CN111013522A - 一种烷基聚醚共改性的聚硅氧烷以及其连续化合成的装置和方法 - Google Patents

一种烷基聚醚共改性的聚硅氧烷以及其连续化合成的装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种烷基聚醚共改性的聚硅氧烷以及其连续化合成的装置和方法，涉及有机硅聚醚共聚物的制备工艺技术领域。该装置包括微通道反应器和釜式反应器，其中，微通道反应器包括预热管道以及与预热管道连通的混合管道，混合管道与所釜式反应器连通。该装置可有效解决烷基聚醚共改性聚硅氧烷合成反应初期传质问题，使得液‑液非均相反应液得到充分的混合，提高了产品的选择性。同时可精确控制反应温度与反应时间，防止合成过程中“飞温”现象发生以及副产物的产生，提高生产的安全性。本申请提供的方法利用上述装置进行合成，可实现连续化操作，可有效缩短反应时间，生产周期短，反应过程更加稳定，显著提高了反应效率。

Description

一种烷基聚醚共改性的聚硅氧烷以及其连续化合成的装置和 方法
技术领域
本发明涉及有机硅聚醚共聚物的制备工艺技术领域，具体而言，涉及一种烷基聚醚共改性的聚硅氧烷以及其连续化合成的装置和方法。
背景技术
聚醚改性聚硅氧烷是一类高效的表面活性剂，它以疏水性的聚硅氧烷为主链，侧链以亲水性的聚醚接枝改性，从而赋予聚硅氧烷以水溶性，使其不仅保持聚硅氧烷的耐热性、粘温性、低表面张力等特性，又具有平滑性、抗静电性、和乳化稳定性等优点。在聚硅氧烷改性过程中，通过调整引入聚醚的种类、数量及位置，可以有效的调节亲水亲油性；此外，也可通过引入不同链长的烷基，进一步提高所得乳化剂的表面活性剂性能，从而使产品具有不同性能和用途。
专利US5104998公开了一种采用烯丙基聚醚与长链脂肪族醚基团共改性聚硅氧烷的制备方法，在其用于制备乳化油性材料的乳化剂时具有高的表面活性。US5401870A公开了一种有机硅聚醚烷基共聚物的制备方法，在用于油包水乳液中的乳化剂时表现出更加优异的稳定性。US5488124A公开了一种烷基聚醚硅氧烷的制备方法，专利中提出采用聚醚与2～18个C的长链烯烃与聚氢硅氧烷反应得到烷基聚醚共改性的硅氧烷，可用于皮肤的护理组合物中可用作调理剂。US20020183445A1公开了一种长链烷基改性聚硅氧烷的制备方法，专利中采用长链α-烯烃为原料与聚氢硅氧烷反应制备烷基改性聚硅氧烷，其具备优异的润滑性、疏水性和表面活性，可用作表面保护剂和疏水剂。
对于上述有机硅共聚物合成工艺过程，实际反应中由于含氢聚硅氧烷与烯烃、烯丙基聚醚间的溶解度小，反应初期体系中反应物呈液-液非均相状态，传质效果差，反应效率低，副产物多。此外，长链烯烃与含氢聚硅氧烷反应过程中放热严重，在聚硅氧烷主链侧氢较多情况下放热尤为严重。传统釜式搅拌反应器换热面积小，换热能力低，决定了其稳定控温效果差，导致出现“飞温”现象，安全性差。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种烷基聚醚共改性的聚硅氧烷连续化合成的装置，其可有效解决烷基聚醚共改性聚硅氧烷合成反应初期传质问题，使得液-液非均相反应液得到充分的混合，提高了产品的选择性。
本发明的目的在于提供一种烷基聚醚共改性的聚硅氧烷连续化合成的方法，可实现连续化操作，可有效缩短反应时间，生产周期短，反应过程更加稳定，显著提高了反应效率。
本发明的目的在于提供一种烷基聚醚共改性的聚硅氧烷，产品选择性更佳，副产物少。
本发明是这样实现的：
第一方面，实施例提供了一种烷基聚醚共改性的聚硅氧烷连续化合成的装置，其包括微通道反应器和釜式反应器，其中，所述微通道反应器包括预热管道以及与所述预热管道连通的混合管道，所述混合管道与所述釜式反应器连通。
在可选的实施方式中，所述混合管道内设置有挡流板；
优选地，所述挡流板包括间隔排布的多个第一挡流板和多个第二挡流板；
优选地，所述第一挡流板和所述第二挡流板靠近所述混合管道的出料口的一端沿着靠近于所述混合管道的轴向的方向倾斜，所述第一挡流板和所述第二挡流板沿着所述混合管道的轴线对称设置或交错设置；
优选地，所述第一挡流板和所述第二挡流板沿着所述混合管道的轴线交错设置且均与所述混合管道的轴线垂直。
在可选的实施方式中，所述预热管道至少为3个且相互独立，所述混合管道分为第一混合区和第二混合区，所述第一混合区与至少2个所述预热管道连通，所述第二混合区同时与所述第一混合区以及至少1个所述预热管道连通，所述第二混合区与所述釜式反应器连通。
在可选的实施方式中，所述烷基聚醚共改性的聚硅氧烷连续化合成装置还包括原料进料罐和计量泵，所述原料进料罐与所述预热管道之间通过所述计量泵连通。
第二方面，实施例提供了一种烷基聚醚共改性的聚硅氧烷连续化合成的方法，其采用如前述实施方式任一项所述的烷基聚醚共改性的聚硅氧烷连续化合成的装置进行，其包括：
将含氢聚硅氧烷与催化剂的混合液、烯丙基聚醚和烯烃分别通入所述微通道反应器的所述预热管道中进行预热，预热完成后通入所述微通道反应器的所述混合管道内进行混合，混合后的反应液继续通入所述釜式反应器中进行保温反应，得烷基聚醚共改性的聚硅氧烷；
优选地，所述烯烃与所述含氢聚硅氧烷的摩尔比为0.5-1:1；
优选地，所述烯丙基聚醚与所述含氢聚硅氧烷的摩尔比为1.4-1.7:1；
优选地，所述催化剂为氯铂酸或卡斯特催化剂；
优选地，以制备烷基聚醚共改性的聚硅氧烷所用的物料的总量计，所述催化剂的加入量为5-30ppm/g，优选地，所述催化剂的加入量10-17ppm/g。
在可选的实施方式中，先将所述含氢聚硅氧烷与催化剂的混合液与所述烯烃通入第一混合区内进行混合反应生成中间反应液，混合完成后，再将所述中间反应液和所述烯丙基聚醚通入第二混合区内进行混合反应生成所述反应液；
优选地，所述含氢聚硅氧烷与催化剂的混合液与所述烯烃混合反应的时间为50-150s；
优选地，所述中间反应液和所述烯丙基聚醚混合反应的时间为50-200s；
优选地，所述反应液在所述釜式反应器于110-130℃下保温反应10-60min。
在可选的实施方式中，采用计量泵分别将所述含氢聚硅氧烷与催化剂的混合液、所述烯丙基聚醚和所述烯烃分别通入所述微通道反应器的所述预热管道。
在可选的实施方式中，所述预热管道内的预热温度为所述预热管道中的反应温度，所述反应温度为90-150℃，优选地，所述反应温度为100-130℃；
优选地，反应压力为7-18bar。
在可选的实施方式中，所述含氢聚硅氧烷的制备方法为：
将八甲基环四硅氧烷、高含氢硅油、六甲基二硅氧烷及酸性催化剂混合反应，控制反应温度为50-100℃，反应时间2-8h，制得含氢聚硅氧烷；
优选地，所述酸性催化剂为酸性白土、硫酸或三氟甲磺酸；
优选地，以制备含氢聚硅氧烷所用的物料计，所述酸性催化剂的用量为物料总质量的2-6％。
第三方面，实施例提供了一种烷基聚醚共改性的聚硅氧烷，其是采用如前述实施方式任一项所述的烷基聚醚共改性的聚硅氧烷连续化合成的方法制备而成，
优选地，所述烷基聚醚共改性的聚硅氧烷的结构式如下：
Figure BDA0002337536300000041
其中，m的值为2-20，n的值为1-10，q的值为1-5，且m+n+q的值为4-35；
R1和R4相同或不同；
R2结构为：-CH2CH2CH2O(CH2CH2O)a(CH2CH(CH3)O)bR5；其中a的值为1-10，b的值为0-8，a+b的值为1-10；R5为烷基、芳香基、酰基和氢原子；
R3为-CH2CH2R6，其中R6为7-18碳原子数烷基。
本发明具有以下有益效果：
本申请实施例提供的烷基聚醚共改性的聚硅氧烷连续化合成的装置通过将微通道反应器和釜式反应器串联共同作为反应器实现合成烷基聚醚共改性的聚硅氧烷。由于微通道反应器具有反应空间狭小，比表面积巨大的结构特性，分子扩散距离短传质快，可有效解决烷基聚醚共改性聚硅氧烷合成反应初期传质问题，使得液-液非均相反应液得到充分的混合，提高了产品的选择性。同时微通道反应器传热能力强，控温容易，可精确控制反应温度与反应时间，防止烷基聚醚共改性聚硅氧烷合成过程中“飞温”现象发生以及副产物的产生，提高生产的安全性。本申请中利用微通道反应器将物料的预热和混合前置，使得物料的反应温度更可控，混合更均匀，随后直接通入常规的釜式反应器内进行保温反应，保证反应充分进行。本申请提供的烷基聚醚共改性的聚硅氧烷连续化合成的方法，利用上述装置进行合成，可实现连续化操作，可有效缩短反应时间，生产周期短，反应过程更加稳定，显著提高了反应效率。制备获得的烷基聚醚共改性的聚硅氧烷的选择性更佳，副产物少。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的烷基聚醚共改性的聚硅氧烷连续化合成的装置的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的烷基聚醚共改性的聚硅氧烷连续化合成的装置具有多个预热管道时的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的预热管道的结构示意图；
图4为本申请实施例提供的混合管道的第一种结构示意图；
图5为本申请实施例提供的混合管道的第二种结构示意图；
图6为本申请实施例提供的混合管道的第三种结构示意图。
图标：100-烷基聚醚共改性的聚硅氧烷连续化合成的装置；110-原料进料罐；120-计量泵；120A-第一计量泵；120B-第二计量泵；120C-第三计量泵；130-微通道反应器；131-预热管道；131A-第一预热管道；131B-第二预热管道；131C-第三预热管道；132-混合管道；133-挡流板；134-第一挡流板；135-第二挡流板；136-第一混合区；137-第二混合区；140-釜式反应器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
请参阅图1，本申请提供了一种烷基聚醚共改性的聚硅氧烷连续化合成的装置100，其包括原料进料罐110、计量泵120、微通道反应器130和釜式反应器140。
原料进料罐110用于盛放不同的原料，而计量泵120用于将原料精确的通入至微通道反应器130中。
微通道反应器130包括预热管道131以及混合管道132，预热管道131与混合管道132连通。本实施例中，预热管道131主要起到对物料进行预热的作用，该预热管道131为常规的管式结构(请参阅图3)，而本申请中混合管道132是用于对预热完成后的物料进行充分的混合。
具体来说，请参阅图4-6，本申请中的混合管道132内设置有挡流板133，挡流板133能够起到改变物料在混合管道132内的运动方向，使得物料混合更加均匀。
挡流板133的结构有多种，优选地，挡流板133包括多个第一挡流板134和多个第二挡流板135，多个第一挡流板134和多个第二挡流板135间隔排布从而实现对物料的挡流作用。
本申请中列举了三种挡流板133的排布方式：
第一种：第一挡流板134和第二挡流板135靠近混合管道132的出料口的一端沿着靠近于混合管道132的轴向的方向倾斜，第一挡流板134和第二挡流板135沿着混合管道132的轴线对称设置(如图4所示)。
第二种：第一挡流板134和第二挡流板135靠近混合管道132的出料口的一端沿着靠近于混合管道132的轴向的方向倾斜，第一挡流板134和第二挡流板135沿着混合管道132的轴线交错设置(如图5所示)。
第三种：第一挡流板134和第二挡流板135沿着混合管道132的轴线交错设置且均与混合管道132的轴线垂直(如图6所示)。
应理解，在本申请的其他实施方式中，还可以采用其他的排布方式对挡流板133进行排布以达到使物料混合更均匀的目的。
进一步地，为达到更佳的混合目的，本申请中将混合管道132分为第一混合区136和第二混合区137，从而实现部分物料预先混合，混合完成后再与剩下的物料进行混合。对应的，当本申请中反应的物料为多种时，预热管道131也对应为多根，具体到本申请中，请参阅图2，预热管道131至少为3个且相互独立，第一混合区136与至少2个预热管道131连通，第二混合区137同时与第一混合区136以及至少1个预热管道131连通。通过第一混合区136和第二混合区137的设置，可以使不易混合的物料预料进行充分混合，待这部分物料在第一混合区136内混合完成后，再进入第二混合区137继续混合，有利于提升物料的混合均匀度。混合完成后的物料从第二混合区137进入至釜式反应器140继续进行反应。
本申请中釜式反应器140的具体结构可参阅现有技术，其主要起到对混合完成后的物料进行保温反应，应理解，在釜式反应器140内也设置有用于继续搅拌反应液的搅拌装置。
本申请中，通过将微通道反应器130和釜式反应器140串联共同作为反应器实现合成烷基聚醚共改性的聚硅氧烷。由于微通道反应器130具有反应空间狭小，比表面积巨大的结构特性，分子扩散距离短传质快，可有效解决烷基聚醚共改性聚硅氧烷合成反应初期传质问题，使得液-液非均相反应液得到充分的混合，提高了产品的选择性。同时微通道反应器130传热能力强，控温容易，可精确控制反应温度与反应时间，防止烷基聚醚共改性聚硅氧烷合成过程中“飞温”现象发生以及副产物的产生，提高生产的安全性。本申请中利用微通道反应器130将物料的预热和混合前置，使得物料的反应温度更可控，混合更均匀，随后直接通入常规的釜式反应器140内进行保温反应，保证反应充分进行。本申请提供的烷基聚醚共改性的聚硅氧烷连续化合成的装置100在制备烷基聚醚共改性的聚硅氧烷时，可有效缩短反应时间，生产周期短，反应过程更加稳定，显著提高了反应效率。
此外，本申请还提供了一种烷基聚醚共改性的聚硅氧烷连续化合成的方法，其是采用上述提供的烷基聚醚共改性的聚硅氧烷连续化合成的装置100进行，具体来说，本申请提供的方法包括以下步骤：
S1、制备含氢聚硅氧烷。
将八甲基环四硅氧烷、高含氢硅油、六甲基二硅氧烷及酸性催化剂混合反应，控制反应温度为50-100℃，反应时间2-8h，制得含氢聚硅氧烷；
其中，酸性催化剂为酸性白土、硫酸或三氟甲磺酸；优选地，以制备含氢聚硅氧烷所用的物料计，酸性催化剂的用量为物料总质量的2-6％。
S2、预热步骤。
预热步骤在微通道反应器130的预热管道131中进行。
具体地，采用计量泵120分别将上述步骤S1制备获得的含氢聚硅氧烷与催化剂的混合液、烯丙基聚醚和烯烃分别通入微通道反应器130的预热管道131中进行预热。预热管道131内的预热温度为预热管道131中的反应温度，反应温度为90-150℃，优选地，反应温度为100-130℃；优选地，反应压力为7-18bar。
优选地，通入的烯烃与含氢聚硅氧烷的摩尔比为0.5-1:1；通入的烯丙基聚醚与所述含氢聚硅氧烷的摩尔比为1.4-1.7:1。
优选地，催化剂为氯铂酸或卡斯特催化剂；以制备烷基聚醚共改性的聚硅氧烷所用的物料的总量计，催化剂的加入量为5-30ppm/g，优选地，催化剂的加入量10-17ppm/g。
S3、混合步骤。
混合步骤在微通道反应器130的混合管道132中进行。
具体地，预热完成后通入所述微通道反应器130的所述混合管道132内进行混合。
本实施例中，优选先将含氢聚硅氧烷与催化剂的混合液与烯烃通入第一混合区136内进行混合反应生成中间反应液，混合完成后，再将中间反应液和烯丙基聚醚通入第二混合区137内进行混合反应生成反应液。由于烯烃不易混合均匀，因此本申请中采用预先将烯烃与含氢聚硅氧烷与催化剂的混合液进行混合，混合完成后再与烯丙基聚醚在第二混合区137内继续进行混合，使得反应液的混合更加均匀。
优选地，含氢聚硅氧烷与催化剂的混合液与烯烃混合反应的时间为50-150s；中间反应液和烯丙基聚醚混合反应的时间为50-200s。
S4、保温反应步骤。
保温反应步骤在釜式反应器140中进行。
具体地，混合后的反应液继续通入所述釜式反应器140中于110-130℃下进行保温反应10-60min，得烷基聚醚共改性的聚硅氧烷。
该烷基聚醚共改性的聚硅氧烷的结构式如下：
Figure BDA0002337536300000101
其中，m的值为2-20，n的值为1-10，q的值为1-5，且m+n+q的值为4-35；
R1和R4相同或不同；
R2结构为：-CH2CH2CH2O(CH2CH2O)a(CH2CH(CH3)O)bR5；其中a的值为1-10，b的值为0-8，a+b的值为1-10；R5为烷基、芳香基、酰基和氢原子；
R3为-CH2CH2R6，其中R6为7-18碳原子数烷基。
实施例1
本申请提供了一种烷基聚醚共改性的聚硅氧烷连续化合成的方法，其采用如图2所示的烷基聚醚共改性的聚硅氧烷连续化合成的装置100进行合成反应，具体地：
(1)将281.52g八甲基环四硅氧烷、138.75g高含氢硅油、79.73g六甲基二硅氧烷及15g酸性催化剂加入到三口瓶中，加热升温至60℃，待温度稳定后保温反应8h，制得含氢聚硅氧烷。
(2)以微通道系统作为反应器，通道结构搭配为(其中，预热管道131的结构如图3所示，混合管道132的结构如图4所示)。设定预热温度及反应温度为110℃，反应压力为10bar。在室温下，将上述制备的含氢聚硅氧烷与氯铂酸混合液通过第一计量泵120A输入装置的第一预热管道131A，将十六烯通过第二计量泵120B输入装置的第二预热管道131B，烯丙基聚醚通过第三计量泵120C输入装置的第三预热管道131C，反应物料分别充分预热后，将第一预热管道131A和第二预热管道131B中的物料通入混合管道132的第一混合区136中进行混合反应60s，随后将中间反应液和第三预热管道131C中的物料通入混合管道132的第二混合区137中进行混合反应100s，反应液从微通道反应器130中流出后进入釜式反应器140于110℃继续反应35min，最终制备的烷基聚醚共改性的聚硅氧烷从出口连续出料。其中，十六烯与含氢聚硅氧烷的摩尔比为0.7:1，烯丙基聚醚与含氢聚硅氧烷的摩尔比为1.5:1，氯铂酸加入浓度(以物料总量为参照)为10ppm/g，在微通道反应器130内，反应过程温升最高达到112℃，在釜式保温反应中无温升。
实施例2
本申请提供了一种烷基聚醚共改性的聚硅氧烷连续化合成的方法，其采用如图2所示的烷基聚醚共改性的聚硅氧烷连续化合成的装置100进行合成反应，具体地：
(1)将243.42g八甲基环四硅氧烷、131.22g高含氢硅油、125.36g六甲基二硅氧烷及20g酸性催化剂加入到三口瓶中，加热升温至60℃，待温度稳定后保温反应8h，制得含氢聚硅氧烷。
(2)以微通道系统作为反应器，通道结构搭配为(其中，预热管道131的结构如图3所示，混合管道132的结构如图5所示)。设定预热温度及反应温度为130℃，反应压力为15bar。
在室温下，将上述制备的含氢聚硅氧烷与氯铂酸混合液通过第一计量泵120A输入装置的第一预热管道131A，将十二烯通过第二计量泵120B输入装置的第二预热管道131B，烯丙基聚醚通过第三计量泵120C输入装置的第三预热管道131C，反应物料分别充分预热后，将第一预热管道131A和第二预热管道131B中的物料通入混合管道132的第一混合区136中进行混合反应90s，随后将中间反应液和第三预热管道131C中的物料通入混合管道132的第二混合区137中进行混合反应120s。反应液从微通道反应器130中流出后进入釜式反应器140中130℃继续反应40min，最终制备的烷基聚醚共改性的聚硅氧烷从出口连续出料。
其中，十二烯与含氢聚硅氧烷的摩尔比为0.9:1，烯丙基聚醚与含氢聚硅氧烷的摩尔比为1.7:1，氯铂酸加入浓度(以物料总量为参照)为15ppm/g，在微通道反应器130内，反应过程温升最高达到131.7℃，在釜式保温反应中无温升。
实施例3
本申请提供了一种烷基聚醚共改性的聚硅氧烷连续化合成的方法，其采用如图2所示的烷基聚醚共改性的聚硅氧烷连续化合成的装置100进行合成反应，具体地：
(1)将267.41g八甲基环四硅氧烷、134.19g高含氢硅油、98.4g六甲基二硅氧烷及16g酸性催化剂加入到三口瓶中，加热升温至60℃，待温度稳定后保温反应8h，制得含氢聚硅氧烷。
(2)以微通道系统作为反应器，通道结构搭配为(其中，预热管道131的结构如图3所示，混合管道132的结构如图6所示)。设定预热温度及反应温度为120℃，反应压力为12bar。在室温下，将上述制备的含氢聚硅氧烷与氯铂酸混合液通过第一计量泵120A输入装置的第一预热管道131A，将1-辛烯通过第二计量泵120B输入装置的第二预热管道131B，烯丙基聚醚通过第三计量泵120C输入装置的第三预热管道131C，反应物料分别充分预热后，将第一预热管道131A和第二预热管道131B中的物料通入混合管道132的第一混合区136中进行混合反应100s，随后将中间反应液和第三预热管道131C中的物料通入混合管道132的第二混合区137中进行混合反应70s。反应液从微通道反应器130中流出后进入釜式反应器140中120℃继续反应30min，最终制备的烷基聚醚共改性的聚硅氧烷从出口连续出料。
其中，1-辛烯与含氢聚硅氧烷的摩尔比为0.5:1，烯丙基聚醚与含氢聚硅氧烷的摩尔比为1.4:1，氯铂酸加入浓度(以物料总量为参照)为12ppm/g，在微通道反应器130内，反应过程温升最高达到120.2℃，在釜式保温反应中无温升。
实施例4
本申请提供了一种烷基聚醚共改性的聚硅氧烷连续化合成的方法，其采用如图2所示的烷基聚醚共改性的聚硅氧烷连续化合成的装置100进行合成反应，具体地：
(1)将282.44g八甲基环四硅氧烷、121.8g高含氢硅油、95.75g六甲基二硅氧烷及12g酸性催化剂加入到三口瓶中，加热升温至70℃，待温度稳定后保温反应8h，制得含氢聚硅氧烷。
(2)以微通道系统作为反应器，通道结构搭配为(其中，预热管道131的结构如图3所示，混合管道132的结构如图6所示)。设定预热温度及反应温度为115℃，反应压力为17bar。在室温下，将上述制备的含氢聚硅氧烷与氯铂酸混合液通过第一计量泵120A输入装置的第一预热管道131A，将十六烯通过第二计量泵120B输入装置的第二预热管道131B，烯丙基聚醚通过第三计量泵120C输入装置的第三预热管道131C，反应物料分别充分预热后，将第一预热管道131A和第二预热管道131B中的物料通入混合管道132的第一混合区136中进行混合反应70s，随后将中间反应液和第三预热管道131C中的物料通入混合管道132的第二混合区137中进行混合反应150s。反应液从微通道反应器130中流出后进入釜式反应器140中115℃继续反应50min，最终制备的烷基聚醚共改性的聚硅氧烷从出口连续出料。
其中，十六烯与含氢聚硅氧烷的摩尔比为1:1，烯丙基聚醚与含氢聚硅氧烷的摩尔比为1.4:1，氯铂酸加入浓度(以物料总量为参照)为17ppm/g，在微通道反应器130内，反应过程温升最高达到118℃，在釜式保温反应中无温升。
对比例1
(1)将281.52g八甲基环四硅氧烷、138.75g高含氢硅油、79.73g六甲基二硅氧烷及15g酸性催化剂加入到三口瓶中，加热升温至60℃，待温度稳定后保温反应8h，制得含氢聚硅氧烷。
(2)采用釜式搅拌反应器，在室温下，将上述制备的含氢聚硅氧烷、十六烯、烯丙基聚醚与氯铂酸催化剂一次性加入反应釜中，常压下加热升温至115℃反应5h，得到烷基聚醚共改性的聚硅氧烷。
其中，十六烯与含氢聚硅氧烷的摩尔比为0.7:1，烯丙基聚醚与含氢聚硅氧烷的摩尔比为1.5:1，氯铂酸加入浓度(以物料总量为参照)为10ppm/g，反应过程中60s内温度由70℃最高升到160℃。
将实施例1和对比例1进行对比，可以看出，本申请采用连续化合成的方法，极大的缩短了反应时间(实施例1中仅需37min40s，而对比例1中需要5h)，生产周期短，反应过程更加稳定，显著提高了反应效率，可以有效减少副产物的产生。所选用的微通道反应器内具有极强的传热性能，保持反应温度恒定，在在微通道反应器内，反应过程温升最高达到112℃，在釜式保温反应中无温升，有效避免了飞温现象，提高了反应过程的安全性。而对比例1中，釜式搅拌反应器中反应过程中60s内温度由70℃最高升到160℃，温度变化大，容易出现飞温现象，同时温度变化大，容易产生副产物。
综上所述，本申请实施例提供的烷基聚醚共改性的聚硅氧烷连续化合成的装置通过将微通道反应器和釜式反应器串联共同作为反应器实现合成烷基聚醚共改性的聚硅氧烷。由于微通道反应器具有反应空间狭小，比表面积巨大的结构特性，分子扩散距离短传质快，可有效解决烷基聚醚共改性聚硅氧烷合成反应初期传质问题，使得液-液非均相反应液得到充分的混合，提高了产品的选择性。同时微通道反应器传热能力强，控温容易，可精确控制反应温度与反应时间，防止烷基聚醚共改性聚硅氧烷合成过程中“飞温”现象发生以及副产物的产生，提高生产的安全性。本申请中利用微通道反应器将物料的预热和混合前置，使得物料的反应温度更可控，混合更均匀，随后直接通入常规的釜式反应器内进行保温反应，保证反应充分进行。本申请提供的烷基聚醚共改性的聚硅氧烷连续化合成的方法，利用上述装置进行合成，可实现连续化操作，可有效缩短反应时间，生产周期短，反应过程更加稳定，显著提高了反应效率。制备获得的烷基聚醚共改性的聚硅氧烷的选择性更佳，副产物少。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种烷基聚醚共改性的聚硅氧烷连续化合成的装置，其特征在于，其包括微通道反应器和釜式反应器，其中，所述微通道反应器包括预热管道以及与所述预热管道连通的混合管道，所述混合管道与所述釜式反应器连通。
2.根据权利要求1所述的烷基聚醚共改性的聚硅氧烷连续化合成的装置，其特征在于，所述混合管道内设置有挡流板；
优选地，所述挡流板包括间隔排布的多个第一挡流板和多个第二挡流板；
优选地，所述第一挡流板和所述第二挡流板靠近所述混合管道的出料口的一端沿着靠近于所述混合管道的轴向的方向倾斜，所述第一挡流板和所述第二挡流板沿着所述混合管道的轴线对称设置或交错设置；
优选地，所述第一挡流板和所述第二挡流板沿着所述混合管道的轴线交错设置且均与所述混合管道的轴线垂直。
3.根据权利要求1所述的烷基聚醚共改性的聚硅氧烷连续化合成的装置，其特征在于，所述预热管道至少为3个且相互独立，所述混合管道分为第一混合区和第二混合区，所述第一混合区与至少2个所述预热管道连通，所述第二混合区同时与所述第一混合区以及至少1个所述预热管道连通，所述第二混合区与所述釜式反应器连通。
4.根据权利要求1-3任一项所述的烷基聚醚共改性的聚硅氧烷连续化合成的装置，其特征在于，所述烷基聚醚共改性的聚硅氧烷连续化合成装置还包括原料进料罐和计量泵，所述原料进料罐与所述预热管道之间通过所述计量泵连通。
5.一种烷基聚醚共改性的聚硅氧烷连续化合成的方法，其特征在于，其采用如权利要求1-4任一项所述的烷基聚醚共改性的聚硅氧烷连续化合成的装置进行，其包括：
将含氢聚硅氧烷与催化剂的混合液、烯丙基聚醚和烯烃分别通入所述微通道反应器的所述预热管道中进行预热，预热完成后通入所述微通道反应器的所述混合管道内进行混合，混合后的反应液继续通入所述釜式反应器中进行保温反应，得烷基聚醚共改性的聚硅氧烷；
优选地，所述烯烃与所述含氢聚硅氧烷的摩尔比为0.5-1:1；
优选地，所述烯丙基聚醚与所述含氢聚硅氧烷的摩尔比为1.4-1.7:1；
优选地，所述催化剂为氯铂酸或卡斯特催化剂；
优选地，以制备烷基聚醚共改性的聚硅氧烷所用的物料的总量计，所述催化剂的加入量为5-30ppm/g，优选地，所述催化剂的加入量10-17ppm/g。
6.根据权利要求5所述的烷基聚醚共改性的聚硅氧烷连续化合成的方法，其特征在于，先将所述含氢聚硅氧烷与催化剂的混合液与所述烯烃通入第一混合区内进行混合反应生成中间反应液，混合完成后，再将所述中间反应液和所述烯丙基聚醚通入第二混合区内进行混合反应生成所述反应液；
优选地，所述含氢聚硅氧烷与催化剂的混合液与所述烯烃混合反应的时间为50-150s；
优选地，所述中间反应液和所述烯丙基聚醚混合反应的时间为50-200s；
优选地，所述反应液在所述釜式反应器于110-130℃下保温反应10-60min。
7.根据权利要求5所述的烷基聚醚共改性的聚硅氧烷连续化合成的方法，其特征在于，采用计量泵分别将所述含氢聚硅氧烷与催化剂的混合液、所述烯丙基聚醚和所述烯烃分别通入所述微通道反应器的所述预热管道。
8.根据权利要求5所述的烷基聚醚共改性的聚硅氧烷连续化合成的方法，其特征在于，所述预热管道内的预热温度为所述预热管道中的反应温度，所述反应温度为90-150℃，优选地，所述反应温度为100-130℃；
优选地，反应压力为7-18bar。
9.根据权利要求5所述的烷基聚醚共改性的聚硅氧烷连续化合成的方法，其特征在于，所述含氢聚硅氧烷的制备方法为：
将八甲基环四硅氧烷、高含氢硅油、六甲基二硅氧烷及酸性催化剂混合反应，控制反应温度为50-100℃，反应时间2-8h，制得含氢聚硅氧烷；
优选地，所述酸性催化剂为酸性白土、硫酸或三氟甲磺酸；
优选地，以制备含氢聚硅氧烷所用的物料计，所述酸性催化剂的用量为物料总质量的2-6％。
10.一种烷基聚醚共改性的聚硅氧烷，其特征在于，其是采用如权利要求5-9任一项所述的烷基聚醚共改性的聚硅氧烷连续化合成的方法制备而成，
优选地，所述烷基聚醚共改性的聚硅氧烷的结构式如下：
Figure FDA0002337536290000031
其中，m的值为2-20，n的值为1-10，q的值为1-5，且m+n+q的值为4-35；
R1和R4相同或不同；
R2结构为：-CH2CH2CH2O(CH2CH2O)a(CH2CH(CH3)O)bR5；其中a的值为1-10，b的值为0-8，a+b的值为1-10；R5为烷基、芳香基、酰基和氢原子；
R3为-CH2CH2R6，其中R6为7-18碳原子数烷基。
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