[发明专利]一种用于制备陶瓷涂层的聚硅氮烷制备方法

说明书

技术领域

本发明属于一种陶瓷涂层的制备方法，特别是涉及一种用于制备陶瓷涂层的聚硅氮烷前驱体的制备方法。

背景技术

近年来用聚合物前驱体研制具有耐高温、抗氧化、抗腐蚀等特殊性能的陶瓷材料成为材料研究领域的热门。

这种陶瓷叫做聚合物衍生陶瓷，它是由聚合物前驱体制备而来。合成该类陶瓷所需的含硅聚合物前驱体主要有：-Si-O-聚合物，-Si-N-聚合物，即聚硅氧烷和聚硅氮烷。     

作为陶瓷前驱体的聚硅氮烷可以制备成为氮化硅（Si₃N₄）和氮化碳硅（Si_xN_yC_z）陶瓷，这种陶瓷具有耐高温、耐磨、耐腐蚀等优良性能，可以制成陶瓷涂层、陶瓷纤维、纳米材料、磁性陶瓷，还可以制成陶瓷基复合材料（CMC）、超高温材料、大块陶瓷、催化剂、多孔材料、锂电池阳极、3D打印材料，还可以用于陶瓷的粘接剂、电脑芯片的多层连接等。

聚甲基氢硅氮烷是聚硅氮烷中的一种。由于其含有大量的Si-H键因此易与氧化金属反应，在金属与涂层之间形成化学键，用其制备的涂层与金属的结合非常牢固。

目前已发表并公开的合成方法有三种，反应式如下：

方法一：

方法二：

方法三：

以上合成方法得到的是低聚甲基氢硅氮烷，通常是结构复杂的环状物和线性低聚物。

 

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于制备陶瓷涂层的聚硅氮烷制备方法，该方法采取对反应体系通入氮气进行保护的措施；其次，对第一步反应产物进行重复氨解反应，确保第一步反应充分以提高反应收率；再次，在第一步产物的基础之上进行热处理使分子间发生连接，来获取高分子聚硅氮烷。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种用于制备陶瓷涂层的聚硅氮烷制备方法，所述方法包括以下过程：首先将反应系统预先进行脱敏处理，即首先排除系统中的空气与水蒸汽，将高纯氮气经过干燥装置进入反应器，再经其它装置排出，保持0.5～1小时；其次进料过程不与空气接触，将经过精馏的原料甲基氢二氯硅烷和溶剂正己烷在负压作用下依次进入反应器；整个反应过程中保持反应体系与空气和水蒸汽的隔离，反应在0℃下进行，直至体系显碱性，并始终保持氨气的流通。

所述的一种用于制备陶瓷涂层的聚硅氮烷制备方法，反应过程中使用高纯氮气，并经过干燥系统脱出氮气中的水汽。

所述的一种用于制备陶瓷涂层的聚硅氮烷制备方法，反应过程中使用的溶剂必须进行精馏和脱水处理，以除去其中含有的微量水。

所述的一种用于制备陶瓷涂层的聚硅氮烷制备方法，对初步反应的产物进行二次反应，重复反应保证了氯硅烷充分氨解，获得分子量均衡的低聚物，分子量为3000左右。

所述的一种用于制备陶瓷涂层的聚硅氮烷制备方法，用热交联法使低聚物成为高聚物，分子量达到20万。

本发明的优点与效果是：

1、                      本发明选用的系统脱敏法对反应原料进行了有效的保护，同时也防止了产品中Si-Cl键的水解破坏。

2、                      本发明采用二次氨解反应过程，使氯甲基氢硅烷的氨解反应充分进行。

3、                      本发明采用热交联方法，使低聚物和环状小分子交联变成大分子。

4、                      反应所用溶剂正己烷经过精馏以后，可以循环使用，回收率达95％以上。

5、                      本发明所采取的技术方案，使得产品的分子量由低聚物的2000-4000增长到200 000，呈现白色固体形态，能溶解于常用有机溶剂，适于制备涂料。

附图说明

图1为本发明系统脱敏氨解法示意图；

图2为本发明重结晶法流程示意图。

具体实施方式

系统脱敏氨解法：在合成反应釜中预先通入纯氮，排除系统中空气及水蒸汽，利用压差将原料甲基氢二氯硅烷和正己烷吸入反应釜中，反应中保持氨气的通入。

重复氨解法：将氨解反应的混合液压滤，除去固体副产物氯化铵，并使液体重新进入反应釜，重复进行氨解反应，直至反应液呈弱碱性。

加热交联法：将氨解反应液进行加热处理，使之高分子化，使环状小分子和链状低聚物交联成为大分子。