DE2618246B2 - Verfahren zur Herstellung vonmol<!l"llaren Organosiliciumverbindungen mit Silicium und Kohlenstoff als Bestandteilen des Hauptgerüstes - Google Patents
Verfahren zur Herstellung vonmol<!l"llaren Organosiliciumverbindungen mit Silicium und Kohlenstoff als Bestandteilen des HauptgerüstesInfo
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Description
(R, · R2 - Si)n
(n>4; Ri und R2 = Wasserstoff, Alkyl mit 1—4
C-Atomen, Phenyl, Silyl, Trimethylsilyl oder Halogen) und/oder ein oder mehrere lineare Polysilane
der Formel
R2-
i
-Si
-R4
20
(n>2; Ri, R2, R3 und R4 = Wasserstoff, Alkyl mit
1—4 C-Atomen, Phenyl, Silyl, Trimethylsilyl oder Halogen) durch Erhitzen auf 300 bis 2000° C unter
einer Atmosphäre von Inertgas oder Wasserstoff oder unter Vakuum thermisch zersetzt und polykondensiert
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung in Gegenwart von
weniger als 10% eines Radikalinitiators, berechnet auf die Organosiliciumverbindung, vornimmt
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Radikalinitiator Benzoylperoxid,
ditert-Butylperoxyoxalat, ditert-Butylperoxid oder Azobisisobutyronitril verwendet
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung unter einem
Druck von 1 bis 100 Atmosphären bei 300 bis 7000C durchführt
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung hochmolekularer Organosiliciumverbindungen,
welche Silicium und Kohlenstoff als Bestandteile des Grundgerüstes aufweisen, aus Organosiliciumverbindungen
mit einem Polysilanhauptgerüst und den hochmolekularen Organosiliciumverbindungen.
Es ist bekannt, daß hochmolekulare Organosiliciumverbindungen mit Silicium und Kohlenstoff als Bestandteilen
des Hauptgerüstes aus Organosiliciumverbindungen mit einem Polysilanhauptgerüst hergestellt werden.
Ferner ist es bekannt, daß Organosiliciumpolymere mit Silicium und Kohlenstoff als Bestandteilen des
Hauptgerüstes aus Monosilanen durch thermische Zersetzung hergestellt werden. Es ist jedoch niemals
versucht worden, Siliciumcarbid durch Wärmebehandlung dieser Organosiliciumpolymeren herzustellen.
Es wurde nun gefunden, daß bisher nicht verwendete ausgewählte Ausgangsmaterialien durch eine thermische
Polykondensationsreaktion in ein Gemisch von linearen Polycarbosilanen, cyclischen Polycarbosilanen
und Polycarbosilanen, in denen lineares Carbosilan und cyclisches Carbosilan chemisch miteinander verbunden
sind, übergeführt werden können.
Die so erhaltenen Polycarbosilane können als Ausgangsmaterial zur Herstellung von Siliciumcarbidfasern
mit höherer Zugfestigkeit als Klavierdraht und Siüciumcarbidformlingen mit einer bemerkenswert
hohen Zugfestigkeit verwendet werden.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von hochmolekularen Organosilicinmverbindungen
mit Silicium und Kohlenstoff als Bestandteilen des Hauptgerüstes, bestehend aus einem Gemisch
von linearen Polycarbosilanen, cyclischen Polycarbosilanen
und Polycarbosilanen, in denen lineares Carbosilan und cyclisches Carbosilan chemisch miteinander
verbunden sind, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man ein oder mehrere cyclische Polysilane der Formel
(R1 - R2 ■ Si)n
(o^4; R, und R2 = Wasserstoff, Alkyl mit 1-4
C-Atomen, Phenyl, Silyl, Trimethylsilyl oder Halogen)
und/oder ein oder mehrere lineare Polysilane der Formel
-Si-
25
(n£2; Ri, R2, R3 und R4 = Wasserstoff, Alkyl mit 1—4
C-Atomen, Phenyl, Silyl, Trimethylsilyl oder Halogen) durch Erhitzen auf 300 bis 20000C unter einer
Atmosphäre von Inertgas oder Wasserstoff oder unter
In den gemäß der Erfindung verwendeten cyclischen Polysilanen ist /i£4, da die Herstellung der cyclischen
Polysilane, in denen η 3 ist, schwierig ist während die
cyclischen Polysilane, worin η 6 ist und Ri und R2
Methylgruppen sind, sich technisch leicht herstellen lassen und die Polysilane, mit η = 5 und Ri und R2 gleich
Arylgruppen ebenfalls technisch leicht herstellbar sind.
Jedoch sind gemäß der Erfindung als Ausgangsmaterial die cyclischen Polysilane, in denen Ri und R2 jeweils
pe, Silyl oder Trimethylsilyl sind, bevorzugt. Es kann
auch ein Gemisch aus verschiedenen cyclischen
Polysilanen bedeuten Ri, R2, R3 und R4 Wasserstoff,
Alkyl, Aryl, Silyl, Trimethylsilyl und/oder ein Halogen und ist π a 2. Die linearen Polysilane, in denen Ri bis R4
Methylgruppen sind, lassen sich am leichtesten herstellen.
beschriebenen cyclischen Polysilan und linearen Polysi
lan sein.
aus a) linearen Polycarbosilanen, b) cyclischen Polycarbosilanen und c) Polycarbosilanen, worin das lineare
Carbosilan und das cyclische Carbosilan chemisch miteinander verbunden sind, hergestellt.
Ri R2
I I
-Si-C
1x4 1x3
worin Ri bis R4 die vorstehend angegebene Bedeutung
besitzen.
3 4
Einige Ausführungsfonnen für die Strukturformel der cyclischen Polycarbosilane sind nachstehend aufgeführt:
CH3 CH3
Si
CH2 CH2
!
CH3-Si Si-CH3
CH3 CH2 CH2
(D
CH3 Si-CH3
CH3-C
CH3-Si
CH3
CH3
CH
Si
\,„ Si-CH3
CH3
CH (Π)
CH3 CH2 CH3
Si Si
CH3 CH2 CH3
(III)
CH3-Si
Si —CHj
CH2 CH3 CH CH3 CH2
(IV)
Die Polycarbosilane, in denen das lineare Carbosilan und das cyclische Carbosilan chemisch miteinander gebunden
sind, können beispielsweise wie folgt dargestellt werden:
CH3 H
Si
CH2 CH2
CH3
CH3
CH3-Si Si-CH2-Si-CH2-Si-CH2-Si-CH3
CH3 CH2
CH3
CH3
(V)
CH3
CH3
CH3 CH3
CH3 CH2
Si Si — CH2 — Si — CH2 — Si—CH3
CH3 CH2 CH3 CH3
(VI)
Gemäß der Erfindung können nötigenfalls weniger als 10% eines Radikalinitiators zu' dem vorstehend
beschriebenen Ausgangsmaterial hinzugegeben werden.
Als Radikalinitiator können Benzoylperoxid, ditert.-Butylperoxyoxalat,
ditert.-Butylperoxid, Azobisisobutyronitril u. dgl. verwendet werden.
Gemäß der Erfindung ist der Radikalinitiator nicht unbedingt erforderlich, jedoch kann die Verwendung
des Radikalinitiators die Reaktionsstarttemperatur in der Erhitzungsstufe herabsetzen oder das durchschnittliche
Molekulargewicht des Polykondensationsproduktes erhöhen.
Die Reaktion der Erfindung benötigt nicht unbedingt Druck, da sich über der thermischen Polykondensationsreaktion
naturgemäß Druck ausbildet. Wenn jedoch absichtlich ein Druck angelegt werden soll, wird das
Ausgangsmaterial in einen Druckkessel gegeben und die Reaktion unter einem Druck von 1 bis 10(D Atmosphären
bei einer Temperatur von etwa 300 bis 700° C, vorzugsweise 350 bis 5000C, ausgeführt.
Unter den beschriebenen Reaktionsbedingungen spaltet sich in den linearen Polysilanen und cyclischen
Polysilanen die-f-Si—Si-]— Bindung auf, und es bildet
sich ein freies Siliciumradikal, wodurch die Reaktion gestartet wird.
Das gebildete freie Siliciumradikal zieht Wasserstoff aus der Methylgruppe ab unter Bildung eines freien
Kohlenstoffradikals, es wird eine Si-an-Si-ßindung auf das gebildete freie Kohlenstoffradikal übertragen,
zwischen den beiden Si-Atomen tritt das —CH2--Radikal
unter Bildung des Carbosilangrundgerüstes ein und die verbleibenden-f-Si—Si-]--Bindungen spalten sich
nacheinander ab, wobei schließlich die vorstehend beschriebenen hochmolekularen Organosiliciumverbindungen
gebildet werden. Dieser Reaktionsmechanismus kann wie folgt dargestellt werden:
CH3
-Si-Si — Si-
-Si
CH3
• Si-Si-
-Si
CH3
-Si —Si —Si-
-Si —Si —Si-
-Si-H
• CH2
-Si — Si — Si-
-Si—^- Si — Si-
-Si-CH2-Si-Si-
Die vorstehend gegebene Erklärung ist anhand des Reaktionsmechanismus für das lineare Polysilan gegeben,
jedoch findet der Reaktionsmechanismus in dem cyclischen Polysilan in gleicher Weise statt
In F i g. 1 ist die Relation von Erhitzungstemperatur
zur Ausbeute an hochmolekularen Verbindungen dargestellt, wenn Dodecamethylcyclohexasilan (Me2Si)6
unter Argonatmosphäre und einem Druck von etwa 40 Atmosphären 48 Stunden lang erhitzt wird.
Aus F i g. 1 ist ersichtlich, daß die hochmolekularen
Organosiliciumverbindungen in der höchsten Ausbeute innerhalb des Temperaturbereiches von 350 bis 500"C
erhalten werden können.
Nachdem die Reaktion vollständig beendet ist, worauf der Reaktionsbehälter geöffnet wird, werden die
als Nebenprodukte gebildeten flüchtigen Verbindungen verdampft Die genannten flüchtigen Verbindungen
bestehen.aus Wasserstoff, niedrigmolekularen Kohlen-Wasserstoffen und niedrigmolekularen Organosiliciumverbindungen.
dukt besteht hauptsächlich aus den hochmolekularen Organosiliciumverbindungen mit Silicium und Kohlenstoff
als Bestandteile des Hauptgerüstes.
Die hochmolekularen Organosiliciumverbindungen gemäß der Erfindung mit Silicium und Kohlenstoff als
Bestandteilen des Hauptgerüstes können kontinuierlich hergestellt werden, indem mindestens ein Strom aus den
beschriebenen cyclischen und linearen Polysilanen zusammen mit mindestens einer Atmosphäre eines
Inertgases und Wasserstoff in eine geheizte Reaktionskolonne geleitet wird, um die Polysilane zu erhitzen und
indem die gebildeten hochmolekularen Verbindungen aus der Reaktionskolonne entnommen werden. In
diesem Fall werden die als Nebenprodukte gebildeten niedrigmolekularen Verbindungen in die Reaktionskolonne im Kreislauf zurückgeführt, wobei die thermische
Polykondensationsreaktion nochmalig unter Gewin nung der hochmolekularen Organosiliciumverbindun
gen gemäß der Erfindung durchgeführt wird.
Eine Ausführungsform der Vorrichtung zur Herstellung der hochmolekularen Organosiliciumverbindungen
wird unter Bezugnahme auf F i g. 2 erläutert. In F i g. 2 wird das Ausgangsmaterial in eine geheizte Reaktionskolonne 2 durch ein Ventil 1 eingeführt und bei einer
Temperatur von 300 bis 20000C, vorzugsweise 500 bis 12000C erhitzt, worauf ein Teil der gebildeten
hochmolekularen Organosiliciumverbindungen in dem Reaktionsprodukt aus der Reaktionskolonne durch ein
Ventil 3 entnommen und ein größerer Teil der gebildeten hochmolekularen Organosiliciumverbindungen
und die in der Reaktionskolonne 2 gebildeten niedrigmolekularen Verbindungen in eine Trennkolonne
5 durch ein Ventil 4 geleitet werden, worin destilliert wird, um Gas von den hochmolekularen Verbindungen
zu trennen, worauf das abgetrennte Gas aus der Trennkolonne durch ein Ventil 6 und die abgetrennten
hochmolekularen Verbindungen aus der Trennkoionne durch ein Ventil 7 entnommen werden. Die in Kolonne 5
abgetrennten niedrigmolekularen Verbindungen werden in die geheizte Reaktionskolonne 2 durch ein Ventil
8 im Kreislauf geführt.
Die Molekularstruktur der so gebildeten hochmolekularen Organosiliciumverbindungen wurde durch
kernmagnetisches Resonanzabsorptionsspektrum und Ultrarotabsorptionsspektrum bestimmt und es wurde
gefunden, daß ein größerer Teil von -[-Si—Si J--Bindungen
verschwindet und die Anwesenheit von-f-Si—C-Bindungen
festzustellen war. Außerdem wurde die Struktur der gebildeten Polycarbosilane durch Röntgenstrahlenbeugung
bestimmt. Eine durch Spinnen des Polycarbosilans erhaltene Faser zeigte durch Röntgen- jo
beugungsmuster, daß das Polycarbosilan eine amorphe hochmolekulare Verbindung ist, wie aus F i g. 3 ersichtlich.
Das durchschnittliche Molekulargewicht der hochmolekularen Organosiliciumverbindungen wurde mit Hilfe J5
einer Molekulargewichtsmeßapparatur bestimmt. Das durchschnittliche Molekulargewicht variiert in Abhängigkeit
von dem Ausgangsmaterial, der Erhitzungstemperatur und der Erhitzungszeit zwischen 300 und 50 000.
Die Molekulargewichtsverteilung von beispielsweise to Polycarbosilan, das durch Erhitzen von Dimethylpolysilan
bei 4600C während 14 Stunden in einem Autoklaven
und anschließende Konzentration des Reaktionsproduktes bis zu 200°C unter Vakuum erhalten wurde, ist in
F i g. 4 gezeigt Dort ist ersichtlich, daß die hauptsächliehe
Verteilung des Molekulargewichtes des Polycarbosilans zwischen 200 und 4000 liegt Diese Molekulargewichtsverteilung
variiert in Abhängigkeit von Temperatur und Zeit bei der Herstellung der Polycarbosilane.
Die Molekulargewichtsverteilung der vorstehend beschriebenen Polycarbosilane, hergestellt bei einer
Temperatur von 47O0C während 16 Stunden und durch
Konzentration bis zu 2000C unter Vakuum ist in F i g. 5
gezeigt In diesem Fall ist das Molekulargewicht in einem weiten Bereich verteilt zwischen 2000 und 50 000,
und die Ausbeute eines anorganischen Produktes, erhalten durch Erhitzen von Polycarbosilan dieses
Molekulargewichts, erreicht 75%.
Die grundmolare Viskosität der hochmolekularen Organosiliciumverbindungen beträgt 0,005 bis 1 ,50.
Selbst wenn die Menge von zugegebenem Radikalinitiator, falls erforderlich, im Falle der Erfindung 10%
überschreitet, ist der zusätzliche Effekt nicht besonders erhöht so daß eine solche Zugabe nicht wirtschaftlich
ist; vielmehr ist die am meisten bevorzugte Menge 0,01 bis 1 %.
Wenn Sauerstoff in der thermischen Polykondensationsreaktion
vorhanden ist, tritt die Radikalpolymerisationsreaktion infolge des Sauerstoffes nicht ein, oder,
falls die Polymerisationsreaktion eintritt, stoppt sie im Verlaufe der Reaktion, so daß die Polykondensationsreaktion
unter mindestens einer Atmosphäre eines Inertgases und Wasserstoffgas oder unter Vakuum
durchgeführt werden muß.
Das durchschnittliche Molekulargewicht der nach dem Verfahren der Erfindung erhaltenen Produkte ist
verteilt zwischen 300 und 50 000, wie vorstehend beschrieben, worin die niedrigmolekularen Verbindungen
enthalten sind. Wenn beabsichtigt ist, Siliciumcarbidfasern
aus den Polycarbosilanen herzustellen, müssen die niedrigmolekularen Verbindungen entfernt werden.
Wenn das Verfahren der Erfindung unter Druck oder in einem versiegelten Gefäß durchgeführt wird, sind die
als Nebenprodukte gebildeten niedrigmolekularen Verbindungen in dem gebildeten Produkt enthalten, jedoch
die Ausbeute an hochmolekularen Verbindungen erhöht. Während die Menge an in den Produkten
enthaltenen niedrigmolekularen Verbindungen klein wird, wenn die Polykondensationsreaktion unter der
Bedingung durchgeführt wird, daß die als Nebenprodukte gebildeten niedrigmolekularen Verbindungen verdampfen
können, sinkt jedoch die Ausbeute an hochmolekularen Verbindungen ab.
Nachstehend wird die Erfindung kurz beispielsweise unter Bezugnahme auf einen Fall erläutert, in welchem
Siliciumcarbidfasern aus den hochmolekularen Organosiliciumverbindungen,
die durch das Verfahren der Erfindung erhalten wurden, hergestellt wurden.
Die niedrigmolekularen Verbindungen, die in den genannten hochmolekularen Organosiliciumverbindungen
enthalten sind, werden mit einem Lösungsmittel, in welchem die niedrigmolekularen Verbindungen löslich
sind, extrahiert, die rückständigen hochmolekularen Verbindungen werden in einem Lösungsmittel gelöst
oder erhitzt und unter Bildung einer Spinnlösung geschmolzen, wobei die Spinnlösung in für das Spinnen
synthetischer Harze zu Fäden üblicher Weise versponnen wird. Danach werden die gesponnenen Fäden unter
Vakuum erhitzt, um die zurückgebliebenen niedrigmolekularen Verbindungen zu verdampfen und dann bei
einer höheren Temperatur unter Vakuum oder unter einer Atmosphäre eines Inertgases, CO-Gases und
Wasserstoffgases unter Bildung von Siliciumcarbidfasern gebrannt
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird nachstehend auf die Zeichnungen Bezug benommen.
F i g. 1 zeigt die Beziehung der Ausbeute der hochmolekularen Organosiliciumverbindungen zu der
Temperatur bei der thermischen Polykondensation, wenn Dodecamethylcyclohexasilan als Ausgangsmaterial
verwendet wurde;
F i g. 2 zeigt eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Herstellung der hochmolekularen Organosiliciumverbindungen;
F i g. 3 zeigt ein Röntgenstrahlenbeugungsmuster von
Polycarbosilan, nachdem es zu Fäden versponnen wurde;
Fi g. 4 und 5 zeigen die Molekulargewichtsverteilungen
der jeweiligen Polycarbosilane.
Die Erfindung wird im einzelnen anhand der folgenden Beispiele näher erläutert
10 g Dodecamethylcyclohexasilan [(Me2Si)6] wurden
in einen Autoklaven eingeführt, worauf Luft in dem Autoklaven mit Argongas ausgespült wurde. Dann
wurde die thermische Polykondensation bei 4300C 48
Stunden lang unter etwa 40 Atmosphären Druck ausgeführt, wobei die hochmolekularen Organosiliciumverbindungen
erhalten wurden. Das resultierende Produkt wurde bei Raumtemperatur abkühlen gelassen
und mit Äther versetzt. Die gebildete Ätherlösung wurde aus dem Autoklaven entnommen.
Äther wurde verdampft, wobei 6,6 g eines Feststoffes erhalten wurden. Das durchschnittliche Molekulargewicht
des Produktes betrug mehr als 1500. Dieser ι ο Feststoff wurde in Benzol gelöst, und die resultierende
Benzollösung konnte zu Fäden versponnen werden.
10 g linearen Polydimethylsilans, das aus Dimethyldichiorsiian
synthetisiert worden war, wurden in einen Autoklaven gegeben und bei 4200C 48 Stunden lang
unter einem Druck von etwa 30 Atmosphären unter Argongas erhitzt, wobei die hochmolekularen Organosiliciumverbindungen
erhalten wurden. Das Reaktionsprodukt wurde in Äther gelöst und der unlösliche Anteil
entfernt, während Äther aus der Ätherlösung verdampft wurde.
Hierbei wurden 4,3 g eines Feststoffes erhalten. Das durchschnittliche Molekulargewicht dieses Produktes
betrug 5000 bis 15 000. Dieses Produkt wurde in Benzol
gelöst und die resultierende Lösung konnte in einem Trockenverfahren zu Fäden versponnen werden.
Beispiel 3 3Q
Zu 10 g Octaphenylcyclotetrasilan wurden zu 0,1g
Benzoylperoxid gegeben, und das Gemisch wurde in einen Autoklaven gegeben und bei 3700C 24 Stunden
lang unter einem Druck von etwa 35 Atmosphären unter Argongas erhitzt Nach Beendigung der Reaktion
wurde das resultierende Produkt in Hexan gelöst und die Lösung wurde aus dem Autoklaven entnommen und
filtriert, worauf Hexan verdampft wurde.
Hierbei wurden 7,1 g einer festen hochmolekularen Verbindung erhalten. Das durchschnittliche Molekulargewicht
dieses Produktes lag über 8000. Diese feste hochmolekulare Verbindung wurde in Benzol gelöst und
die Lösung konnte in einem Trockenverfahren zu Fäden versponnen werden. Die gebildeten Fasern waren bis zu
450° C bei der Hitzebehandlung unter Argonatmosphäre stabil.
10 g eines Gemisches von cyclischen Dimethylpolysilanen
(Me2Si)5 und (Me2Si)6 und 0,5 g Azoisobutyronitril
wurden in einen Autoklaven gegeben und bei 4000C 12
Stunden lang unter einem Druck von etwa 80 Atmosphären unter Argongas erhitzt Nach Beendigung
der Reaktion wurde das Reaktionsprodukt in Benzol gelöst und die resultierende Benzollcisung wurde aus
dem Autoklaven entnommen und filtriert
Die Benzollösung wurde unter reduziertem Druck zur Verdampfung von Benzol destilliert, wobei 4,8 g einer
festen hochmolekularen Verbindung erhalten wurden. Das durchschnittliche Molekulargewicht des reduzie- to
renden Produktes betrug 7000 bis 8000 und eine Lösung dieses Produktes in Benzol konnte in einem Trockenverfahren
zu Fäden versponnen werden.
10 g eines Gemisches von cyclischen Diphenylsilanen (Ph2Si)4 und (Ph2Si)S und linearem, kettenendständig je 1
Chlor tragendem Polydiphenylsilan wurden in einen Autoklaven gegeben und die Luft in dem Autoklaven
mit. Argongas ausgespült. Dann wurde die Polykondensation bei 3800C 50 Stunden lang unter einem Druck
von etwa 60 Atmosphären durchgeführt. Nach Beendigung der Reaktion wurde Benzol in den Autoklaven
hinzugegeben, um das Reaktionsprodukt aufzulösen. Die resultierende Benzollösung wurde aus dem
Autoklaven entnommen und unter reduziertem Druck konzentriert, wobei 6,9 g eines festen Produktes
erhalten wurden.
Das durchschnittliche Molekulargewicht dieses Produktes betrug 1500 bis 3000. Dieses feste Produkt wurde
in Benzol gelöst, und die Benzollösung konnte zu Fäden versponnen werden. Die gebildeten Fäden waren bis zu
4500C bei der Hitzebehandlung unter Vakuum stabil.
Die verwendeten Diphenylsilanc (PhjSfy und (Ph2SiJs
werden durch Lösen von Diphenyldichlorsilan in Tetrahydrofuran und Zugabe von Lithiummetall zu der
Lösung zwecks Dechlorierung entsprechen allgemein bekanntem Reaktionsweg erhalten.
Die hochmolekularen Organosiliciumverbindungen gemäß der Erfindung wurde aus Hexamethyldisilan
unter atmosphärischem Druck hergestellt, wobei die in F i g. 2 gezeigte Vorrichtung verwendet wurde. Es
wurde ein Hexamethyldisilanstrom zusammen mit Argongas bei einer Zufuhrgeschwindigkeit von 1 l/h in
eine auf 8500C erhitzte Reaktionskolonne eingeführt. Das eingeführte Hexamethyldisilan wurde einer Zersetzungsreaktion
und einer Polykondensationsreaktion in der erhitzten Reaktionskolonne unterworfen, um die
hochmolekularen Verbindungen zusammen mit niedrigmolekularen Verbindungen herzustellen. Ein Teil der
gebildeten hochmolekularen Verbindungen wurden aus der Reaktionskolonne entnommen und ein größerer
Teil der hochmolekularen Verbindungen wurde in eine Trennkolonne zusammen mit den niedrigmolekularen
Verbindungen in der Kolonne eingeführt, worin das Gas und die niedrigmolekularen Verbindungen aus den
hochmolekularen Verbindungen abgetrennt wurden. Die abgetrennten niedrigmolekularen Verbindungen
wurden im Kreislauf in die erhitzte Reaktionskolonne zurückgeführt
Nach Durchführung dieser Arbeitsweise während 10
Stunden wurden 5,4 kg der hochmolekularen Verbindungen erhalten. Das durchschnittliche Molekulargewicht
dieses Produktes betrug 3500. Dieses Produkt konnte durch Erhitzen bei 680C versponnen werden.
100 g lineares Polysilan wurden in ein Quarzreaktionsgefäß eingeführt und unter Erhitzung bei 350° Z
während 5 Stunden zirkuliert und dann allmählich auf 4700C erhitzt, während die verdampfte Fraktion
entfernt wurde. Danach wurde gekühlt Das Reaktionsprodukt wurde in η-Hexan gelöst und die resultierende
Lösung wurde aus dem Reaktionsgefäß entnommen und filtriert und dann mittels einer Saugvorrichtung
konzentriert, um η-Hexan zu entfernen. Dann wurde weiter mit einer Vakuumpumpe konzentriert, um
η-Hexan vollständig zu entfernen, wobei 43 g der hochmolekularen Verbindungen erhalten wurden.
Das durchschnittliche Molekulargewicht des Produktes betrug 980 und die grundmolare Viskosität war 0,17.
Wenn dieses Produkt bis zu 1300°C bei einer
Temperatursteigungsgeschwindigkeit von 250°C/h unter
Vakuum gebrannt wurde, wurde eine Ausbeute von 61% SiC erhalten.
Verschiedene Disilanverbindungen mit der in der Tabelle I aufgeführten Formel wurden als Ausgangsmaterial
verwendet und hochmolekulare Organosiliciumverbindungen unter Verwendung des Reaktionsgefäßes,
wie in F i g. 2 gezeigt ist, hergestellt.
Die Reaktionskolonne 2 des Reaktionsgefäßes wurde auf die in der Tabelle I aufgeführte Temperatur erhitzt
und jedes Ausgangsmaterial mit der in der Tabelle 1 angegebenen Zufuhrrate zusammen mit Argon eingespeist,
wobei die Disilanverbindung umgesetzt wurde. Das Reaktionsprodukt wurde in Gas, niedermolekulare
Verbindungen und hochmolekulare Verbindungen (mit einem höheren Siedepunkt als 250° C) in der Fraktionierkolonne
(5) fraktioniert, wobei das Gas ausströmen gelassen wurde. Die niedermolekularen Verbindungen
wurden wieder in die Reaktionskolonne (2) zusammen mit dem Ausgangsmaterial eingespeist und umgesetzt.
Nach Vollendung der Reaktion wurde jeweils die Ausbeute des Gases, der niedermolekularen Verbindungen
und der hochmolekularen Verbindungen bestimmt. Die Ergebnisse sind in der Tabelle I gezeigt.
Die Struktur der hochmolekularen Verbindungen wurde durch NMR und IR bestimmt. Es wurden keine
Si—Si-Bindungen gefunden und es waren nur Si-C-Bindungen
vorhanden.
Unter Verwendung der in der folgenden Tabelle H gezeigten vier Silanverbindungen wurden hochmolekulare
Organosiliciumverbindungen unter Verwendung eines Autoklaven synthetisiert.
250 g Polysilan wurden in einem 1-1-Autoklaven
eingesetzt und dann wurde die Luft in dem Autoklaven durch Stickstoffgas ersetzt. Die Reaktion wurde bei der
in der Tabelle 11 aufgeführten Reaktionstemperatur 14 Stunden lang durchgeführt. Der Druck in dem
Autoklaven wurde mit fortschreitender Reaktion erhöht. Der Druck nach vollendeter Reaktion ist in der
Tabelle Π aufgeführt. Nach Vollendung der Reaktion
wurde das Reaktionsprodukt in Form einer Hexanlösung herausgenommen. Die Lösung wurde zur Entfernung
von Verunreinigungen filtriert. Dieses Filtrat wurde unter einem reduzierten Druck zur Abdestillation
des Hexans konzentriert und danach durch Erhitzen auf 200°C im Vakuum konzentriert, wobei hochmolekulare
Urganosiliciuniverbindungen mit der in der Tabelle II aufgeführten Ausbeute erhalten. Die Struktur der
erhaltenen Produkte wurde durch IR und NMR bestimmt. Es wurde gefunden, daß keine Si—Si-Bindung
vorlag und daß die Polymeren nur Si—C-Bindungen enthielten.
| Ausgangsverbindung | Siedepunkt (°C) |
Temperatur Zufuhrrate in der Reak- des Aus- tionskolonne gangs- materials (°C) (l/h) |
Ausbeute der Gas |
Reaktionsprodukte (%) nieder- hoch molekulare molekulare Verbindung Verbindung |
50,5 |
| [CI(C2H5)2Si]2 | 105 -107 |
760 5,0 | 37,4 | 12,1 | 53,0 |
| Kn-C3H7J3Si]2 | 128,5 -129 |
790 5,5 | 36,9 | 10,1 | 55,5 |
| Kn-C4H9J3Si]2 | 187,5 -188,5 |
820 5,0 | 34,5 | 10,0 | |
| Tabelle II | |||||
| Ausgangsverbindung | Reaktions temperatur |
Reaktions druck |
Produkt ausbeute |
||
| ( C) | (kg/cm2) | (%) | |||
| (CH3J3SiSiH | 2Si(CH3J3 | SiR2 |
| R2 | I | |
| Si | SiR2 | |
| R3Si | / \ | \ / |
| \ / | Si I |
|
| Si | I R2 R = CH3 |
|
| / \ | ||
| R X | ||
110
100
13
Fortsetzung
14
Reaktionstempcralur
Reaklionsdruck
(kg/cm-)
Produktuusbeule
| \ / | R | R | I | SiR2 | / | R = C2Hs | / \ | SiR2 | / | R = CH3 | |
| Si | Si | I | I | ||||||||
| R3Si | / \ | SiR2 | SiR2 | ||||||||
| R3Si | / \ | \ / | |||||||||
| I | Si | ||||||||||
| R,Si | R2 | ||||||||||
| ' \ / | |||||||||||
| Si | \ , | ||||||||||
| / \ | Si I |
||||||||||
|
I
R2 |
|||||||||||
| R2 | |||||||||||
| I | |||||||||||
| Si |
95
100
65
61
Bemerkung:
SiR.. = Si
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
1. Verfahren zur Herstellung von hochmolekularen Organosiliciumverbindungen mit Silicium und
Kohlenstoff als Bestandteilen des Hauptgerüstes, bestehend aus einem Gemisch von linearen Polycarbosilanen,
cyclischen Polycarbosilanen und Polycarbosilanen, in denen lineares Carbosilan und cyclisches
Carbosilan chemisch miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß man
ein oder mehrere cyclische Polysilane der Formel
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