一、背景概述

      有機(jī)硅化合物，是指含有Si-O鍵、且至少有一個(gè)有機(jī)基是直接與硅原子相連的化合物，習(xí)慣上也常把那些通過氧、硫、氮等使有機(jī)基與硅原子相連接的化合物也當(dāng)作有機(jī)硅化合物。其中，以硅氧鍵（-Si-O-Si-）為骨架組成的聚硅氧烷，是有機(jī)硅化合物中為數(shù)最多，研究最深、應(yīng)用最廣的一類，約占總用量的90%以上。

有機(jī)硅材料具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)：

（1） Si原子上充足的甲基將高能量的聚硅氧烷主鏈屏蔽起來；

（2） C-H無極性，使分子間相互作用力十分微弱；

（3） Si-O鍵長較長，Si-O-Si鍵鍵角大。

（4） Si-O鍵是具有50%離子鍵特征的共價(jià)鍵（共價(jià)鍵具有方向性，離子鍵無方向性）。

由于有機(jī)硅獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，兼?zhèn)淞藷o機(jī)材料與有機(jī)材料的性能，具有表面張力低、粘溫系數(shù)小、壓縮性高、氣體滲透性高等基本性質(zhì)，并具有耐高低溫、電氣絕緣、耐氧化穩(wěn)定性、耐候性、難燃、憎水、耐腐蝕、無毒無味以及生理惰性等優(yōu)異特性，廣泛應(yīng)用于航空航天、電子電氣、建筑、運(yùn)輸、化工、紡織、食品、輕工、醫(yī)療等行業(yè)，其中有機(jī)硅主要應(yīng)用于密封、粘合、潤滑、涂層、表面活性、脫模、消泡、抑泡、防水、防潮、惰性填充等。隨著有機(jī)硅數(shù)量和品種的持續(xù)增長，應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬，形成化工新材料界獨(dú)樹一幟的重要產(chǎn)品體系，許多品種是其他化學(xué)品無法替代而又必不可少的。

六甲基二硅氧烷(硅醚，簡稱MM)，無色透明液體，易潮解。不溶于水，溶于多種有機(jī)溶劑。六甲基二硅氧烷是一種重要的有機(jī)硅產(chǎn)品，主要應(yīng)用于有機(jī)化工和醫(yī)藥化工行業(yè)，如用作硅油的封端劑、硅氮烷的原料，以及硅橡膠添加劑、藥品消泡劑和潤滑劑原料、氣相色譜固定液、分析試劑、憎水劑等。高品質(zhì)的MM還可作為電子、國防、航空工業(yè)精密設(shè)備的清洗劑替代品，但目前國內(nèi)此類產(chǎn)品供應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足。

    MM通常以三甲基氯硅烷 ［( CH3)3Si Cl］為原料，采用水解縮合法制得。

其化學(xué)方程式：

其反應(yīng)屬于SN1反應(yīng)，按單分子親核取代機(jī)理進(jìn)行。首先水分子中的O原子從離去的Cl離子的背面進(jìn)攻Si原子，取代氯負(fù)離子，生成質(zhì)子化的水合三甲基硅烷，后者脫質(zhì)子生成不穩(wěn)定的羥基三甲基硅烷，繼而繼續(xù)進(jìn)攻另一個(gè)三甲基氯硅烷中的Cl，得到產(chǎn)物MM。

傳統(tǒng)合成方法如下：在安裝有回流冷凝、尾氣吸收、磁力攪拌和加熱裝置的三口燒瓶中，加入一定量的水或者氫氧化鈉水溶液， 將三甲基氯硅烷加入恒壓漏斗中，在25℃下滴入三口燒瓶中，滴加時(shí)間控制在2～4 h; 滴完后，在一定溫度下繼續(xù)反應(yīng)1～3 h，使反應(yīng)充分進(jìn)行; 再經(jīng)過冷卻、靜置、分離、蒸餾得到產(chǎn)品MM。該合成方法反應(yīng)較快，設(shè)備裝置簡便，但由于在釜內(nèi)間歇式操作影響嚴(yán)重生產(chǎn)效率。微通道反應(yīng)器具有高效傳質(zhì)傳熱效率，對(duì)于強(qiáng)放熱、非均相反應(yīng)具有很大的適用性。其工業(yè)化實(shí)施過程周期較短，設(shè)備體積小，且能實(shí)現(xiàn)化工過程自動(dòng)化、連續(xù)化，提高安全系數(shù)與生產(chǎn)效率，為企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提高提供現(xiàn)代化方法。

二、微反應(yīng)器工藝流程

微反應(yīng)實(shí)驗(yàn)流程圖：

流程說明：將三甲基氯硅烷與水或者氫氧化鈉溶液按照一定比例通入微通道反應(yīng)器中，在一定溫度下調(diào)節(jié)停留時(shí)間，得到產(chǎn)品。

三、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

影響該反應(yīng)的因素較多，包括親核試劑（水或者堿液或酸），反應(yīng)溫度、反應(yīng)停留時(shí)間、物料配比、酸堿度等，以下僅以水為親核試劑進(jìn)行分析。

（1）不同反應(yīng)溫度對(duì)反應(yīng)的影響

如圖Fig.1，不同溫度下，原料轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化曲線。

由圖可知，隨著溫度的提高反應(yīng)速度加快。但當(dāng)溫度達(dá)到40℃時(shí)，原料的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)達(dá)到90%以上，再提高溫度，不僅原料的轉(zhuǎn)化率變化較小，而且消耗大量能量。綜合考慮，反應(yīng)溫度40℃較為合適。

（2）不同停留時(shí)間對(duì)反應(yīng)的影響

如圖Fig.2，不同停留時(shí)間下，產(chǎn)品含量與選擇性隨停留時(shí)間的變化曲線。

由圖可知，隨著停留時(shí)間的增加，原料轉(zhuǎn)化率增加，產(chǎn)品含量逐漸增加。產(chǎn)品選擇性隨著停留時(shí)間逐漸減少，是因?yàn)楦碑a(chǎn)物越來越多導(dǎo)致，但總體選擇性仍在95%以上。因此，停留時(shí)間150s較為合適。

（3）不同物料配比對(duì)反應(yīng)的影響

這里僅以水作為親核試劑來水解為例，如下圖：

如圖Fig.3，不同物料配比下，產(chǎn)品轉(zhuǎn)化率與產(chǎn)品收率隨物料配比的變化曲線。

由圖可知，隨著水量的增加，產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化率在逐漸升高，收率呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)。因?yàn)樗吭黾?，增加了親核取代概率，另外水的增加吸收了反應(yīng)產(chǎn)生的氯化氫，促使反應(yīng)的進(jìn)行。但當(dāng)水量過多時(shí)，會(huì)引起分相困難，導(dǎo)致收率較低。因此，綜合考慮選擇1.2:1較為合適。

四、結(jié)論

通過微通道反應(yīng)器對(duì)三甲基氯硅烷進(jìn)行水解實(shí)驗(yàn)，證明在中性以及堿性條件下，三甲基氯硅烷都可以得到很好的水解，但堿性條件下水解更快。相對(duì)比傳統(tǒng)的水解方式，反應(yīng)時(shí)間縮短為2-3min，提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)優(yōu)化了水量以及堿液用量，減少了廢酸的產(chǎn)生，經(jīng)過處理后高濃度的酸也有利于制備工業(yè)鹽酸。總之，采用微通道制備六甲基二硅氧烷可行，且具有較好的效果，為工業(yè)化生產(chǎn)提供參考依據(jù)。

五、參考文獻(xiàn)

[1] 李培, 王旭, 高林. 六甲基二硅氧烷的合成研究[J]. 化工新型材料, 2016, 44 (3):132-134.

[2] 王大喜, 郭磊, 沈新春等. 甲基三氯硅烷水解反應(yīng)機(jī)理的密度泛函研究[J]. 分子科學(xué)學(xué)報(bào), 2009, 25(2):121-126.