1. 热重排反应(硅氧烷平衡反应)
这是有机硅热载体最主要的反应。在持续高温(通常>220°C)下,线性硅氧烷和环状硅氧烷之间会发生可逆的平衡反应。热重排反应的产物主要为环状硅氧烷低聚物,包括D4(八甲基环四硅氧烷)、D5(十甲基环五硅氧烷) 和 D6(十二甲基环六硅氧烷),在特定条件下则会生成具有热力学稳定性的D3(六甲基环三硅氧烷)。
2. 热裂解反应
当温度超过其最高允许使用温度(通常比热裂解起始温度低约50°C)时,会发生热裂解。热裂解反应在高温下的产物可分为三大类:低沸物(低分子量物质)、高沸物(高分子量聚合物)以及不溶物(固体残渣)。低沸物包括小分子气体和低分子量硅氧烷,导致闪点下降、蒸气压升高,可能引发气化甚至爆炸风险;高分子量聚合物增加了流体粘度,恶化了传热效率;不溶物指缩聚产物、胶质和结焦,沉积在管壁上导致传热效率降低、管壁过热甚至爆管。
3. 氧化反应
在空气中,当有机硅热载体加热到温度高于180℃时,热载体会与氧气发生反应,产生缩聚产物和使得热载体酸值显著增加的有机酸,有机酸进一步聚合或与其他杂质反应,产生不溶性酸泥。这些产物稳定性差,会进一步加剧裂解和粘度增加,形成恶性循环。
4. 缩聚反应
热裂解产生的低沸点物可重新发生聚合和缩合反应,形成高分子物质、胶质和焦炭。高分子物质主要是小分子硅氧烷重新聚合形成的高分子量聚硅氧烷,此时分子链进一步增长,分子量显著高于原始热载体;胶质顾名思义,是深度缩聚形成的粘稠状、半流体物质,具有较强附着力,易沉积在系统内部;焦炭(又称结焦)则是坚硬、不溶、不熔的黑色固体,牢固附着在金属表面。