[发明专利]硅氮烷裂解的连续方法

说明书

本发明涉及硅氮烷裂解的连续方法，特别是用来生产用于非氧化物无机陶瓷的分子前体。

分批进行的硅氮烷裂解反应，在现有技术中已经进行了描述(Metallo-organicheskaya Khimiya(1989)，2(3)，701-2，Kalikhman，I.D.等人；Journal of Organometallic Chemistry(1989)，361(2)，147-55，Kalikhman，I.D.等人；Zhurnal Obshchei Khimii(1981)，51(8)，1824-9，Sheludyakov，V.D.等人)。

尤其有利的是由阴离子组分C和N以及2至4种具有阳离子功能的其他元素如B、Al、Ga、In、Si、Ge、P、Ti、Zr、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Fe或Zn形成的陶瓷。这样的陶瓷，例如由Si、B、N和C所组成，以极好的热学、机械学和化学耐性而著名，并且在所有与应用相关的特性相结合方面例如热机中的使用，明显地优于竞争性材料。达到这些有利的性质的条件首先是实现由具有阴离子和阳离子功能的元素规则交替的网，后者均匀分布在1到2纳米以上的区域内。

这样的条件可以通过合成和提供包含经过氮相互连接在一起的阳离子组分彼此按所期望的组合的分子单组分前体来实现。随后将这些分子前体聚合并最终经热解而陶瓷化。由于聚合物中间步骤可以根据任何聚合物技术方法加工，因此展示了不一般地宽域的应用形式，例如诸如纤维、薄膜、渗透物、涂层和模塑体。特别重要的是这种新材料家族用于生产纤维加强型陶瓷复合物的潜力。由于在高温空气中和同时机械负荷下无与伦比的优异特性，保证了其应用潜力。向被金属材料和传统的陶瓷材料所占据的领域中渗透由于有多种技术优势而值得期待，但只有在可以获得成本有利的生产方法时才有可能。

在综述″Amorphous Multinary Ceramics in the Si-B-N-C System″(M Jansen等人，Struct.Bond.2002，101，137)2002，101，137)和DE 41 07 108 A1，DE 100 45 427 A1，DE 100 45 428 A1和101 04536 A1中，对于Si/B/N/C子系统描述了式(1)R_xHal_3-xSiNR¹-BR_yHal_2-y的单组分前体的主结构变体，其中R每种情况下独立地代表具有1到20个C原子的烃基，Hal每种情况下独立地表示Cl、Br或I，R¹每种情况下独立地代表具有1到20个C原子的烃基或氢，x＝0、1或2并且y＝0或1。

上述方法的共同点是从Me₃Si-NR¹SiMe₃开始，由两步连续的硅氮烷裂解，首先与SiHal_4-xR_x然后与BHal_3-yR_y，在两步液相操作中以分批方式合成各自的目标分子。

这里涉及实验室合成，不能直接在技术规模上作为环境和经济上优化的生产方法来实行。

可能尤其有以下的问题：

1.第一步硅氮烷裂解的反应时间每批在20到48小时之间，第二步为大约12小时。因此通过这条路线不能获得令人满意的空时产率。

2.如果将反应温度提高，则选择性下降并且可能得到不希望的副产物如R_xHal_3-xSi-NR¹-SiHal_3-xR_x或Me₃Si-NR¹-SiHal_2-xR_x-NR¹-SiMe₃。

3.至今，需要大大过量的昂贵进料，其成本削弱了该方法的经济性。

4.由″分批″方法合成是相对不经济的，因为在每批反应之前都要为反应装置提供耗时且成本过高的惰性环境。

5.由合成期间必要的冷却以及由通过蒸馏过程的分离和提纯产物而产生高成本。

在DE 100 45 428 A1中描述了上述定义的单组分前体的另一种制备路线，据此一种胺组分R¹NH₂相继与硅烷组分SiHal_4-xR_x和硼烷组分BHal_3-yR_y反应：