Was ist ein Silikonreaktor: Siloxanchemie, Konfiguration und Skalierung

Die Antwort auf die Kernfrage:Was ist ein Silikonreaktor?Ein Silikonreaktor ist ein Behälter oder eine Maschine, die Chlorosilanen oder zyklische Siloxanen in Polydimethylsiloxan und seine Copolymere umwandelt, wobei Hydrolyse, Ringöffnungs-Gleichgewichtspolymerisation,Katalysatorneutralisierung und VakuumdevolatilisierungDie Hydrolyse ist schnell, stark exotherm und setzt Wasserstoffchlorid frei, weshalb Korrosionsbeständigkeit und Gasbehandlung erforderlich sind.Die Gleichgewichtspolymerisation wird thermodynamisch gesteuert und bei 140 bis 180 °C mit 10 bis 100 ppm Kaliumsilanolatkatalysator durchgeführt., und es ist reversibel, so dass im Gleichgewicht der Reaktorgehalt noch 10-18% zyklische Siloxanen enthält, die bei 150-200°C unter 1-10 mbar auf 100-1000 ppm abgesondert werden müssen.Der entscheidende technische Bereich ist die Viskosität.: die gleiche Produktfamilie läuft von einer 10 cSt Flüssigkeit bis zu einer 1 cSt Flüssigkeit.000,000 cSt Gummi, was einem Polymerisationsgrad von etwa 10 bis über 10 entspricht,000, weshalb kein einzelner Reaktor- oder Rührgerätetypen den gesamten Bereich bedient.

1Siloxanchemie, die die Reaktorbelastung setzt

Die Silikonverarbeitung unterscheidet sich durch vier chemische Merkmale von anderen Polymerisationen:

• Hydrolyse und Silanolkondensation:Der industrielle Prozess beginnt mit der Reaktion von Dimethyldichlorosilan mit Wasser, um ein Gemisch von linearen Silanol-Oligomeren und zyklischen Arten zu erzeugen.Freisetzung von zwei Mol Wasserstoffchlorid pro Mol ChlorosilanDie Reaktion ist schnell und stark exotherm, und das Wasserstoffchlorid bildet Salzsäure im Kontakt mit Feuchtigkeit, so dass diese Stufe eine korrosionsbeständige Konstruktion erfordert.mit einer Breite von nicht mehr als 20 mm,, Hastelloy oder eine Fluorpolymer-Verschluss, plus ein Absorptions- und Reinigungssystem für das Abluftgas.Die Temperatur wird unter etwa 40-60°C gehalten, weil sie die Verteilung zwischen linearen und zyklischen Produkten und damit die Ausbeute nutzbarer Zwischenprodukte steuert.Die anschließende Kondensation von Silanolen zur Herstellung einer Kettengänge wird sowohl durch Säure als auch durch Base katalysiert und erfolgt auch bei Raumtemperatur.was bedeutet, dass das Hydrolysat reaktiv ist und nicht auf unbestimmte Zeit gelagert werden kann, ohne dass sein Molekülgewicht verschwindet..
• Bei der Gleichgewichtspolymerisation mit Ringöffnung:Die kommerzielle Polymerisation erzeugt zyklische Siloxanen wie Octamethylcyclotetrasiloxan und Decamethylcyclopentasiloxan mit einem Grundkatalysator, gewöhnlich Kaliumsilanolat bei 10-100 ppm, bei 140-180°C.Der Mechanismus ist kein einfaches Wachstum der Kette bis zur Vollendung, sondern eine Umverteilung.in dem Siloksanbindungen kontinuierlich gebrochen und reformiert werden, bis das System das thermodynamische Gleichgewicht zwischen linearem Polymer und zyklischen Arten erreichtDas molekulare Gewicht wird nicht durch Umwandlung, sondern durch die Menge des Kettenstoppers, typischerweise einer kurzen Trimethylsiloxy-Endflüssigkeit oder Hexamethyldisiloxan, bestimmt.also bestimmt das Rezept und nicht die Reaktionszeit das ProduktDie Temperatur muß innerhalb von etwa 1 °C gleichmäßig sein, da das Gleichgewicht temperaturabhängig ist und die heißen Punkte sowohl das Molekülgewicht als auch den Zyklenanteil verschieben.Und im Gleichgewicht 10-18% der Masse ist noch zyklisch und muss entfernt werden.
• Katalysatorneutralisation und Produktstabilität:Da das Gleichgewicht reversibel und katalysiert ist, wird jeder im Produkt verbleibende aktive Katalysator während der Lagerung die Ketten weiter verteilen, was zu einer Viskositätstrecke, Rückkehr zu Zyklen,und im schlimmsten Fall gelendDie Neutralisierung ist daher ein diskreter, kritischer Schritt: eine stechiometrische Menge an Phosphorsäure, Silylphosphat,oder Kohlendioxid plus Wasser hinzugefügt, um das Kaliumsilanolat in ein inaktives Salz umzuwandelnDie Salzkristalle werden in der Regel in das Produkt für Flüssigkeiten gelassen oder für hochklare Qualitäten herausgefiltert.Die Prüfung erfolgt durch eine beschleunigte Wärmealterprüfung, bei dem eine Probe 24 Stunden lang bei 200-250°C gehalten und die Viskosität verändert wird; ein stabiles Produkt verändert sich um weniger als ein paar Prozent,Während ein unvollständig neutralisiertes deutlich verdickt oder dünnt..
• Devolatilierung und zyklische Entfernung:Das Gleichgewichtsgemisch muss von 10-18% zyklisch auf unter 100-1000 ppm reduziert werden.abhängig von der Qualität und den gesetzlichen Grenzwerten für bestimmte zyklische SiloxanenDa das Polymer viskos ist, ist der Grenzschritt nicht der Dampfdruck der Zyklen, sondern ihre Diffusion durch die Schmelze auf eine freie Oberfläche.so muss die Ausrüstung eine große Oberfläche im Vakuum von 1-10 mbar bei 150-200°C erzeugen und erneuernDie Effektivität der Wippen- und Dünnschicht-Ausdampfer ist am geringsten, da sie eine kurze Aufenthaltszeit mit geringem Rückstand erzielen und den thermischen Abbau begrenzen.Das Strippen im Reaktor mit einem hochflächigen Bändern-Rührgerät und dem Stickstoff-Sparring ist billiger, aber langsamer und erreicht einen höheren Restgehalt.Die flüchtigen Stoffe werden kondensiert und zum Recycling zurückgewonnen, was sowohl eine wirtschaftliche als auch eine Compliance-Anforderung ist.

2. Reaktorkonfigurationen von Charge bis Kontinuität

Die Konfiguration wird nach Viskosität, Durchsatz und dem Produktangebot der Anlage gewählt:

• Batch-Rührreaktor:Die Standardkonfiguration für den Flüssigkeits- und mittelschweren Viskositätbereich und für Anlagen mit vielen Qualitäten.mit einer Breite von mehr als 20 mm,, über ca. 50.000 cSt, ein spiralförmiges Band oder eine Koaxialkombination aus einem Disperger und einem Anker.und sind die praktische Wahl für SpezialprodukteDie Beschränkungen sind die Wärmeübertragung, da der Wandkoeffizient bei hoher Viskosität unter 100 W/m2K fällt, die Zykluszeit, da die Wärme, die Reaktion, dieNeutralisierung und Entfernung alle geschehen sequenziell in einem Gefäß, und die Variation von Charge zu Charge, die durch Rezepturdisziplin und Temperaturgleichheit und nicht durch die Ausrüstung selbst kontrolliert werden muss.
• Reaktoren für kontinuierliche Schleife und statische Mischer:Bei Standardflüssigkeiten mit hohem Volumen eliminiert die kontinuierliche Polymerisation den Chargenzyklus vollständig.mit einer Leistung von mehr als 50 W und einer Leistung von mehr als 50 W,, wobei das Gemisch auf 140-180 °C erhitzt und 10 bis 60 Minuten lang gehalten wird, um das Gleichgewicht zu erreichen, und dann durch einen Neutralisierungsmischer und zu einem kontinuierlichen Devolatilisierer geht.Statische Mischerreaktoren sind besonders gut geeignet, da zur Ausgewogenheit eine gute radiale Mischung und eine definierte Aufenthaltszeit statt intensiver Schere erforderlich sind., und ein statischer Mischer sorgt sowohl ohne bewegliche Teile als auch ohne Dichtung in der heißen Zone.Die Einschränkung besteht darin, dass durch die Änderung der Qualität Übergangsmaterial entsteht., so dass kontinuierliche Züge für eine enge Produktpalette bestimmt sind.
• Zwei-Schrauben-Extruderreaktor:Für die höchste Viskosität und zunehmend auch für die lösungsmittelfreie Dauerverarbeitung dient als Reaktor ein rotativer Zwitschraub-Extruder.Es verarbeitet Viskosität, die kein gemischtes Gefäß mischen kann., bietet eine intensive und kontrollierbare Schere, eine hervorragende Oberflächenerneuerung und eine vollständige Entwässerung durch mehrere Vakuumöffnungen entlang des Laufs mit einer Aufenthaltszeit von nur 1-5 Minuten.Schraubelemente sind in Schmelz- oder Fütterungszonen konfiguriertDie Vorteile sind dramatisch für hochmolekulare Gummis und für hochviskose Verbindungen.und die kurze Aufenthaltszeit begrenzt thermischen AbbauDie Einschränkungen sind die Investitionskosten, die Fähigkeit, die für die Konstruktion und den Betrieb des Schraubprofils erforderlich ist, und die Schwierigkeit der Reinigung zwischen inkompatiblen Qualitäten.
• Scale-up-Regeln und Pilotvoraussetzungen:Die Silikon-Skalierung wird durch drei Größen bestimmt, die nicht linear mit dem Volumen skalieren.Also kann eine Charge, die in einer Stunde in einem 100-Liter-Pilot abkühlt, vier Stunden in einem 10 m3 großen Reaktor dauern.Der Pilot muss daher nicht nur das Volumen, sondern auch die Produktionswärmeübertragungsgeometrie berücksichtigen.und im Laminarsystem ist die Anzahl der Umdrehungen, die für die Homogenität erforderlich sind, ungefähr konstant.Ein großes Schiff benötigt also einen geometrisch ähnlichen Drehkreis mit einer proportionalem Geschwindigkeit, der schnell in Drehmoment und Wellengrenzen eindringt.die Entfernung, die ein flüchtiges Molekül zu verbreiten hat, bevor es eine freie Oberfläche erreicht, steigt, so dass die Devolatilisierung der am häufigsten untervorgesehene Schritt im Skalierungsprozess ist.Anstatt es aus den Reaktorversuchen abzuleiten.

Silikonreaktorkonfigurationen Vergleichsmatrix

Häufig gestellte Fragen (FAQ)