Wat is een siliconenreactor: Siloxanchemie, configuraties en opschaling

Het beantwoorden van de kernvraag:Wat is een siliconen reactor?Een siliconenreactor is een vat of machine die chlorosilanen of cyclische siloxanen omzet in polydimethylsiloxaan en de copolymeren ervan, door middel van hydrolyse, ringopening, evenwichtspolymerisatie,Katalysatorneutralisatie en vacuümdevolatilizationHet ontwerp wordt gevormd door twee verschillende chemicaliën: hydrolyse is snel, exotherm en produceert waterstofchloride.De evenwichtspolymerisatie wordt thermodynamisch gecontroleerd en verloopt bij 140-180°C met 10-100 ppm kaliumsilanolaatkatalysator, en het is omkeerbaar, dus bij evenwicht bevat de reactorinhoud nog steeds 10-18% cyclische siloxanen die bij 150-200 °C onder 1-10 mbar moeten worden gestript tot 100-1000 ppm.De definitieve engineering span is viscositeit: dezelfde productfamilie gaat van een 10 cSt vloeistof tot een 1 cSt vloeistof,000,000 cSt gom, overeenkomend met een mate van polymerisatie van ongeveer 10 tot meer dan 10,000, waardoor geen enkel roer- of reactortype het gehele bereik kan bedienen.

1Siloxanchemie die de reactorbelasting bepaalt

Vier chemische kenmerken onderscheiden de siliconenverwerking van andere polymerisaties:

• Hydrolyse en condensatie van silanol:De industriële route begint met dimethyldichlorosilan dat reageert met water om een mengsel van lineaire silanol-beëindigde oligomeren en cyclische soorten te verkrijgen.het vrijgeven van twee mol waterstofchloride per mol chlorosilanDe reactie is snel en sterk exotherm, en het waterstofchloride vormt bij contact met vocht zoutzuur, dat deze fase een corrosiebestendige constructie vereist.met een breedte van niet meer dan 50 mm, Hastelloy of een fluoropolymer bekleding, plus een absorptie- en schrobbe-systeem voor het ventilatiegas.De temperatuur wordt onder ongeveer 40-60°C gehouden, omdat zij de verdeling tussen lineaire en cyclische produkten en dus de opbrengst van bruikbare tussenprodukten regelt.De daaropvolgende condensatie van silanolen tot een ketenlengte wordt door zowel zuur als base gekaatalyseerd en verloopt zelfs bij kamertemperatuur.wat betekent dat het hydrolysaat reactief is en niet onbepaald kan worden opgeslagen zonder dat het moleculaire gewicht drijft.
• Gelijkmatige polymerisatie met ringopening:Commerciële polymerisatie opent cyclische siloxanen zoals octamethylcyclotetrasiloxan en decamethylcyclopentasiloxan met een basiskatalysator, gewoonlijk kaliumsilanolaat bij 10-100 ppm, bij 140-180°C.Het mechanisme is niet een eenvoudige ketengroei tot voltooiing, maar een herverdeling.waarbij siloxanbindingen continu worden verbroken en gereformeerd totdat het systeem het thermodynamische evenwicht tussen lineaire polymeren en cyclische soorten bereiktHet moleculaire gewicht wordt niet bepaald door de omzetting, maar door de hoeveelheid ketenstopper, meestal een korte trimethylsiloxy-afgeronde vloeistof of hexamethyldisiloxan, die wordt gebruikt om de moleculaire massa van de stof te bepalen.dus het recept in plaats van de reactietijd bepaalt het productDe temperatuur moet binnen ongeveer 1°C gelijkmatig zijn, omdat het evenwicht afhankelijk is van de temperatuur en hotspots zowel het moleculaire gewicht als het cyclische gehalte verschuiven.En bij evenwicht is 10-18% van de massa nog steeds cyclisch en moet worden verwijderd..
• Katalysatorneutralisatie en productstabiliteit:Aangezien het evenwicht omkeerbaar en gekaataliseerd is, zal elke actieve katalysator die in het product blijft, de ketens tijdens de opslag blijven herverdelen, waardoor de viscositeit verschuift, terugkeert naar cyclische,en in het slechtste geval gelendDe neutralisatie is dus een discrete, kritische stap: een stochiometrische hoeveelheid fosforzuur, silylfosfaat,of kooldioxide plus water wordt toegevoegd om het kaliumsilanolaat om te zetten in een inactief zoutDe zoutkristallen worden meestal in het product achtergelaten voor vloeistoffen of gefilterd voor hoogklarheidsgraad.De verificatie geschiedt door middel van een versnelde test op warmte-leeftijd., waarbij een monster gedurende 24 uur bij 200-250°C wordt gehouden en de viscositeitsverandering wordt gemeten; een stabiel product verandert met minder dan een paar procent,terwijl een onvolledig geneutraliseerd een dikker of dunner merkbaar.
• Devolatilizatie en cyclische verwijdering:Het evenwichtsmengsel moet worden verlaagd van 10-18% cyclisch naar onder de 100-1000 ppm,afhankelijk van de kwaliteit en van de wettelijke grenswaarden voor bepaalde cyclische siloxanenAangezien het polymeer viskoos is, is de beperkende stap niet de dampdruk van de cyclische stoffen, maar hun diffusie door de smelt naar een vrij oppervlak.de apparatuur moet dus een groot oppervlakteoppervlak genereren en vernieuwen in een vacuüm van 1-10 mbar bij 150-200°CDe meest effectieve zijn de afgedroogde en dunne film verdampers, die de laagste residuen bereiken met een korte verblijfsduur die de thermische afbraak beperkt.In de reactor is het strippen met een high-surface ribbon agitator en stikstofsparring goedkoper, maar langzamer en bereikt een hoger residu.De vluchtige stoffen worden gecondenseerd en hergebruikt voor recycling, wat zowel een economische als een nalevingsvereiste is.

2. Reactorconfiguraties van batch naar continu

De configuratie wordt gekozen op basis van het viscositeitsbereik, de doorvoer en het product dat de installatie moet leveren:

• Batch-roerd reactor:De standaardconfiguratie voor het vloeistof- en gematigdviscositeitsbereik en voor planten met veel soorten.met een laag met een diameter van niet meer dan 20 mm,De reactievermogen van de batchreactoren is flexibel en maakt het mogelijk om de kwaliteit van de reactoren te wijzigen.en zijn de praktische keuze voor speciale productenDe beperkingen zijn warmteoverdracht, omdat de wandcoëfficiënt bij hoge viscositeit onder de 100 W/m2K valt, cyclustijd,Het neutraliseren en strippen gebeurt allemaal opeenvolgend in één vat., en variatie van batch tot batch, die moet worden gecontroleerd door middel van recept discipline en temperatuur uniformiteit in plaats van door de apparatuur zelf.
• Reactoren voor continue schakeling en statische mixers:Voor standaardvloeistoffen met een groot volume elimineert continue polymerisatie de batchcyclus volledig.voor de vervaardiging van elektrische apparaten van de categorie 'LED' of 'LED', waarbij het mengsel wordt verwarmd tot 140-180°C en gedurende 10-60 minuten wordt gehouden om het evenwicht te bereiken, vervolgens door een neutralisatiemengsel en vervolgens door een continue ontvochtigingsmiddel.Statische mixerreactoren zijn bijzonder geschikt omdat evenwicht een goede radiale mixing en een gedefinieerde verblijfsduur vereist in plaats van intensieve scheer., en een statische mixer zorgt zowel voor geen bewegende onderdelen en geen afdichting in de hete zone.de beperking is dat kwaliteitsveranderingen overgangsmateriaal produceren, dus continue treinen zijn bestemd voor een nauwe productlijst.
• Twin-screw extruderreactor:Voor het hoge deel van het viscositeitsbereik en in toenemende mate voor continue verwerking zonder oplosmiddel dient een co-roterende tweescrew-extruder als reactor.Het verwerkt viscositeiten die geen gemengd vat kan mengen., zorgt voor intensieve en controleerbare scheerkracht, uitstekende oppervlaktevernieuwing en integrale ontvochtiging door middel van meerdere vacuümopeningen langs het vat, met een verblijfstijd van slechts 1-5 minuten.Schroevelementen zijn geconfigureerd in zones voor smelten of voedenDe voordelen zijn dramatisch voor high-molecular-weight gummies en voor high-viscosity verbindingen,en de korte verblijfsduur beperkt de thermische afbraakDe beperkingen zijn de kapitaalkosten, de vaardigheid die nodig is om het schroefprofiel te ontwerpen en te bedienen en de moeilijkheid van het schoonmaken tussen onverenigbare soorten.
• Scale-up-regels en pilotvereisten:De vergroting van het silicium wordt beheerst door drie hoeveelheden die niet lineair met het volume worden vergroot.Dus een partij die in een uur afkoelt in een 100 liter reactor kan vier uur in een 10 m3 reactor duren.De pilot moet dus overeenkomen met de productiegeometrie van de warmteoverdracht, niet alleen met het volume.en in het laminaire regime is het aantal omwentelingen dat nodig is voor homogeniteit ongeveer constantEen groot vaartuig heeft dus een geometrisch vergelijkbare draaibank nodig met een evenredige snelheid, die snel het koppel en de aslimieten bereikt.De afstand die een vluchtig molecuul moet afleggen voordat het een vrij oppervlak bereikt, neemt toeIn het kader van succesvolle projecten wordt de fase van devolatilisatie afzonderlijk getest op productievacuüm en filmdikte.In plaats van het af te leiden uit de reactor proeven.

Silicone reactorconfiguratie vergelijkingsmatrix

Vaak gestelde vragen (FAQ)