RU2767238C1 - Method for producing pre-ceramic fiber-forming oligoorganosilazanes - Google Patents

Method for producing pre-ceramic fiber-forming oligoorganosilazanes Download PDF

Info

Publication number
RU2767238C1
RU2767238C1 RU2021107603A RU2021107603A RU2767238C1 RU 2767238 C1 RU2767238 C1 RU 2767238C1 RU 2021107603 A RU2021107603 A RU 2021107603A RU 2021107603 A RU2021107603 A RU 2021107603A RU 2767238 C1 RU2767238 C1 RU 2767238C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ammonolysis
forming
composition
mol
less
Prior art date
Application number
RU2021107603A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ольга Георгиевна Рыжова
Павел Аркадьевич Стороженко
Павел Анатольевич Тимофеев
Константин Николаевич Герасимов
Артемий Олегович Куришев
Кирилл Андреевич Князев
Original Assignee
Акционерное общество "Государственный Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт химии и технологии элементоорганических соединений" (АО "ГНИИХТЭОС")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Государственный Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт химии и технологии элементоорганических соединений" (АО "ГНИИХТЭОС") filed Critical Акционерное общество "Государственный Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт химии и технологии элементоорганических соединений" (АО "ГНИИХТЭОС")
Priority to RU2021107603A priority Critical patent/RU2767238C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2767238C1 publication Critical patent/RU2767238C1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/56Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
    • C04B35/565Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide
    • C04B35/571Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide obtained from Si-containing polymer precursors or organosilicon monomers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/58Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C04B35/584Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon nitride
    • C04B35/589Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon nitride obtained from Si-containing polymer precursors or organosilicon monomers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/62227Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products obtaining fibres
    • C04B35/62272Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products obtaining fibres based on non-oxide ceramics
    • C04B35/62277Fibres based on carbides
    • C04B35/62281Fibres based on carbides based on silicon carbide
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/62227Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products obtaining fibres
    • C04B35/62272Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products obtaining fibres based on non-oxide ceramics
    • C04B35/62286Fibres based on nitrides
    • C04B35/62295Fibres based on nitrides based on silicon nitride
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G77/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule
    • C08G77/60Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule in which all the silicon atoms are connected by linkages other than oxygen atoms
    • C08G77/62Nitrogen atoms
    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01FCHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F9/00Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments
    • D01F9/08Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments of inorganic material
    • D01F9/10Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments of inorganic material by decomposition of organic substances

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Silicon Polymers (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

FIELD: ceramic materials.
SUBSTANCE: invention relates to a method for producing pre-ceramic fiber-forming oligoorganosilazanes for producing ceramic fibers of the SiCN composition. The reaction mixture of tri- and difunctional organochlorosilanes with their total molar ratio of more than 0.66, but less than 0.85 is subjected to ammonolysis. Ammonolysis is carried out stepwise by sequential introduction of the first, second and third compositions, each of which consists of a mixture of tri- and difunctional organochlorosilanes in toluene. The ammonolysis product is treated with a catalyst and polymerized from 3 to 6 hours at atmospheric and reduced pressure at temperatures of more than 149°C and less than 171°C to obtain polysilazanes with a non-volatile substance content of more than 97, wt. %, with an inorganic residue yield of about 75, wt. %, after pyrolysis up to 1200°C both in an inert atmosphere and in air. This method can be effectively implemented in the industrial production of pre-ceramic fiber-forming oligoorganosilazanes, obtained with high yield and stability in the form of granules for up to 6 months.
EFFECT: fiber-forming polysilazanes provide continuous molding from the melt and ceramization of SiCN fibers with specified characteristics with high physical and mechanical properties.
1 cl, 4 tbl, 10 ex., 2 dwg

Description

Заявляемое изобретение относится к области химической технологии азотсодержащих соединений кремния, в частности, к способам получения прекерамических волокнообразующих олигоорганосилазанов взаимодействием органогалогенсиланов с аммиаком, дисилазанами с последующей обработкой продукта аммонолиза основным катализатором, депротонирующим NH-группы. Керамические волокна, благодаря своим эксплуатационным характеристикам: легкому весу, огнестойкости, высокой прочности, износостойкости, стабильности при высоких температурах в агрессивных и окислительных средах, низкому коэффициенту термического расширения (КТР), обеспечивают при использовании их в качестве армирующих компонентов керамоматричных композиционных материалов (ККМ) повышение эксплуатационных характеристик. Наряду с волокнами, олигоорганосилазаны позволяют реализовать различные способы получения керамических материалов, которые не могут быть получены традиционными методами, а, именно: керамических покрытий на различных подложках или ККМ с керамической матрицей на основе карбонитридо-, нитридокремния.The claimed invention relates to the field of chemical technology of nitrogen-containing silicon compounds, in particular, to methods for producing preceramic fiber-forming oligoorganosilanes by the interaction of organohalogensilanes with ammonia, disilazanes, followed by treatment of the ammonolysis product with a basic catalyst that deprotonates NH groups. Ceramic fibers, due to their performance characteristics: light weight, fire resistance, high strength, wear resistance, stability at high temperatures in aggressive and oxidizing environments, low coefficient of thermal expansion (CTE), provide ceramic matrix composite materials (CMC) when used as reinforcing components performance improvement. Along with fibers, oligoorganosilazanes make it possible to implement various methods for obtaining ceramic materials that cannot be obtained by traditional methods, namely: ceramic coatings on various substrates or CMC with a ceramic matrix based on carbonitride-, silicon-nitride.

Авторами патента (US №4,543,344, МПК С04В 35/58, 1985 г.) сообщается о способе получения прекерамических волокнообразующих полиорганосилазанов, содержащих в своей структуре от одного до нескольких циклосилазановых звеньев. Полисилазаны получают взаимодействием трихлорсилана и органодисилазана с органическими заместителями различной природы при кремнии с образованием сополимера, который далее обрабатывают основным катализатором, депротонирующим группы NH и SiH, находящиеся рядом. Перегруппировки, происходящие при этом в реакционной смеси, сопровождаются увеличением молекулярной массы полиорганосилазанов.The authors of the patent (US No. 4,543,344, IPC SW 35/58, 1985) report on a method for obtaining preceramic fiber-forming polyorganosilazane containing in its structure from one to several cyclosilazane units. Polysilazanes are obtained by reacting trichlorosilane and organodisilazane with organic substituents of various natures at silicon to form a copolymer, which is further treated with a basic catalyst that deprotonates the NH and SiH groups located nearby. The rearrangements that occur in the reaction mixture are accompanied by an increase in the molecular weight of polyorganosilazanes.

К недостаткам способа можно отнести то, что полученный полимер не рассматривается как коммерческий продукт.The disadvantages of the method include the fact that the resulting polymer is not considered as a commercial product.

В патенте (US №4,395,460, МПК С04В 35/52, 1983 г.) описан способ получения прекерамических полисилазанов аммонолизом смеси органохлордисиланов с различными заместителями при кремнии в инертном растворителе с последующей обработкой продукта аммонолиза основным катализатором, способным депротонировать группы NH. Преимущество этого процесса заключается в возможности остановить реакцию в любой момент путем охлаждения реакционной массы, что позволяет управлять вязкостью полимеров, а, следовательно, и их молекулярной массой. По внешнему виду полисилазаны могут быть: жидкостями с различной вязкостью или твердыми стеклообразными материалами. В изобретении описано получение полисилазанов с высоким содержанием кремния, гидролитически стабильных и простых в использовании. После пиролиза полисилазанов при 1200°C в инертной атмосфере выход неорганического остатка составил 46,3 мас. % и имел следующий состав: углерод - 29 мас. %; водород - 7-8 мас. %; кремний - 45 мас. % и азот - 8,1 мас. %.The patent (US No. 4,395,460, IPC C04B 35/52, 1983) describes a method for preparing preceramic polysilazanes by ammonolysis of a mixture of organochlorodisilanes with various substituents at silicon in an inert solvent, followed by treatment of the ammonolysis product with a basic catalyst capable of deprotonating NH groups. The advantage of this process is the ability to stop the reaction at any time by cooling the reaction mass, which makes it possible to control the viscosity of the polymers, and, consequently, their molecular weight. In appearance, polysilazanes can be: liquids with different viscosities or solid glassy materials. The invention describes the production of polysilazanes with a high content of silicon, hydrolytically stable and easy to use. After pyrolysis of polysilazanes at 1200°C in an inert atmosphere, the yield of inorganic residue was 46.3 wt. % and had the following composition: carbon - 29 wt. %; hydrogen - 7-8 wt. %; silicon - 45 wt. % and nitrogen - 8.1 wt. %.

К недостаткам метода можно отнести то, что в процессе полимеризации не удается достичь высоких молекулярных масс, поэтому для обеспечения формования волокон необходимо использовать мелкодисперсные наполнители. Также недостатком приведенного способа является получение низкого выхода неорганического остатка после пиролиза. В патенте не сообщается о стабильности волокнообразующих полисилазанов в виде гранул, особенно, для составов с содержанием нелетучих веществ более 97 мас. %, что является необходимым условием для формования волокон из расплава.The disadvantages of the method include the fact that in the process of polymerization it is not possible to achieve high molecular weights, therefore, to ensure the formation of fibers, it is necessary to use finely dispersed fillers. Also, the disadvantage of this method is to obtain a low yield of inorganic residue after pyrolysis. The patent does not report on the stability of fiber-forming polysilazanes in the form of granules, especially for compositions with a content of non-volatile substances of more than 97 wt. %, which is a necessary condition for the formation of fibers from the melt.

Наиболее близким по технической сущности и принятым нами в качестве прототипа, является предложенный авторами в патенте (US №4,482,669, МПК С08К 3/34, 1984) способ получения полиорганосилазанов в растворителе в инертной атмосфере взаимодействием органодигалогенсилана с аммиаком с образованием продукта аммонолиза, для которого после обработки основным катализатором, способным депротонировать рядом находящиеся группы NH и SiH, наблюдается повышение молекулярной массы полисилазана. Прекерамический полимер характеризуется циклолинейной структурой, поскольку содержит множество циклических и/или линейных звеньев, связанных между собой мостиками состава Si2N2. Такие полимеры образуют новые лестничные или плоские решетчатые структуры и могут находиться в различных физических состояниях: в форме порошков, растворимых в органических растворителях; в виде воскообразных твердых или вязких материалов. Пиролиз полимеров приводит к высокому выходу керамики до 83 мас. %, содержащей нитрид кремния, карбид кремния и углерод в мольном соотношении 0,88:1,27:0,75, соответственно. Прекерамические олигосилазаны используют для получения керамических покрытий, волокон и керамических изделий на их основе, различного применения.The closest in technical essence and adopted by us as a prototype is the method proposed by the authors in the patent (US No. 4,482,669, IPC S08K 3/34, 1984) for the preparation of polyorganosilanes in a solvent in an inert atmosphere by the interaction of organodihalosilane with ammonia to form an ammonolysis product, for which, after treatment with a basic catalyst capable of deprotonating nearby NH and SiH groups, an increase in the molecular weight of polysilazane is observed. The preceramic polymer is characterized by a cyclolinear structure, since it contains many cyclic and/or linear units interconnected by bridges of the composition Si 2 N 2 . Such polymers form new ladder or flat lattice structures and can be in various physical states: in the form of powders soluble in organic solvents; in the form of waxy solid or viscous materials. Pyrolysis of polymers leads to a high yield of ceramics up to 83 wt. % containing silicon nitride, silicon carbide and carbon in a molar ratio of 0.88:1.27:0.75, respectively. Preceramic oligosilazanes are used to obtain ceramic coatings, fibers and ceramic products based on them, for various applications.

Недостатком данного метода является отсутствие исследований полисилазанов с содержанием нелетучих веществ более 97 мас. %, а содержание нелетучих веществ более 97 мас. % является необходимым условием для формования волокон из расплава. Кроме того, не приведены данные о возможности получения полисилазанов в виде гранул с высокой стабильностью при хранении. Стабильность полисилазанов в виде гранул существенно сокращается время контакта с воздухом при дозировке, что препятствует появлению кислорода в полимере.The disadvantage of this method is the lack of studies of polysilazane with a content of non-volatile substances of more than 97 wt. %, and the content of non-volatile substances is more than 97 wt. % is a necessary condition for the formation of fibers from the melt. In addition, there are no data on the possibility of obtaining polysilazanes in the form of granules with high storage stability. The stability of polysilazanes in the form of granules significantly reduces the time of contact with air during dosing, which prevents the appearance of oxygen in the polymer.

Задачей настоящего изобретения является разработка универсального способа получения прекерамических волокнообразующих олигоорганосилазанов с высоким выходом из легко доступных и относительно дешевых отечественных исходных материалов с содержанием нелетучих веществ более 97 мас. % с выходом неорганического остатка не менее 75 мас. % после пиролиза до 1200°C как в инертной атмосфере, так и на воздухе, со стабильностью в виде гранул до 6 месяцев, обеспечивающих формование волокон из расплава в непрерывном режиме с высокими физико-механическими характеристиками. Причем, способ может быть эффективно осуществлен в промышленном производстве.The objective of the present invention is to develop a universal method for obtaining preceramic fiber-forming oligoorganosilazanes with a high yield from readily available and relatively cheap domestic starting materials with a content of non-volatile substances of more than 97 wt. % with the yield of inorganic residue not less than 75 wt. % after pyrolysis up to 1200°C both in an inert atmosphere and in air, with stability in the form of granules up to 6 months, ensuring the formation of fibers from the melt in a continuous mode with high physical and mechanical characteristics. Moreover, the method can be effectively implemented in industrial production.

Поставленная задача достигается тем, что предложен способ получения прекерамических волокнообразующих олигоорганосилазанов в инертной атмосфере в растворителе путем прямого аммонолиза органодихлорсиланов с последующей полимеризацией продукта аммонолиза при повышенной температуре в присутствии катализатора, заключающийся в том, что аммонолизу подвергают реакционную смесь, состоящая из смеси органотри- и органодихлорсиланов в различных комбинациях при их суммарном мольном отношении в интервале более 0,66, но менее 0,85, причем аммонолиз осуществляют ступенчато путем последовательного ввода первой эквимолярной композиции, состоящей из диметилдихлорсилана и метилтрихлорсилана с концентрацией 3,42 моль в толуоле; по завершению процесса - второй композиции, состоящей из метилдихлорсилана, винилтрихлорсилана, диметилдихлорсилана с концентрациями 1,39 моль, 0,138 моль, 0,138 моль, соответственно; по завершению процесса - третьей эквимолярной композиции с концентрацией 0,294 моль в толуоле, состоящей из метилдихлорсилана, фенилтрихлорсилана с отделением образующегося осадка хлористого аммония и удалением растворителя известными методами после введения третьей композиции и завершении процесса, при последующей полимеризации продукта аммонолиза от 3 до 6 часов при атмосферном и пониженном давлении при температурах более 149°C, но менее до 171°C в присутствии полиалкоксифосфортитаноксана в качестве катализатора с концентрацией не менее 0,2 мас. % и не более 2 мас. %, приводящей к образованию полисилазанов с содержанием нелетучих веществ более 97 мас. %, с выходом неорганического остатка не менее 75 мас. % после пиролиза до 1200°C как на воздухе, так и инертной атмосфере, со стабильностью полисилазана в виде гранул до 6 месяцев.The task is achieved by the proposed method for obtaining preceramic fiber-forming oligoorganosilazanes in an inert atmosphere in a solvent by direct ammonolysis of organodichlorosilanes, followed by polymerization of the ammonolysis product at an elevated temperature in the presence of a catalyst, which consists in the fact that ammonolysis is subjected to a reaction mixture consisting of a mixture of organotri- and organodichlorosilanes in various combinations with their total molar ratio in the range of more than 0.66, but less than 0.85, and ammonolysis is carried out stepwise by sequentially introducing the first equimolar composition consisting of dimethyldichlorosilane and methyltrichlorosilane with a concentration of 3.42 mol in toluene; upon completion of the process - the second composition, consisting of methyldichlorosilane, vinyltrichlorosilane, dimethyldichlorosilane with concentrations of 1.39 mol, 0.138 mol, 0.138 mol, respectively; upon completion of the process - the third equimolar composition with a concentration of 0.294 mol in toluene, consisting of methyldichlorosilane, phenyltrichlorosilane with separation of the resulting ammonium chloride precipitate and removal of the solvent by known methods after the introduction of the third composition and completion of the process, with subsequent polymerization of the ammonolysis product from 3 to 6 hours at atmospheric and reduced pressure at temperatures above 149°C, but less than 171°C in the presence of polyalkoxyphosphorus titanoxane as a catalyst with a concentration of at least 0.2 wt. % and not more than 2 wt. %, leading to the formation of polysilazane with a content of non-volatile substances of more than 97 wt. %, with the yield of inorganic residue not less than 75 wt. % after pyrolysis up to 1200°C both in air and inert atmosphere, with the stability of polysilazane in the form of granules up to 6 months.

Органические заместители при кремнии в органохлорсиланах могут быть выбраны из предложенного списка как однотипные, так и в различных комбинациях: водород, низшие алкильные группы: метил, этил, н-пропил, изопропил и т.д.; винил, аллил, бензил; диметил-, метилэтил-, диизопропиламино и т.д.; триметил-, диметил-, триэтилсилил и др. группы; низшие арильные группы: фенил, толил, ксилил и т.д., предпочтительно: водород, метил, фенил, винил.Organic substituents on silicon in organochlorosilanes can be selected from the proposed list both of the same type and in various combinations: hydrogen, lower alkyl groups: methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, etc.; vinyl, allyl, benzyl; dimethyl-, methylethyl-, diisopropylamino, etc.; trimethyl-, dimethyl-, triethylsilyl and other groups; lower aryl groups: phenyl, tolyl, xylyl, etc., preferably: hydrogen, methyl, phenyl, vinyl.

Растворители, используемые в процессе аммонолиза, депротонирования /полимеризации, могут быть выбраны из: простых эфиров; циклических простых эфиров; алифатических углеводородов; ароматических углеводородов, предпочтительно толуола.The solvents used in the ammonolysis, deprotonation/polymerization process may be selected from: ethers; cyclic ethers; aliphatic hydrocarbons; aromatic hydrocarbons, preferably toluene.

Присутствие толуола в реакционной смеси не оказывает существенного влияния на свойства конечного продукта. Расчетное количество толуола должно обеспечивать достижение однородной смеси на всех стадиях аммонолиза, при соблюдении предпочтительного отношения толуола к сумме органохлорсиланов равного 6:1.The presence of toluene in the reaction mixture does not significantly affect the properties of the final product. The calculated amount of toluene should ensure the achievement of a homogeneous mixture at all stages of ammonolysis, while maintaining the preferred ratio of toluene to the sum of organochlorosilanes equal to 6:1.

Содержание в реакционной смеси органотри- и оргноадихлорсиланов в различных комбинациях составляет при суммарном мольном отношении более 0,66, но менее 0,85.The content in the reaction mixture of organotri- and orgnoadichlorosilanes in various combinations is at a total molar ratio of more than 0.66, but less than 0.85.

Продолжительность термообработки от 3 до 6 часов в зависимости от суммарного мольного отношения органотри- и органодихлорсиланов при проведении процесса при атмосферном и пониженном давлении при температурах более 149°C, но менее 171°C. В качестве катализатора полимеризации используют полиалкоксифосфортитаноксан следующей формулы: [1-Rn TiO 2R(4-n)-], где 1R=Р; n=1-3; 2R= низшие алкилы (С15), с концентрацией более 0,2 мас. %, но не менее 2 мас. %. Поскольку природа радикала (2R) не оказывает существенного влияния на свойства получаемых полисилазанов, в данном процессе использовали бутокси - производный титаноксан, так как бутиловый спирт является самым дешевым.The duration of heat treatment is from 3 to 6 hours, depending on the total molar ratio of organotri- and organodichlorosilanes during the process at atmospheric and reduced pressure at temperatures above 149°C, but less than 171°C. Polyalkoxyphosphortitanoxane of the following formula is used as a polymerization catalyst: [ 1 -R n TiO 2 R (4-n)- ], where 1 R=P; n=1-3; 2 R= lower alkyls (C 1 -C 5 ), with a concentration of more than 0.2 wt. %, but not less than 2 wt. %. Since the nature of the radical ( 2 R) does not significantly affect the properties of the obtained polysilazanes, butoxy, a derivative of titanoxane, was used in this process, since butyl alcohol is the cheapest.

Качество полученных волокнообразующих полимеров на стадии первичного тестирования оценивали по их способности обеспечивать формование волокон, которые должны сохранять форму после окисления на воздухе в течение 30 минут при 60°C.The quality of the obtained fiber-forming polymers at the stage of primary testing was evaluated by their ability to provide the formation of fibers, which should retain their shape after oxidation in air for 30 minutes at 60°C.

Сущность изобретения иллюстрируют следующими примерами, которые должны рассматриваться только для иллюстрации, а не как ограничение. Условия синтеза и свойства волокнообразующих полисилазанов приведены в таблицах:The essence of the invention is illustrated by the following examples, which should be considered for illustration only and not as a limitation. Synthesis conditions and properties of fiber-forming polysilazanes are given in the tables:

таблица 1 - «Составы композиций органохлорсиланов в толуоле для получения волокнообразующих полисилазанов»;table 1 - "Compositions of compositions of organochlorosilanes in toluene for the production of fiber-forming polysilazanes";

таблица 2 - «Концентрация исходных органохлорсиланов композиции №2»;table 2 - "Concentration of the original organochlorosilane composition No. 2";

таблица 3 - «Режимы получения волокнообразующих полисилазанов и их свойства».table 3 - "Modes for obtaining fiber-forming polysilazanes and their properties."

Пример 1.Example 1

В четырехгорлый реактор с рубашкой, снабженный мешалкой, обратным холодильником и капельной воронкой, в азоте при температуре 0°C загружают эквимолярную композицию №1 с концентрацией 3,58 моль в 4 кг толуола (Таблицы 1, 2). Далее, после завершения процесса аммонолиза вводят композицию №2 в количестве 200 г, состоящую из метилдихлорсилана, винилтрихлорсилана, диметилдихлорсилана с концентрациями 1,39 моль, 0,138 моль, 0,138 моль, соответственно. Затем, после завершения процесса аммонолиза вводят эквимолярную композицию №3 в 3,5 кг толуола с концентрацией 0,294 моль, состоящую из фенилтрихлорсилана, метилдихлорсилана. Суммарное мольное отношение органотри- и органодихлорсиланов при аммонолизе составляет 0,744 (Таблицы 1, 2, 3). После удаления осадка хлористого аммония и дистилляции растворителя известными методами к продукту аммонолиза добавляют катализатор полимеризации, в качестве которого использовали полиалкоксифосфортитаноксана с концентрацией 1,5 мас. %. При температуре 160°C при перемешивании проводят полимеризацию в течение 6 часов. Для волокнообразующего полисилазана получены следующие характеристики: сухой остаток 97 мас. %; стабильность в виде гранул достигает 6 месяцев (Таблицы 1, 2, 3); выход неорганического остатка около 75 мас. % как на воздухе, так и в аргоне; характеристики молекулярно-массового распределения равны Mw=4275; Mn=988; D=4,32.In a four-necked jacketed reactor equipped with a stirrer, a reflux condenser and an addition funnel, in nitrogen at a temperature of 0°C, equimolar composition No. 1 was charged with a concentration of 3.58 mol in 4 kg of toluene (Tables 1, 2). Further, after completion of the ammonolysis process, composition No. 2 is introduced in an amount of 200 g, consisting of methyldichlorosilane, vinyltrichlorosilane, dimethyldichlorosilane with concentrations of 1.39 mol, 0.138 mol, 0.138 mol, respectively. Then, after completion of the ammonolysis process, an equimolar composition No. 3 is introduced into 3.5 kg of toluene with a concentration of 0.294 mol, consisting of phenyltrichlorosilane, methyldichlorosilane. The total molar ratio of organotri- and organodichlorosilanes during ammonolysis is 0.744 (Tables 1, 2, 3). After removing the precipitate of ammonium chloride and distillation of the solvent by known methods, a polymerization catalyst is added to the ammonolysis product, which was used as polyalkoxyphosphorus titanoxane with a concentration of 1.5 wt. %. At a temperature of 160°C with stirring, polymerization is carried out for 6 hours. For fiber-forming polysilazane obtained the following characteristics: dry residue 97 wt. %; stability in the form of granules reaches 6 months (Tables 1, 2, 3); the yield of inorganic residue is about 75 wt. % both in air and in argon; molecular weight distribution characteristics are equal to Mw=4275; Mn=988; D=4.32.

Пример 2. В примере 2 использована другая последовательность введения композиций органохлорсиланов: первой вводят композицию №2, затем №1 и далее композицию №3 (Таблицы 1, 2, 3).Example 2. In example 2, a different sequence of introducing compositions of organochlorosilanes was used: composition No. 2 is first introduced, then No. 1, and then composition No. 3 (Tables 1, 2, 3).

Пример 3. В примере 3 использована следующая последовательность ввода композиций органохлорсиланов: первой вводят композицию №3, затем композицию №2 и далее композицию №1 (Таблицы 1, 2, 3).Example 3. In example 3, the following sequence of input compositions of organochlorosilanes was used: composition No. 3 was introduced first, then composition No. 2, and then composition No. 1 (Tables 1, 2, 3).

Пример 4. В примере 4 композицию №2 вводят в количестве 100 г (Таблицы 1, 2, 3).Example 4. In example 4, composition No. 2 is administered in an amount of 100 g (Tables 1, 2, 3).

Пример 5. В примере 5 композиций №2 вводят в количестве 300 г (Таблицы 1, 2, 3).Example 5. In example 5, compositions No. 2 are administered in an amount of 300 g (Tables 1, 2, 3).

При сохранении всех других параметров примера №1 в примерах 2-10, проведен выбор оптимальных параметров: последовательность ввода композиций (примеры 1-3); количество вводимой в реакционную смесь композиции №2 (примеры 1, 4, 5), температуры полимеризации (примеры 1, 6, 7) и продолжительности полимеризации (примеры 1, 8), концентрации катализатора (пример 9-10).While maintaining all other parameters of example No. 1 in examples 2-10, the selection of optimal parameters was carried out: the sequence of entering compositions (examples 1-3); the amount of composition No. 2 introduced into the reaction mixture (examples 1, 4, 5), polymerization temperature (examples 1, 6, 7) and polymerization duration (examples 1, 8), catalyst concentration (example 9-10).

Последовательность ввода композиций органохлорсиланов определяет свойства получаемых полисилазанов, а, следовательно, характеристики и режимы проведения процесса их получения. Первоначально проведенное тестирование волокнообразующей способности полисилазанов, позволило выбрать для дальнейших испытаний образцы полисилазанов, полученные в примерах 1,4-9. Используемая в примере 1 последовательность ввода композиций хлорсиланов обеспечивает получение полисилазана с повышенной термоокислительной стабильностью, поскольку выход неорганического осадка составляет около 75 мас. % как на воздухе, так и в аргоне. Используемая последовательность ввода композиций в примерах 2 и 3 не обеспечивает получение полиорганосилазана, соответствующего предлагаемому изобретению, поскольку сформованные на их основе волокна, не прошли первоначальное тестирование, поскольку расплавились при термообработке при 60°C в течение 30 минут.The sequence of input of organochlorosilane compositions determines the properties of the obtained polysilazanes, and, consequently, the characteristics and modes of carrying out the process of their production. The initial testing of the fiber-forming ability of polysilazanes made it possible to select samples of polysilazanes obtained in examples 1,4-9 for further testing. Used in example 1, the sequence of input compositions of chlorosilanes provides polysilazane with increased thermal-oxidative stability, since the yield of inorganic precipitate is about 75 wt. % both in air and in argon. The sequence of injection of the compositions used in examples 2 and 3 does not provide polyorganosilazane corresponding to the invention, since the fibers formed from them did not pass the initial test, because they melted during heat treatment at 60°C for 30 minutes.

В примерах 1, 3, 4 количество вводимой композиции №2 влияет на мольное отношение органотри- и органодифункциональных хлорсиланов в реакционной смеси в интервале 0,662-0,850. Так, в примере 4 композицию №2 вводят в количестве 100 г (10 мас. %). ри этом мольное отношение три- и дифункциональных хлорсиланов составляет 0,850. Полученные при этом полисилазаны не обеспечивают непрерывный режим формования волокна из расплава, а керамика, полученная после пиролиза, характеризуется повышенной хрупкостью (Таблицы 1,2,3). В примере 5 композицию №2 вводят в количестве 300 г (30 мас. %) с мольным отношением три- и дифункциональных хлорсиланов равном 0,662 (Таблица 1, 2, 3). При этом снижается жизнеспособность волокнообразующего полисилазана в форме гранул при хранении. Наблюдается снижение выхода неорганического остатка (ВНО) при пиролизе и снижение их термоокислительной стабильности, поскольку появляются существенные различия ВНО после пиролиза в аргоне и на воздухе.In examples 1, 3, 4, the amount of input composition No. 2 affects the mole ratio of organotri- and organodifunctional chlorosilanes in the reaction mixture in the range of 0.662-0.850. So, in example 4, composition No. 2 is introduced in an amount of 100 g (10 wt.%). In this case, the mole ratio of tri- and difunctional chlorosilanes is 0.850. The polysilazanes obtained in this way do not provide a continuous mode of spinning fibers from the melt, and the ceramics obtained after pyrolysis is characterized by increased brittleness (Tables 1,2,3). In example 5, composition No. 2 is introduced in an amount of 300 g (30 wt.%) with a molar ratio of tri- and difunctional chlorosilanes equal to 0.662 (Table 1, 2, 3). This reduces the viability of the fiber-forming polysilazane in the form of granules during storage. There is a decrease in the yield of inorganic residue (URR) during pyrolysis and a decrease in their thermal-oxidative stability, since there are significant differences in the URH after pyrolysis in argon and in air.

В предлагаемом способе получение волокнообразующих олигоорганосилазанов с молекулярными массами в широком интервале значений достигают путем контроля продолжительности полимеризации реакционной массы от 3 до 6 часов при изменении температуры от 149°C до 171°C. Выбор температуры полимеризации при сохранении остальных условий синтеза примера 1 проводили в примерах 6 и 7. Так, в примере 6 при проведении полимеризации при 149°C, получен полисилазан с содержанием нелетучих веществ менее 97 мас. %, а при полимеризации при 171°C в примере 7 полисилазан не обеспечил формование волокна из расплава.In the proposed method, obtaining fiber-forming oligoorganosilanes with molecular weights in a wide range of values is achieved by controlling the duration of polymerization of the reaction mass from 3 to 6 hours when the temperature changes from 149°C to 171°C. The choice of polymerization temperature while maintaining the remaining synthesis conditions of example 1 was carried out in examples 6 and 7. Thus, in example 6, when polymerization was carried out at 149°C, a polysilazane with a content of non-volatile substances of less than 97 wt. %, and when polymerized at 171°C in example 7, polysilazane did not provide melt spinning.

Установлено, что при проведении полимеризации 2,8 часов, форма волокна не сохраняется при выдержке при 60°C в течение 30 мин, поэтому время полимеризации менее 3 является недостаточным. (Таблица 3, пример 8). Термообработка в течение 6 часов (Таблица 3, примеры 1-7,9) обеспечивает сохранение формы волокна при выдержке в течение 30 мин. при 60°C, поэтому дальнейшее увеличение длительности процесса термообработки не требуется.It has been found that when polymerization is carried out for 2.8 hours, the fiber shape is not retained when held at 60°C for 30 minutes, so a polymerization time of less than 3 is insufficient. (Table 3, example 8). Heat treatment for 6 hours (Table 3, examples 1-7.9) ensures that the shape of the fiber is retained when held for 30 minutes. at 60°C, so a further increase in the duration of the heat treatment process is not required.

Проведение процесса при различной концентрации катализатора показало, что концентрация катализатора более 0,2 мас. %, но не менее 2 мас. % являет оптимальной. При введении катализатора в количестве более 2,1 мас. % (Таблица 3, пример 9), полученные полисилазаны не обеспечивают непрерывный режим формования волокна из расплава, а керамика, полученная после пиролиза, характеризуется повышенной хрупкостью. Концентрация катализатора менее 0,2 мас. % (Таблица 3, пример 10) не обеспечивает получение полиорганосилазана, соответствующего предлагаемому изобретению, поскольку сформованные на их основе волокна, не прошли первоначальное тестирование, так как расплавились при 60°C в течение 30 минут.Carrying out the process at different concentrations of the catalyst showed that the concentration of the catalyst is more than 0.2 wt. %, but not less than 2 wt. % is optimal. With the introduction of the catalyst in an amount of more than 2.1 wt. % (Table 3, example 9), the obtained polysilazanes do not provide a continuous mode of fiber spinning from the melt, and the ceramics obtained after pyrolysis is characterized by increased brittleness. The catalyst concentration is less than 0.2 wt. % (Table 3, example 10) does not provide a polyorganosilazane corresponding to the invention, since the fibers formed on their basis did not pass the initial test, as they melted at 60°C for 30 minutes.

Использование каждой смеси по отдельности не приводит к получению полисилазана, позволяющего выполнить задачу изобретения. По-видимому, при использовании трех смесей в соответствии с предложенным изобретением наблюдается синергетический эффект, приводящий к получению полисилазана, согласно настоящему изобретению.The use of each mixture separately does not lead to the production of a polysilazane that allows the object of the invention to be accomplished. Apparently, when using three mixtures in accordance with the proposed invention, a synergistic effect is observed, leading to the production of polysilazane, according to the present invention.

Таким образом, при проведении процесса в контролируемом режиме путем последовательного ввода трех композиций органохлорсилазанов в последовательности, приведенной в примере 1, с мольным отношением органотри- и органодихлорсиланов более 0,66, но менее 0,85, после отделения образующегося осадка хлористого аммония и удаления растворителя известными методами после введения третьей композиции и завершении процесса с последующей полимеризацией продукта аммонолиза от 3 до 6 часов при атмосферном и пониженном давлении при температурах более 149°C, но менее 171°C в присутствии полиалкоксифосфортитаноксана с концентрацией более 0,2 мас. %, но не менее 2 мас. %, взятого в качестве катализатора являются необходимыми для получения полисилазанов, соответствующих предложенному изобретению.Thus, when the process is carried out in a controlled mode by sequentially introducing three compositions of organochlorosilazanes in the sequence shown in example 1, with a mole ratio of organotri- and organodichlorosilanes of more than 0.66, but less than 0.85, after separating the resulting precipitate of ammonium chloride and removing the solvent known methods after the introduction of the third composition and completion of the process, followed by polymerization of the ammonolysis product from 3 to 6 hours at atmospheric and reduced pressure at temperatures above 149°C, but less than 171°C in the presence of polyalkoxyphosphorus titanoxane with a concentration of more than 0.2 wt. %, but not less than 2 wt. % taken as a catalyst are necessary to obtain polysilazane corresponding to the proposed invention.

За пределами вышеуказанных диапазонов параметров процесса, полученные полимеры не обеспечивают заданных свойств.Outside the above ranges of process parameters, the obtained polymers do not provide the desired properties.

В примере 1 установлены оптимальные условия проведения синтеза полиорганосилазана со свойствами в соответствии с предлагаемым изобретением: последовательность ввода композиций органохлорсиланов их состав; содержание композиции №2 в реакционной смеси в количестве 200 г (20 мас. %) при мольном отношении три - и дифункциональных хлорсиланов равном 0,744; температуры полимеризации, составляющей 160°C; при продолжительности полимеризации равной 6 часов.In example 1, the optimal conditions for the synthesis of polyorganosilazane with properties in accordance with the invention are established: the sequence of input of compositions of organochlorosilanes, their composition; the content of composition No. 2 in the reaction mixture in the amount of 200 g (20 wt.%) at a molar ratio of tri - and difunctional chlorosilanes equal to 0.744; polymerization temperature of 160°C; with a polymerization time of 6 hours.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является получение олигоорганосилазанов с содержанием нелетучих веществ более 97 мас. % с молекулярной массой, обеспечивающей получение высокотермостойких, окислительностойких олигоорганосилазанов с высоким выходом керамики около 75 мас. % после пиролиза до 1200°C как на воздухе, так и инертной атмосфере, состоящей преимущественно из кремния, азота, углерода, что подтверждается данными, представленными на фиг. 1 «Термогравиметрические кривые волокнообразующего полисилазана на воздухе и в аргоне (оптимальный образец)».The technical result of the invention is the production of oligoorganosilanes with a content of non-volatile substances of more than 97 wt. % with a molecular weight that ensures the production of highly heat-resistant, oxidation-resistant oligoorganosilazanes with a high ceramic yield of about 75 wt. % after pyrolysis up to 1200°C both in air and in an inert atmosphere, consisting mainly of silicon, nitrogen, carbon, which is confirmed by the data presented in Fig. 1 "Thermogravimetric curves of fiber-forming polysilazane in air and in argon (optimal sample)".

Стабильность полученных полисилазанов в виде гранул достигает шесть месяцев. Волокнообразующий полисилазан, согласно настоящему изобретению, имеет структуру, отличную от структуры полисилазанового полимера по прототипу, за счет наличия различных типов повторяющихся сесквисилазановых звеньев, соединенных различными мостиками, что обеспечивает повышение характеристик и появление новых свойств.The stability of the obtained polysilazanes in the form of granules reaches six months. Fiber-forming polysilazane, according to the present invention, has a structure different from the structure of the polysilazane polymer according to the prototype, due to the presence of different types of repeating sesquisilazane units connected by different bridges, which provides improved performance and the emergence of new properties.

Последовательность ввода композиций органохлорсиланов, выбранная в примере 1, обеспечивает формирование структуры полимера, при которой после формования из расплава и проведения окислительного отверждения волокон на воздухе в течение 1,5 часа наблюдается сохранение состава и формы волокна в процессе последующего пиролиза в азоте до 1200°C. Морфологию поверхности керамических волокон, их состав исследовали методом SEM и рентгеновского микроанализа. На фиг. 2 представлена «Микрофотография волокна, изготовленного на основе полученного волокнообразующего полисилазана и результаты элементного анализа».The sequence of input compositions of organochlorosilanes, selected in example 1, provides the formation of a polymer structure, in which after spinning from the melt and carrying out oxidative curing of the fibers in air for 1.5 hours, the composition and shape of the fiber are observed during subsequent pyrolysis in nitrogen up to 1200°C . The surface morphology of ceramic fibers and their composition were studied by SEM and X-ray microanalysis. In FIG. 2 shows "Micrograph of a fiber made on the basis of the obtained fiber-forming polysilazane and the results of elemental analysis."

Несмотря на то, что разработка методов получения прекерамических волокнообразующих полимеров для волокон состава SiCN проводится зарубежными и отечественными исследователями с 1970 г («Ceramic Fibers Based on SiC and SiCN Systems: Current Research, Development, and Commercial Status», Flores O., Bordia R., Advanced engineering materials, 2014, 16, No. 6, p. 621-635; «Processing and characterization of large diameter ceramic SiCN monofilaments from commercial oligosilazanes», Flores O., Bordia R., et al., RSC Adv. 2015. Vol. 5. P. 107001-107011; «Selective cross-linking of oligosilazanes to tailored meltable polysilazanes for the processing of ceramic SiCN fibres», Flores O., Schmalz Т., Krenkel W. et al., J. Mater. Chem. A. 2013) на данном этапе отсутствуют коммерчески доступные волокна, что связано с их низкой жизнеспособностью. Отсутствие на рынке коммерчески доступных волокнообразующих прекерамических полимеров является одной из основных причин, препятствующих появлению коммерчески доступных волокон. Следует заметить, что достигнутые нами характеристики волокон состава SiCN (прочности на разрыв (1,1-1,3) ГПа) на основе олигоорганосилазанов, с использованием окислительного отверждения находятся в интервале максимальных значений, полученных зарубежными исследователями («Ceramic Fibers Based on SiC and SiCN Systems: Current Research, Development, and Commercial Status)), Flores O., Bordia R., Advanced engineering materials, 2014, 16, No. 6, p. 621-635; «Processing and characterization of large diameter ceramic SiCN monofilaments from commercial oligosilazanes», Flores O., Bordia R., et al., RSC Adv. 2015. Vol. 5. P. 107001-107011). Причем, максимальные прочностные характеристики (1,3 ГПа) наблюдаются у волокон, отвержденных только облучением электронным пучком.Despite the fact that the development of methods for obtaining preceramic fiber-forming polymers for SiCN fibers has been carried out by foreign and domestic researchers since 1970 (“Ceramic Fibers Based on SiC and SiCN Systems: Current Research, Development, and Commercial Status”, Flores O., Bordia R ., Advanced engineering materials, 2014, 16, No. 6, pp. 621-635 "Processing and characterization of large diameter ceramic SiCN monofilaments from commercial oligosilazanes", Flores O., Bordia R., et al., RSC Adv. 2015. Vol 5. P. 107001-107011 "Selective cross-linking of oligosilazanes to tailored meltable polysilazanes for the processing of ceramic SiCN fibres", Flores O., Schmalz T., Krenkel W. et al., J. Mater Chem. A. 2013) at this stage there are no commercially available fibers due to their low viability. The lack of commercially available fiber-forming pre-ceramic polymers on the market is one of the main reasons preventing the emergence of commercially available fibers. It should be noted that the characteristics of SiCN fibers (tensile strength (1.1-1.3) GPa) based on oligoorganosilazane, achieved by us, using oxidative curing, are in the range of maximum values obtained by foreign researchers (“Ceramic Fibers Based on SiC and SiCN Systems: Current Research, Development, and Commercial Status)), Flores O., Bordia R., Advanced engineering materials, 2014, 16, no. 6, p. 621-635; "Processing and characterization of large diameter ceramic SiCN monofilaments from commercial oligosilazanes", Flores O., Bordia R., et al., RSC Adv. 2015. Vol. 5. P. 107001-107011). Moreover, the maximum strength characteristics (1.3 GPa) are observed in fibers cured only by electron beam irradiation.

Волокнообразующие олигоорганосилазаны, полученные на базе отечественного сырья, являются коммерческими продуктами для керамических волокон состава SiCN.Fiber-forming oligoorganosilazanes obtained on the basis of domestic raw materials are commercial products for SiCN ceramic fibers.

Разработанная технология на основе доступного отечественного сырья может быть осуществлена в промышленных масштабах с выпуском объемов, обеспечивающих все потребности промышленности. Технологические характеристики волокнообразующих полисилазанов для волокон состава SiCN соответствуют ТУ 20.16.57-250-00209013-2018 (таблица 4 - «Характеристики предкерамического волокнообразующего полисилазана»).The developed technology based on available domestic raw materials can be implemented on an industrial scale with the release of volumes that meet all the needs of the industry. Technological characteristics of fiber-forming polysilazanes for fibers of SiCN composition correspond to TU 20.16.57-250-00209013-2018 (Table 4 - “Characteristics of pre-ceramic fiber-forming polysilazane”).

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

Claims (2)

1. Способ получения в инертной атмосфере предкерамических волокнообразующих олигоорганосилазанов в растворителе путем прямого аммонолиза органодихлорсиланов с последующей полимеризацией продукта аммонолиза в присутствии катализатора, отличающийся тем, что аммонолизу подвергают реакционную смесь, состоящую из смеси органотри- и органодихлорсиланов в различных комбинациях при их суммарном мольном отношении в интервале более 0,66, но менее 0,85, причем аммонолиз осуществляют ступенчато путем последовательного ввода первой эквимолярной композиции, состоящей из диметилдихлорсилана и метилтрихлорсилана с концентрацией 3,42 моль в толуоле; по завершению процесса - второй композиции, состоящей из метилдихлорсилана, винилтрихлорсилана, диметилдихлорсилана с концентрациями 1,39 моль, 0,138 моль, 0,138 моль, соответственно; по завершении процесса - третьей эквимолярной композиции в толуоле с концентрацией 0,294 моль, состоящей из диметилдихлорсилана, фенилтрихлорсилана, с отделением образующегося осадка хлористого аммония и удалением растворителя известными методами после введения третьей композиции и завершении процесса, с последующей полимеризацией продукта аммонолиза от 3 до 6 часов при атмосферном и пониженном давлении при температурах более 149°C, но менее 171°C в присутствии полиалкоксифосфортитаноксана с концентрацией более 0,2 мас.%, но менее 2 мас.%, взятого в качестве катализатора, приводящей к образованию полисилазанов с содержанием нелетучих веществ более 97 мас.%, с выходом неорганического остатка не менее 75 мас.% после пиролиза как на воздухе, так и в инертной атмосфере до 1200°C со стабильностью полисилазана в виде гранул до 6 месяцев.1. A method for obtaining pre-ceramic fiber-forming oligoorganosilanes in a solvent in an inert atmosphere by direct ammonolysis of organodichlorosilanes followed by polymerization of the ammonolysis product in the presence of a catalyst, characterized in that a reaction mixture consisting of a mixture of organotri- and organodichlorosilanes in various combinations is subjected to ammonolysis with their total molar ratio of the range of more than 0.66, but less than 0.85, and ammonolysis is carried out stepwise by sequentially introducing the first equimolar composition consisting of dimethyldichlorosilane and methyltrichlorosilane with a concentration of 3.42 mol in toluene; upon completion of the process - the second composition, consisting of methyldichlorosilane, vinyltrichlorosilane, dimethyldichlorosilane with concentrations of 1.39 mol, 0.138 mol, 0.138 mol, respectively; upon completion of the process - the third equimolar composition in toluene with a concentration of 0.294 mol, consisting of dimethyldichlorosilane, phenyltrichlorosilane, with the separation of the resulting precipitate of ammonium chloride and removal of the solvent by known methods after the introduction of the third composition and completion of the process, followed by polymerization of the ammonolysis product from 3 to 6 hours at atmospheric and reduced pressure at temperatures above 149°C, but less than 171°C in the presence of polyalkoxyphosphorus titanoxane with a concentration of more than 0.2 wt.%, but less than 2 wt.%, taken as a catalyst, leading to the formation of polysilazanes with a content of non-volatile substances more than 97 wt.%, with an inorganic residue yield of at least 75 wt.% after pyrolysis both in air and in an inert atmosphere up to 1200 ° C with the stability of polysilazane in the form of granules up to 6 months. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве катализатора полимеризации использовали полиалкоксифосфортитаноксан следующей формулы: [1Rn TiO 2R(4-n)-], где 1R=Р; n=1-3; 2R= низшие алкилы (С15).2. The method according to p. 1, characterized in that as a polymerization catalyst used polyalkoxyphosphorus titanoxane of the following formula: [ 1 R n TiO 2 R (4-n)- ], where 1 R=P; n=1-3; 2 R= lower alkyls (C 1 -C 5 ).
RU2021107603A 2021-03-23 2021-03-23 Method for producing pre-ceramic fiber-forming oligoorganosilazanes RU2767238C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021107603A RU2767238C1 (en) 2021-03-23 2021-03-23 Method for producing pre-ceramic fiber-forming oligoorganosilazanes

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021107603A RU2767238C1 (en) 2021-03-23 2021-03-23 Method for producing pre-ceramic fiber-forming oligoorganosilazanes

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2767238C1 true RU2767238C1 (en) 2022-03-17

Family

ID=80737052

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021107603A RU2767238C1 (en) 2021-03-23 2021-03-23 Method for producing pre-ceramic fiber-forming oligoorganosilazanes

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2767238C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU433182A1 (en) * 1971-01-06 1974-06-25
US4482669A (en) * 1984-01-19 1984-11-13 Massachusetts Institute Of Technology Preceramic organosilazane polymers
SU1235877A1 (en) * 1984-07-23 1986-06-07 Государственный научно-исследовательский институт химии и технологии элементоорганических соединений Method of producing polyorganosilazanes
WO1994003529A1 (en) * 1992-07-31 1994-02-17 The B.F. Goodrich Company High char yield silazane derived preceramic polymers and cured compositions thereof
RU2190582C2 (en) * 2001-01-09 2002-10-10 Государственное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" Ceramic-forming composite, ceramic composite material based on thereof and method of producing
RU2388777C2 (en) * 2004-11-12 2010-05-10 Клариант Интернэшнл Лтд Use of polysilazanes for coating metal strips

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU433182A1 (en) * 1971-01-06 1974-06-25
US4482669A (en) * 1984-01-19 1984-11-13 Massachusetts Institute Of Technology Preceramic organosilazane polymers
SU1235877A1 (en) * 1984-07-23 1986-06-07 Государственный научно-исследовательский институт химии и технологии элементоорганических соединений Method of producing polyorganosilazanes
WO1994003529A1 (en) * 1992-07-31 1994-02-17 The B.F. Goodrich Company High char yield silazane derived preceramic polymers and cured compositions thereof
RU2190582C2 (en) * 2001-01-09 2002-10-10 Государственное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" Ceramic-forming composite, ceramic composite material based on thereof and method of producing
RU2388777C2 (en) * 2004-11-12 2010-05-10 Клариант Интернэшнл Лтд Use of polysilazanes for coating metal strips

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4720532A (en) Organopolysilazane precursors to silicon nitride-rich mixed SiC/Si3 N4
US4767876A (en) Method for converting organosilicon polymers containing SIH repeat units and organopolysilazane precursors to new and useful preceramic polymers and silicon nitride enriched ceramic materials
US4482669A (en) Preceramic organosilazane polymers
CA1185395A (en) Preparation of polysilazane polymers and the polymers therefrom
US4869854A (en) Process for manufacturing organic silazane polymers and ceramics therefrom
US4847345A (en) Process for manufacturing organic silazane polymers and ceramics therefrom
EP0295062B1 (en) Polysilacyclobutasilazanes
US4687657A (en) Fabrication of SiC - AlN alloys
US5543369A (en) Polymer precursor for silicon carbide/aluminum nitride ceramics
US5268496A (en) Process for the preparation of polysilazanes
US5256487A (en) High char yield silazane derived preceramic polymers and cured compositions thereof
US4705837A (en) Method for converting Si-H containing polysiloxanes to new and useful preceramic polymers and ceramic materials
JPS6357454B2 (en)
Corriu et al. One-step route to silicon carbide precursors by a tunable catalytic polycondensation
CA1287433C (en) Preceramic polymers derived from cyclic silazanes, and halosilanes anda method for their preparation
CA1281838C (en) Cross-linked organosilazane polymers
EP0266912B1 (en) Novel preceramic polymers derived from cyclic silazanes and halogenated disilanes and a method for their preparation
RU2767238C1 (en) Method for producing pre-ceramic fiber-forming oligoorganosilazanes
EP0323062B1 (en) Process for manufacturing organic silazane polymers
US5155181A (en) (Thio)amide-modified silazane polymer composition containing a free radical generator
US4681860A (en) Ceramic materials from polycarbosilanes
EP0209360B1 (en) Method for converting organosilicon polymers containing si-h units to new and useful preceramic polymers and ceramic materials
Seyferth Organosilicon polymers as precursors for silicon-containing ceramics
KR100341432B1 (en) Pre-ceramic polyborosilazane, methods of preparation thereof, and ceramic materials derived therefrom
EP0278001B1 (en) Method for using organopolysilazane precursors to form new preceramic polymers and silicon nitride-rich ceramic materials