基硅烷材料及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种聚二甲基硅烷材料，按重量份计由如下组分制成：氯化钠100份,二甲基二氯硅烷113份，无水乙醇326份，纯净水705份。
本发明还提供了一种聚二甲基硅烷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)取100份的氯化钠进行电解并油浴加热，经过提纯成型，后往熔融的金属钠中加入113份的二甲基二氯硅烷进行反应，高温下搅拌熟化，即得反应物；
(2)在步骤(1)中所得的反应物中加入104份的无水乙醇，控制温度并持续搅拌，蒸发提取氯化钠进行回收利用，在惰性环境下对反应后的混合物进行真空抽滤；
(3)在步骤(2)中所得的混合物中分别加入705份纯净水和222份无水乙醇进行多次清洗，以获得纯净的聚二甲基硅烷；
(4)将步骤(3)获得的纯净的聚二甲基硅烷进行真空干燥，以获得真空干燥后的聚二甲基硅烷的含氧量≤0.2％、Na元素含量≤20ppm。
优选的，在步骤(1)中通过电解法制得金属钠所采用的具体步骤为:采用氯化钠通电方式，将40个电解槽安排在一组内，以串联方式操作，工作电压7～8V、工作电流24～40KA、电解温度600℃，以石墨作为阳极、铁作为阴极，通过电解在阴极生成金属钠，在阳极生成氯气。
优选的，在步骤(2)中，需要在惰性气体的保护下，将无水乙醇以110L/h的滴加速度滴入到反应物中进行反应，温度控制在5℃～20℃，搅拌3～5小时。
优选的，在步骤(3)中，清洗过程的具体步骤为：先往混合物中先加入222份的无水乙醇进行清洗，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170份的纯净水进行三次清洗、四次清洗，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，清洗时间为0.3～0.8小时。
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：
1、本发明采用纯净水、无水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，而聚二甲基硅烷不溶于水及乙醇等有机溶剂，而无水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，再用无水乙醇脱除水，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≤0.2％；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(≤20ppm)。
2、本发明生产过程中的氯化钠可重复利用降成本、安全、环保，给企业带来经济效益。
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
本发明提供了一种聚二甲基硅烷材料，按重量份计由如下组分制成：氯化钠100份,二甲基二氯硅烷113份，无水乙醇326份，纯净水705份。
本发明提供的一种聚二甲基硅烷材料，包括以下步骤：
(1)取100份氯化钠进行电解并油浴加热，经过提纯成型，后再往熔融的金属钠中以1kg/min的滴加速度滴入113份二甲基二氯硅烷，并在110℃的温度下搅拌熟化24小时，即得反应物；在这过程中，采用氯化钠通电方式，将40个电解槽安排在一组内，以串联方式操作，工作电压7～8V工作电流24～40KA，电解温度600℃，以石墨作为阳极、铁作为阴极，化学方程式：2NaCL(熔融)＝通电＝2Na+CL2↑通过电解法制得的金属钠电解并油浴加热，通过电解在阴极生成金属钠，在阳极生成氯气。电解时氯化钠需要熔融，氯化钠的熔点为801℃，在技术上有困难。用熔融温度约为580℃的质量分数为40％氯化钠和60％氯化钙的低温共熔物(即两种或两种以上物质形成的熔点最低的混合物)，降低了电解时所需的温度，从而也减低了钠的蒸气压。电解时，氯气在阳极放出，当电流通过熔盐时，金属钠和金属钙同时被还原出来，浮在阴极上方的熔盐上面，从管道溢出。把熔融的金属混合物冷却到105℃，金属钙成晶体析出，经过滤就可以把金属钠跟金属钙分离，然后经过提纯成型，把熔融的金属钠以导热油加热管道的方式传送到反应釜；
(2)降低温度至5℃，在步骤(1)中所得的反应物中以110L/h的滴加速度滴入104份无水乙醇，控制温度在5℃并持续搅拌3小时，提取氯化钠，对反应后的混合物进行真空抽滤；在整个过程中需要在惰性气体的环境下进行；
(3)在步骤(2)中所得的混合物中分别加入705份纯净水和222份无水乙醇进行多次清洗，以获得纯净的聚二甲基硅烷；其中，清洗过程的具体步骤为：先往混合物中先加入222份的无水乙醇进行清洗，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170份的纯净水进行三次清洗、四次清洗，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，清洗时间为0.3小时；
(4)将步骤(3)获得的纯净的聚二甲基硅烷进行真空干燥，以获得真空干燥后的聚二甲基硅烷的含氧量≤0.2％、Na元素含量≤20ppm。
实施例2
本发明提供了一种聚二甲基硅烷材料，按重量份计由如下组分制成：氯化钠100份,二甲基二氯硅烷113份，无水乙醇326份，纯净水705份。
本发明提供的一种聚二甲基硅烷材料，包括以下步骤：
(1)取100份氯化钠进行电解并油浴加热，经过提纯成型，后再往熔融的金属钠中以1kg/min的滴加速度滴入113份二甲基二氯硅烷，并在115℃的温度下搅拌熟化30小时，即得反应物；在这过程中，采用氯化钠通电方式，将40个电解槽安排在一组内，以串联方式操作，工作电压7～8V工作电流24～40KA，电解温度600℃，以石墨作为阳极、铁作为阴极，化学方程式：2NaCL(熔融)＝通电＝2Na+CL2↑通过电解法制得的金属钠电解并油浴加热，通过电解在阴极生成金属钠，在阳极生成氯气。电解时氯化钠需要熔融，氯化钠的熔点为801℃，在技术上有困难。用熔融温度约为580℃的质量分数为40％氯化钠和60％氯化钙的低温共熔物(即两种或两种以上物质形成的熔点最低的混合物)，降低了电解时所需的温度，从而也减低了钠的蒸气压。电解时，氯气在阳极放出，当电流通过熔盐时，金属钠和金属钙同时被还原出来，浮在阴极上方的熔盐上面，从管道溢出。把熔融的金属混合物冷却到105℃，金属钙成晶体析出，经过滤就可以把金属钠跟金属钙分离，然后经过提纯成型，把熔融的金属钠以导热油加热管道的方式传送到反应釜；
(2)降低温度至10℃，在步骤(1)中所得的反应物中以110L/h的滴加速度滴入104份无水乙醇，控制温度在10℃并持续搅拌4小时，提取氯化钠，对反应后的混合物进行真空抽滤；在整个过程中需要在惰性气体的环境下进行；
(3)在步骤(2)中所得的混合物中分别加入705份纯净水和222份无水乙醇进行多次清洗，以获得纯净的聚二甲基硅烷；其中，清洗过程的具体步骤为：先往混合物中先加入222份的无水乙醇进行清洗，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170份的纯净水进行三次清洗、四次清洗，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，清洗时间为0.5小时；
(4)将步骤(3)获得的纯净的聚二甲基硅烷进行真空干燥，以获得真空干燥后的聚二甲基硅烷的含氧量≤0.18％、Na元素含量≤18ppm。
实施例3
本发明提供了一种聚二甲基硅烷材料，按重量份计由如下组分制成：氯化钠100份,二甲基二氯硅烷113份，无水乙醇326份，纯净水705份。
本发明提供的一种聚二甲基硅烷材料，包括以下步骤：
(1)取100份氯化钠进行电解并油浴加热，经过提纯成型，后再往熔融的金属钠中以1kg/min的滴加速度滴入113份二甲基二氯硅烷，并在120℃的温度下搅拌熟化36小时，即得反应物；在这过程中，采用氯化钠通电方式，将40个电解槽安排在一组内，以串联方式操作，工作电压7～8V工作电流24～40KA，电解温度600℃，以石墨作为阳极、铁作为阴极，化学方程式：2NaCL(熔融)＝通电＝2Na+CL2↑通过电解法制得的金属钠电解并油浴加热，通过电解在阴极生成金属钠，在阳极生成氯气。电解时氯化钠需要熔融，氯化钠的熔点为801℃，在技术上有困难。用熔融温度约为580℃的质量分数为40％氯化钠和60％氯化钙的低温共熔物(即两种或两种以上物质形成的熔点最低的混合物)，降低了电解时所需的温度，从而也减低了钠的蒸气压。电解时，氯气在阳极放出，当电流通过熔盐时，金属钠和金属钙同时被还原出来，浮在阴极上方的熔盐上面，从管道溢出。把熔融的金属混合物冷却到105℃，金属钙成晶体析出，经过滤就可以把金属钠跟金属钙分离，然后经过提纯成型，把熔融的金属钠以导热油加热管道的方式传送到反应釜；
(2)降低温度至20℃，在步骤(1)中所得的反应物中以110L/h的滴加速度滴入104份无水乙醇，控制温度在20℃并持续搅拌5小时，提取氯化钠，对反应后的混合物进行真空抽滤；在整个过程中需要在惰性气体的环境下进行；
(3)在步骤(2)中所得的混合物中分别加入705份纯净水和222份无水乙醇进行多次清洗，以获得纯净的聚二甲基硅烷；其中，清洗过程的具体步骤为：先往混合物中先加入222份的无水乙醇进行清洗，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170份的纯净水进行三次清洗、四次清洗，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，清洗时间为0.8小时；
(4)将步骤(3)获得的纯净的聚二甲基硅烷进行真空干燥，以获得真空干燥后的聚二甲基硅烷的含氧量≤0.15％、Na元素含量≤15ppm。
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 (7)
1.一种聚二甲基硅烷材料，其特征在于，按重量份计由如下组分制成：氯化钠100份,二甲基二氯硅烷113份，无水乙醇326份，纯净水705份。
2.一种聚二甲基硅烷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)取100份的氯化钠进行电解并油浴加热，经过提纯成型，后往熔融的金属钠中加入113份的二甲基二氯硅烷进行反应，高温下搅拌熟化，即得反应物；
(2)在步骤(1)中所得的反应物中加入104份的无水乙醇，控制温度并持续搅拌，蒸发提取氯化钠进行回收利用，在惰性环境下对反应后的混合物进行真空抽滤；
(3)在步骤(2)中所得的混合物中分别加入705份纯净水和222份无水乙醇进行多次清洗，以获得纯净的聚二甲基硅烷；
(4)将步骤(3)获得的纯净的聚二甲基硅烷进行真空干燥，以获得真空干燥后的聚二甲基硅烷的含氧量≤0.2％、Na元素含量≤20ppm。
3.根据权利要求2所述的一种聚二甲基硅烷材料的制备方法，其特征在于：在步骤(1)中通过电解法制得金属钠所采用的具体步骤为:采用氯化钠通电方式，将40个电解槽安排在一组内，以串联方式操作，工作电压7～8V、工作电流24～40KA、电解温度600℃，以石墨作为阳极、铁作为阴极，通过电解在阴极生成金属钠，在阳极生成氯气。
4.根据权利要求2所述的一种聚二甲基硅烷材料的制备方法，其特征在于：在步骤(1)中，在惰性气体的保护下，往熔融的金属钠中以1kg/min的滴加速度滴入二甲基二氯硅烷进行反应，在此过程中，需要在110℃～120℃的温度下搅拌熟化24～36小时，并且整个过程中温度需要控制在109℃～115℃。
5.根据权利要求2所述的一种聚二甲基硅烷材料的制备方法，其特征在于：在步骤(2)中，需要在惰性气体的保护下，将无水乙醇以110L/h的滴加速度滴入到反应物中进行反应，温度控制在5℃～20℃，搅拌3～5小时。
6.根据权利要求2所述的一种聚二甲基硅烷材料的制备方法，其特征在于：在步骤(3)中，清洗过程的具体步骤为：先往混合物中先加入222份的无水乙醇进行清洗，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170份的纯净水进行三次清洗、四次清洗，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，清洗时间为0.3～0.8小时。
7.根据权利要求4或5所述的一种聚二甲基硅烷材料的制备方法，其特征在于：所述惰性气体为氮气。
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