CN112048069A - 一种小分子液态碳硅烷副产物的固化处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种小分子液态碳硅烷副产物的固化处理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：先往液态聚碳硅烷中加入固体碱，使固体碱溶解于液态聚碳硅烷中；将溶解在液态聚碳硅烷中的固体碱进行加热升温，使其引发聚合反应，后升温并保温，以使液态聚碳硅烷最终聚合形成不挥发的固体产物。采用上述技术方案后，本发明提供的小分子液态碳硅烷副产物的固化处理方法，对易挥发、易燃的小分子液态聚碳硅烷进行固化处理，使得形成的固体产物易运输、处理，提高了危险化学品处置过程中的安全性。

Description

一种小分子液态碳硅烷副产物的固化处理方法
技术领域
本发明涉及化工领域，尤其涉及一种小分子液态碳硅烷副产物的固化处理方法。
背景技术
聚碳硅烷(PCS)是先驱体法生产碳化硅纤维的原料。在合成聚碳硅烷(PCS)过程中，会残余一部分液态聚碳硅烷(LPCS)小分子，以及在后期调整聚碳硅烷(PCS)软化点的时候，也有一部分液态聚碳硅烷(LPCS)被分离出来。这些低分子量的液态聚碳硅烷(LPCS)沸点低、蒸气压大，室温条件下极易挥发；遇到静电或者高温容易燃烧，是一种易挥发易燃的液体。现有的处置办法是将其密闭封存在容器中运输至危险化学品处理公司进行无害化处理，这种运输、处理过程中危险性极高，容易造成事故。有专利[袁钦，一种对聚碳硅烷合成中液态副产物回收利用的方法[P].CN106866976B，2019]研究通过将液态聚碳硅烷(LPCS)加入自由基引发剂，在惰性气氛下合成出固态的聚碳硅烷(PCS)，合成出的聚碳硅烷(PCS)能在陶瓷基复合材料中使用。该法在合成中需要在液态聚碳硅烷(LPCS)中混入一定量的自由基引发剂，使用的自由基引发剂为过氧化物以及偶氮类化合物，这一类化合物在高温下易剧烈分解导致该回收处理方法存在较高的风险。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种小分子液态聚硅烷副产物的固化处理方法，该法采用固体碱与制备聚碳硅烷过程中产生的易挥发、易燃的液态聚碳硅烷混合，加热缓慢升温，液态聚碳硅烷在固体碱的作用下形成阴离子，阴离子引发液态聚碳硅烷聚合反应，最后形成固体产物，该固体产物不易挥发、性质稳定，容易运输及后处理。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种小分子液态碳硅烷副产物的固化处理方法，该方法包括以下步骤：
(1)先往液态聚碳硅烷中加入固体碱，使固体碱溶解于液态聚碳硅烷中；
(2)将溶解在液态聚碳硅烷中的固体碱进行加热升温，使其引发聚合反应，后升温并保温，以使液态聚碳硅烷最终聚合形成不挥发的固体产物。
(3)待聚合反应结束，反应装置冷却后即可将固化后的液态聚碳硅烷排放出，最后再无害化处理；其中，整个处理过程产生的废气，经吸附、焚烧处理后，或者采用其他尾气处理方法处理后放空。
优选的，在步骤(1)中，所述固体碱与液态聚碳硅烷重量比为1～15:100。采用该结构，即固体碱的比例越高，反应时间越短，物料收率也会略微增加，但由于固体碱的加入比例过高也会导致处理的成本增加。
优选的，所述固体碱为固体氢氧化钾(KOH)、固体氢氧化钠(NaOH)和氢氧化钙(Ca(OH)2)中的一种。
优选的，在步骤(1)中，所述固体碱采用分批投加溶解的方式投加到液态聚碳硅烷中，所述固体碱分1～5次投加到液态聚碳硅烷中。采用该结构，即由于固体碱溶解于液态聚碳硅烷中是放热行为，放热会导致液态聚碳硅烷严重蒸发甚至沸腾，采用分批投加溶解，可将溶解放出的热量发散掉。
优选的，在步骤(1)中，从聚碳硅烷合成中生成的液态聚碳硅烷需要在密闭的容器中进行保存。采用该结构，即保存过程中保持容器的密闭，以阻止液态聚碳硅烷的挥发。
优选的，步骤(2)的具体步骤为：将溶解在液态聚碳硅烷中的固体碱进行加热缓慢升温，溶解在液态聚碳硅烷中的固体碱引发液态聚碳硅烷的聚合反应形成粘性液体，随着反应温度升高至最终温度并保温一段时间，液态聚碳硅烷最终聚合成不挥发的固体产物；其中，反应温度为150～400℃，反应时间为12～72h。
优选的，步骤(1)和步骤(2)均是在反应装置中进行反应，其中，反应装置为带有回流冷凝器、液态进料口、固态进料口和出料口以及加热功能的反应釜。
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、本发明提供的一种小分子液态碳硅烷副产物的固化处理方法，该方法采用固体碱与制备聚碳硅烷过程中产生的易挥发、易燃的液态聚碳硅烷混合，加热缓慢升温，液态聚碳硅烷在固体碱的作用下形成阴离子，阴离子引发液态聚碳硅烷聚合反应，最后形成不挥发的固体产物，即对易挥发、易燃的小分子液态聚碳硅烷进行固化处理，使得形成的固体产物易运输、处理，提高了危险化学品处置过程中的安全性。
2、本发明提供的一种小分子液态碳硅烷副产物的固化处理方法，反应装置为现有成熟的搅拌加热釜，并可充分利用现有的尾气处理装置，整个装置结构简单，技术成熟，所使用的原料固体碱化学稳定，处理过程安全，处理过程步骤简单，操作容易。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明提供的一种小分子液态碳硅烷副产物的固化处理方法的处理方法流程。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
实施例1
参考图1，本发明提供的一种小分子液态碳硅烷副产物的固化处理方法，该方法包括如下步骤：
(1)在带有冷凝回流管的玻璃瓶中，加入100g液态聚碳硅烷，分三次先后加入2.5g、2.5g、5.0g KOH，在加KOH时不停搅拌，使KOH溶解于液态聚碳硅烷中；
(2)将装有溶解了KOH的玻璃瓶缓慢加热升温至280-320℃，在此温度下保温24-30h，随着加热升温的过程，液态聚碳硅烷缓慢聚合，最终形成发泡状的褐色固体；反应中的废气通过活性炭吸附后排放至大气；
(3)最后将玻璃瓶中的发泡状固体排出，得到86g的固体产物，产率86％。
实施例2
参考图1，本发明提供的一种小分子液态碳硅烷副产物的固化处理方法，该方法包括如下步骤：
(1)在带有冷凝回流管的玻璃瓶中，加入150g液态聚碳硅烷，分两次先后加入4.0g、2.0g、2.0g KOH，在加KOH时不停搅拌，使KOH溶解于液态聚碳硅烷中；
(2)将装有溶解了KOH的玻璃瓶缓慢加热升温至280-320℃，在此温度下保温24-30h，随着加热升温的过程，液态聚碳硅烷缓慢聚合，最终形成发泡状的褐色固体；反应中的废气通过活性炭吸附后排放至大气；
(3)最后将玻璃瓶中的发泡状固体排出，得到110g的固体产物，产率73％。
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 (8)

1.一种小分子液态碳硅烷副产物的固化处理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)先往液态聚碳硅烷中加入固体碱，使固体碱溶解于液态聚碳硅烷中；
(2)将溶解在液态聚碳硅烷中的固体碱进行加热升温，使其引发聚合反应，后升温并保温，以使液态聚碳硅烷最终聚合形成不挥发的固体产物。
2.根据权利要求1所述的一种小分子液态碳硅烷副产物的固化处理方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述固体碱与液态聚碳硅烷重量比为1～15:100。
3.根据权利要求1所述的一种小分子液态碳硅烷副产物的固化处理方法，其特征在于：所述固体碱为固体氢氧化钾(KOH)、固体氢氧化钠(NaOH)和氢氧化钙(Ca(OH)2)中的一种。
4.根据权利要求2所述的一种小分子液态碳硅烷副产物的固化处理方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述固体碱采用分批投加溶解的方式投加到液态聚碳硅烷中。
5.根据权利要求4所述的一种小分子液态碳硅烷副产物的固化处理方法，其特征在于：所述固体碱分1～5次投加到液态聚碳硅烷中。
6.根据权利要求1所述的一种小分子液态碳硅烷副产物的固化处理方法，其特征在于：在步骤(1)中，从聚碳硅烷合成中生成的液态聚碳硅烷需要在密闭的容器中进行保存。
7.根据权利要求1所述的一种小分子液态碳硅烷副产物的固化处理方法，其特征在于，步骤(2)的具体步骤为：将溶解在液态聚碳硅烷中的固体碱进行加热缓慢升温，溶解在液态聚碳硅烷中的固体碱引发液态聚碳硅烷的聚合反应形成粘性液体，随着反应温度升高至最终温度并保温一段时间，液态聚碳硅烷最终聚合成不挥发的固体产物；其中，反应温度为150～400℃，反应时间为12～72h。
8.根据权利要求1所述的一种小分子液态碳硅烷副产物的固化处理方法，其特征在于：步骤(1)和步骤(2)均是在反应装置中进行反应的，其中，反应装置为带有回流冷凝器、液态进料口、固态进料口和出料口以及加热功能的反应釜。
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