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光    通    信

            器和分子筛流化床。通过该工序可以去除聚烷基硅氧烷原材料                           图7 Dow Corning公司OMCTS(XIAMETER PMX-0244)的蒸气压与温度的关系
            中的高沸点杂质，以便于进行后续的纯化操作。通过使用活性
            炭和分子筛将硅烷和硅氧烷连接后去除铂催化剂污染杂质的方
            法在Ashby等人的U.S.Patent  4156689的专利中有详细的描述。
            但是在经过活性炭过滤和分子筛处理后，确会在聚烷基硅氧烷
            中生成至少一部分的高沸点杂质。这是该处理存在的副作用。
            这些高沸点杂质的增加应当是由于原材料中的低沸点混合物、
            甚至可能包含硅烷醇进行缩合反应后产生的线性或环状的高沸
            点混合物。分子筛流化床则可除去这类具有大分子尺寸的高沸
            点混合物。中间产物经再蒸馏后，其馏出物(distillate)即为
            可用于OVD包层工艺的高纯OMCTS。
                OMCTS提纯工艺中压力控制很重要，在蒸馏过程中OMCTS的
            蒸汽压P(Pa)应大于exp(20.4534-3128.52/(T-98.093))，其中T
            为蒸馏温度(K)。
                低沸点的杂质，如D3和分子量小于250g/mol的硅氧醇，易                       c.OMCTS的供料系统和喷灯
            挥发热解，在输料管道内和喷灯处形成SiO 2 ，影响进料速度，                          和 S i C l 4 相 似 ， O M C T S 供 料 系 统 示 意 图 见 图 8 ( 摘 自
            使沉积的疏松棒不均匀，并影响进料系统和喷灯的寿命。                            U.S.Patent  6336374  B1  2002)。系统中OMCTS通过汽化被载气
                其中高沸点杂质可能主要为硅氧烷和含端羟基基团的硅氧                        如N 2 气带到喷灯，CH 4 或H 2 作为喷灯燃料，O 2 既作助燃材料，也作
            烷。这些硅氧烷杂质可能会包含有环状分子结构的聚甲基硅氧                          为反应物，反应气体从喷灯中心喷出，在火焰高温区进行氧化
            烷。其在常规大气压下的沸点会高于250℃。此外，虽然十二甲                        裂解，产生的SiO 2 粉尘逐渐堆积在芯棒上，形成疏松体。疏松
            基环己硅氧烷（D6）的沸点是低于250℃，但是，十四甲基环庚                       体经后续烧结工艺在He和Cl 2 气氛下烧结而成透明光纤预制棒。
            硅氧烷 (D7) 的沸点超过了250℃，均需视为杂质。且当存在水                     D4常温下是液体，不能直接进入供料系统，需要采用特殊的蒸
            时，环状聚甲基硅氧烷可能会发生开环反应并生成含端羟基基                          发器将D4汽化。
            团的硅氧烷。其反应式如(5)式所示：                                       由于D4的高沸点，因而供料系统的管道以及喷灯的结构
                                                                      均需有专门的设计。这里介绍住友电工  Takashi  Yamazaki,
                                                               (5)  Tomohiro Ishihara，(US 0338400A1 2014) 提出的一种专门用
                上式中R’和R’’是烷基。其中，D4或D5（当上述公式中                     于OMCTS-OVD包层沉积系统的供料系统管道以及喷灯的结构设
            的X为4或者5时）为主的环状聚甲基硅氧烷会优先进行水解开                         计：供料系统管道的温度控制在OMCTS的沸点175℃+30℃,以保
            环反应生成线性的含端羟基基团的硅氧烷化合物。其与后续的                          证物料在供料系统管道中不会液化（liquefaction），如低于
            化合物相比，会很大程度上降低整体的挥发度。并因此在二氧                          此温度，物料会因聚合反应生成凝胶质点堵塞管道。而喷灯温
            化硅玻璃沉积反应装置的气相反应管路或喷灯处产生有害的凝                          度则控制在OMCTS的沸点175℃±30℃，以保证汽相OMCTS可顺利
            胶。更有甚者，这些在上述反应中生成的硅氧烷化合物会积极                          从喷口喷出。若喷灯温度低于175℃-30℃,物料会液化，影响
            地与其反应前物质，环状硅氧烷进行缩聚反应并生成高沸点的                          正常的沉积工艺。为使供料系统管道和喷灯的温度得到严格控
            凝胶产物。其反应式如(6)式所示：                                    制，在供料管道上包有加热保温套；在喷灯的中心物料喷口周
                                                                   围设置了加热元件和热电偶测温控温装置。
                                                               (6)  图8 供料系统示意图
                这些高沸点，低挥发性的物质，在结构上可能是环状或
            非环状的。但是，无论如何，其都极可能在生产设备中产生凝
            胶的沉积。联系整个工艺过程，可以知道，应当尽可能地减少
            原材料中即便含量很低的该类高沸点杂质以保障沉积的生产效
            率。
                表4为OMCTS-OVD光纤预制棒外包层用高纯D4技术要求。图7
            为Dow Corning公司OMCTS(XIAMETER PMX-0244)的蒸气压与温度
            的关系。
             表4 光纤预制棒外包层用高纯D4技术要求
                     成分               单位             含量
                     D4                %             99.9
                     D3                %            < 0.1
                     D5                %            < 0.1            对D4和SiCl 4 的沉积效率研究表明，采用合适的供料系统
                 环状硅氧烷总量               %            > 99.9       和沉积工艺，D4的沉积效率比SiCl 4 高出10%～25%(图9,引自
                     水份              mg/kg           < 20
                                                                 USP5043002)。

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