CN115109188B - 一种微射流混合器-微通道反应器-管式反应器制备聚季铵盐-51的方法 - Google Patents

一种微射流混合器-微通道反应器-管式反应器制备聚季铵盐-51的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种微射流混合器‑微通道反应器‑管式反应器制备聚季铵盐‑51的方法，包括：1)将2‑甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱(MPC)、催化剂和无水乙醇混合后得溶液A；2)将甲基丙烯酸正丁酯(BMA)和无水乙醇混合后得溶液B；3)将所得的溶液A和B用高压柱塞泵输入到微射流混合器，在混合器均质腔内物料受到高压剪切、高速撞击、空穴空化作用，两溶液进入对撞混合区在分子尺度上高速扩散与反应；4)混合器的出液进入微通道反应器进行聚合反应；反应器配控温夹套；5)反应器出料进入延时聚合段反应，延时聚合段配控温夹套；6)延时段出料进入终止段，终止段配控温夹套，对反应管迅速制冷终止反应，出料便是聚季铵盐‑51乙醇溶液。

Description

一种微射流混合器-微通道反应器-管式反应器制备聚季铵 盐-51的方法
技术领域
本发明涉及聚季铵盐制备技术领域，具体涉及一种微射流混合器-微通道反 应器-管式反应器制备聚季铵盐-51的方法。
背景技术
聚季铵盐-51(polyquaternium-51,以下简称PQ-51),CAS号：125275-25-4化学 名为：聚甲基丙烯酰氧基乙基磷酰胆碱—甲基丙烯酸正丁酯；别名：人造细胞 膜。PQ-51是人工合成的细胞膜结构仿生原料。具有构成细胞膜中的磷酰胆碱的 极性基，是由2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱(以下简称MPC)与单聚体的疏水性丁基甲基丙烯酸酯所构成的共聚物。可以通过改变聚合反应时MPC与单体的 比例，合成出具有不同亲油亲水的共聚物。结构如附图1所示。
人体细胞膜是一种生物纳米结构的薄膜，可以将细胞内物质与细胞外环境 相阻隔。它的主要成分是两亲性的磷脂分子，这些磷脂分子自组装形成连续地 磷脂双分子层，其中磷脂分子的亲水性头基(极性头基)排列于双分子层的最外侧，会接触到细胞外的极性环境，而将疏水性的链段包含在分子层内部，参 见附图2所示。
细胞膜在细胞中具备多样的生物及物理化学功能，细胞膜中磷脂分子极性 基团的主要成分之一就是磷酰胆碱(Phosphorylcholine,PC)，它是一利两性离子 基团。磷脂存在于生物膜中，是构成生物膜的重要部分。人体内所有细胞主要 以磷脂双分子层为其膜结构骨架，血细胞也不例外，有报道显示血红细胞膜内 表面会引起血栓的形成，而其外表面则不会，这是由于脂质在膜两侧分布不对 称造成的，膜内表面主要由磷脂酰丝氨酸和磷脂酰乙醇胺构成，而膜外表面则主要由卵磷脂构成。卵磷脂的抗凝血性源于它的两亲性磷酰胆碱PC基团，结构 见附图3。
磷酰胆碱的良好抗凝性一方面由于含PC端基的表面对血细胞是呈惰性的， 不会吸附和激活血小板，也不会导致红细胞的溶血现象；另一方面由于PC端基 带有等量正、负电荷，可以与水分子形成非常牢固的水合层，减弱与蛋白质的相互作用，对蛋白质的吸附基本上为可逆吸附，因此被吸附的蛋白质能保持其 天然构象。由于细胞膜在细胞中具备多样的生物及物理化学功能，因此就激发 了关于制备拥有仿细胞膜结构的生物材料和生物界面的想法。因此拥有PC基团 的单体与聚合物(磷酰胆碱聚合物)被用于仿细胞膜结构的制备中成为了仿生材 料研究的热点。
血红细胞的细胞膜具有不对称的磷脂双分子层结构，外层磷脂因为含有磷 酰胆碱两性离子的极性头部而具有抗凝血性，受此思想的启发，Chapman等人 于80年代中期用磷脂官能团直接把PC基团引入材料表面，得到了抗凝血性表 面。后来人们就把在材料表面引入PC两性离子改善血液相容性的表面改性技术 称为PC技术。PC技术是一条获得血液相容生物材料的有效途径。
提到PC技术就不得不提到2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱(MPC)单体， MPC对于PC技术而言是一种非常重要的单体，因为目前的PC技术大多是用 MPC单体的共聚物将PC基团引入到材料表面的。Ishihara等报道了其成功合成 了一种生物亲和性好、血液和组织相容性高的MPC单体及其聚合物PQ-51，磷 酰胆碱单体2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱(MPC)这种单体同时拥有甲基丙烯 酸结构和磷酰胆碱端基。从此，基于的聚合物的合成以及在表面功能修饰方面 的研究开始发展起来。这类聚合物制备的仿生表面经过体内与体外实验证实，可以有效模拟天然细胞膜结构，在与蛋白质、血小板等体液成分相接触时，其 磷酰胆碱基团发挥了极佳的生物相容性作用，有效地减少了蛋白质的吸附与血小板黏附。
生物亲和性好、血液和组织相容性高的MPC单体及其聚合物PQ-51(如图 1它具有磷脂双分子层结构，与人类的细胞膜结构类似)具有良好的生物亲和性、 超强的保水特性，减少过敏刺激、能改善粗糙皮肤等优点，因此在医疗器械表 面涂层、肿瘤靶向药物缓释剂以及高档化妆品保湿因子中都有广泛的应用；由 于具有良好的生物相容性，用于医疗器械、人造器官的喷涂层材料时，可以避 免手术后的排异发烧等现象；在人造器官、组织工程、血液净化、药物控释与 基因治疗、固定化酶、生物传感器等方面有巨大的市场需求。同时PQ-51仿生 材料人造细胞膜，具有磷脂双分子层结构，与人类的细胞膜结构类似，具有良好的生物亲和性、超强的保水特性，PQ-51可以在人体皮肤上形成一个生物膜， 一个可以呼吸的膜，模拟角质层，相当于给予肌肤多一层的屏障，双层保护屏 障来保护皮肤，同时对于角质层具有修复的帮助；减少过敏刺激、耐冲洗；保湿，改善皮肤粗糙，平滑细腻肌肤，在高档化妆品保湿因子中都有广泛的应用； 作为保湿因子其具有超强的保湿锁水能力，保湿性能是透明质酸钠的2倍。是 国际上最新一代特点突出的仿生材料之一。
PQ-51的生产方式都是在传统反应器中间歇式生产，产品收率低，生产周期 较长，能耗需求大，无法实现连续生产，生产效率较低。而且传统釜式工艺常 利用自由基溶液聚合进行合成，但传统工艺不能有效控制分子量及分子量分布， 也很难得到嵌段结构聚合物。而且由于传统反应釜工艺换热效率低，搅拌传质效果差，常常因为散热不及时，使得局部反应温度过高，而出现爆聚现象，使 得反应失败，甚至损坏反应设备，造成重大损失。而且聚合物中夹杂的铜催化 剂很难除去，会严重影响MPC聚合物PQ-51的生物相容性。这是当前PQ-51 工业化转化的一大技术瓶颈，也是技术壁垒高的原因。
发明内容
本发明为了避免现有技术的不足之处而提供了一种微射流混合器-微通道反 应器-管式反应器制备聚季铵盐-51的方法，该方法具有反应速率快、换热效率高、 无爆聚副反应发生，因此具有产率高、产物纯度高、工艺简单、成本低、能耗 小、连续可控以及无放大效应等优点，有效解决了常规釜式工艺难于控制合成 的技术难点，有利于工业化。
根据本发明所提供的一种微射流混合器-微通道反应器-管式反应器制备聚 季铵盐-51的方法包括以下步骤：
1)取一定量的2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱(MPC)、催化剂和无水乙醇， 在第一配料罐中混合均匀后得到原料混合液A，并进行预热；2-甲基丙烯酰氧乙 基磷酰胆碱(MPC)的质量浓度为：15％～25％；2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱 (MPC)与催化剂的摩尔比为：10000：1；
2)取一定量的甲基丙烯酸正丁酯(BMA)和无水乙醇，在第二配料罐中混 合均匀后得到原料混合液B；并在配料罐中进行预热；2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰 胆碱(MPC)与甲基丙烯酸正丁酯(BMA)的摩尔比为4：1～2：1；
3)用真空泵对第一配料罐和第二配料罐抽真空，当两个配料罐的绝对压力为2000pa时，停止抽真空，向两个配料罐中充入氮气破真空，使得两配料罐绝 对压力为121325pa；这样往复操作5次，使得配料罐为氮气氛围；
4)对两个配料罐中的物料进行预热，所述2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱 (MPC)溶液和所述甲基丙烯酸正丁酯(BMA)混合液的预热温度均为35℃；
5)将步骤4)所获得的预热混合液A和B溶液分别用第一高压柱塞计量泵 和第二高压柱塞计量泵打入微射流混合器中，预热混合液A和预热B溶液在微射流混合器均质腔内，同时受到高压剪切、高速撞击、空穴空化作用，然后俩 股高速溶液在微射流混合器的对撞混合区内对流撞击产生高度混合反应，两股 物料由于高压、高速对流撞击，由此引发的机械力学效应和相应的热效应可诱 导物料分子的物理、化学及结构性质发生变化，最终达到物料在分子尺度上的 高效扩散与反应的效果；微射流混合器内带有换热腔，该微射流混合器换热腔上设有与高低温一体机连接的高低温一体机接口，可对微射流混合器进行精确控温；所述微射流混合器均质腔为芯型结构，结构通道为100um；微射流混合 器对撞混合区内腔为椭圆形，持液量为15mL，最高承压为200Mpa；材质为316L 不锈钢。所述预热混合液A和预热混合液B的进料速度为1：1；高压柱塞计量泵的进料速度为6L/h～60L/h；高压柱塞计量泵的输出压力为：5.0～20.0Mpa；
6)微射流混合器的出液进入微通道反应器内进行聚合反应；微通道反应器 带有控温夹套；微通道反应器(型号FluiPilot-FV-R-500H*4)内部为芯型结构反应器。微通道反应器设有夹套，夹套外留有高低温一体机接口；微通道反应 器聚合反应温度范围：-10～100℃。所述微通道反应器的持液量为2000mL，微 通道内径为200μm；单位体积换热量为22mW/(㎡K)，材质为不锈钢、哈氏合 金等耐高压材质；所述混合反应液在微通道反应器内的停留时间为60s-600s。
7)微通道反应器出料进入延时聚合段继续进行聚合反应，延时聚合段带有 控温夹套，夹套上设有与高低温一体机连接的高低温一体机接口，可以对延时 管反应区进行精确控温。
8)延时聚合段出料进入反应终止段，所述的反应终止段带有控温夹套，夹 套上设有与高低温一体机连接的高低温一体机接口，可以对终止段反应区进行 迅速制冷终止反应；终止段反应管出料便是聚季铵盐-51乙醇溶液。
优选地，延时聚合段的反应管内径为500um，长度为1000m，控温为35-75℃， 混合反应液在延时反应管中的反应停留时间为15-150s，材质为316L不锈钢毛 细管，壁厚为1.0mm。
优选地，终止段反应管的内径为500um，长度为1000m；混合反应液在终 止段反应管中的反应停留时间为15-150s；终止段反应管材质为316L不锈钢毛 细管，壁厚为1.0mm。终止段带有控温夹套，夹套上设有与高低温一体机连接 的高低温一体机接口，可以对终止段反应区进行迅速制冷终止反应，控温范围 为-35～-10℃；终止段反应管出料便是聚季铵盐-51乙醇溶液。
优选地，所述的催化剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁酸二 甲酯、偶氮二甲氧基异庚腈和过氧化二苯甲酰的其中一种或几种混合物，催化 剂用量为0.02％～0.06％。
本发明所提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本发明所提供的一种微射流混合器-微通道反应器-管式反应器制备聚季铵 盐-51的方法，通过调节物料比、反应温度以及催化剂种类，可得不同分子量的 产品。该工艺与当前传统工艺相比，具有反应速率快、换热效率高、无爆聚副 反应发生，因此具有产率高、产物纯度高、工艺简单、成本低、能耗小、连续 可控以及无放大效应等优点，有效解决了常规釜式工艺难于控制合成的技术难点，有利于工业化。
附图说明
图1为本发明背景技术所述的PQ-51结构图；
图2为本发明背景技术所述的细胞膜结构图；
图3为本发明背景技术所述的磷酰胆碱结构图；
图4为本发明微射流混合器-微通道反应器-管式反应器的结构示意图；
图5为本发明图4中微射流混合器结构示意图；
图中：1.配料罐；101.第一配料罐；102.第二配料罐；2.高压柱塞计量泵； 201.第一高压柱塞计量泵；202.第二高压柱塞计量泵；3.微射流混合器；4.微通 道反应器；5.延时聚合段；6.终止段；7.高低温一体机接口；
301.微射流混合器进料口；302.微射流混合器换热腔；303.微射流混合器 均质腔；304.微射流混合器对撞混合区；305.微射流混合器出料口；7.高低温 一体机接口。
具体实施方式
本发明聚季铵盐-51的制备方法通过附图4所示的微射流混合器-微通道反 应器-管式反应器实现，由附图4可知，本发明微射流混合器-微通道反应器-管 式反应器主要包括配料罐1、高压柱塞计量泵2、微射流混合器3、微通道反应 器4、延时聚合段5、终止段6，其中配料罐分为第一配料罐101和第二配料罐 102，分别用于2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱(MPC)和甲基丙烯酸正丁酯(MBA) 配料，第一配料罐101和第二配料罐102分别连接第一高压柱塞计量泵201和 第二高压柱塞计量泵202后，与微射流混合器3连接。参见附图5，微射流混合 器3包括两个微射流混合器进料口301，分别与两个微射流混合器进料口301连 接的两个微射流混合器均质腔303，两个微射流混合器均质腔303与微射流混合 器对撞混合区304相连通，微射流混合器对撞混合区304与微射流混合器出料 口305相连接。第一配料罐101和第二配料罐102中的物料分别经第一高压柱 塞计量泵201和第二高压柱塞计量泵202打入微射流混合器3中，物料经过微 射流混合器均质腔303均质后，在微射流混合器对撞混合区304对流撞击产生 高度混合反应，两股物料由于高压、高速对流撞击，由此引发的机械力学效应和相应的热效应可诱导物料分子的物理、化学及结构性质发生变化，最终达到 物料在分子尺度上的高效扩散与反应的效果。反应后的物料经过微射流混合器 出料口305进入微通道反应器4，微通道反应器4出料进入延时聚合段5继续进 行聚合反应，延时聚合段5出料进入反应终止段6，至此，反应结束，终止段6 出料得到聚季铵盐-51乙醇溶液。本发明微射流混合器-微通道反应器-管式反应 器中，配料罐1、微射流混合器3、微通道反应器4、延时聚合段5、终止段6 均带有控温夹套，夹套上设有与高低温一体机连接的高低温一体机接口7，用于 对相应设备的温度控制。本发明中，延时聚合段5和终止段6均为管式反应器，延时聚合段5的反应管内径为500um，长度为1000m，壁厚为1.0mm。终止段6 的反应管内径为500um，长度为1000m，壁厚为1.0mm。
下面结合具体实施方式，对本发明做进一步描述：
实施例1：
将2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱(MPC)、催化剂偶氮二异丁腈和无水乙醇 以物质的质量比例为720：1：2006的比例混合均匀，得到原料混合液A，其中， MPC当量浓度为4N。然后将4mol/L的原料混合液A(以MPC计)和浓度为1 mol/L甲基丙烯酸正丁酯(BMA)乙醇溶液各自预热到35℃。设定高压柱塞计 量泵2的流量为6L/h，输出压力为10Mpa，微射流混合器3的停留时间为9s，微射流混合器3的温度为55℃，微通道反应器4的反应温度为55℃，反应停留时间为600s，高压柱塞计量泵2的进料速度为1:1进料。延时聚合段5的反应 温度设定为55℃，终止段6的冷却温度设定为-25℃，终止段6出料便得到聚季 铵盐-51的乙醇溶液。
聚季铵盐-51的乙醇溶液加入一定量的乙醚或者正己烷，溶液体系中有白色 粘稠状沉淀析出，过滤收集固体物质，用超纯水再次溶解，经冷冻干燥处理或 喷雾干燥处理，即得白色固体产品，收率97％，Mw＝600000-800000。
实施例2：
将2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱(MPC)、催化剂偶氮二异庚腈和无水乙醇 以物质的质量比例为475：1：1345的比例混合均匀，得到原料混合液A，其中， MPC当量浓度为4N。然后将4mol/L的原料混合液A(以MPC计)和浓度为1 mol/L甲基丙烯酸正丁酯(BMA)乙醇溶液各自预热到35℃。设定高压柱塞计 量泵2的流量为10L/h，输出压力为10Mpa，微射流混合器3的停留时间为5s， 微射流混合器3的温度为65℃，微通道反应器4的反应温度为65℃，反应停 留时间为360s，高压柱塞计量泵2的进料速度为1:1进料。延时聚合段5的反应温度设定为65℃，终止段6的冷却温度设定为-15℃，终止段6出料便得到聚季 铵盐-51的乙醇溶液。
聚季铵盐-51的乙醇溶液加入一定量的乙醚或者正己烷，溶液体系中有白色 粘稠状沉淀析出，过滤收集固体物质，用超纯水再次溶解，经冷冻干燥处理或 喷雾干燥处理，即得白色固体产品，收率97％，Mw＝590000-740000。
实施例3：
将2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱(MPC)、催化剂偶氮二异丁腈和无水乙醇 以物质的质量比例为488：1：1361的比例混合均匀，得到原料混合液A，其中， MPC当量浓度为4N。然后将4mol/L的原料混合液A(以MPC计)和浓度为1 mol/L甲基丙烯酸正丁酯(BMA)乙醇溶液各自预热到35℃。设定高压柱塞计 量泵2的流量为6L/h，输出压力为10Mpa，微射流混合器3的停留时间为9s， 微射流混合器3的温度为75℃，微通道反应器4的反应温度为75℃，反应停 留时间为600s，高压柱塞计量泵2的进料速度为1:1进料。延时聚合段5的反应温度设定为75℃，终止段6的冷却温度设定为-10℃，终止段6出料便得到聚季 铵盐-51的乙醇溶液。
聚季铵盐-51的乙醇溶液加入一定量的乙醚或者正己烷，溶液体系中有白色 粘稠状沉淀析出，过滤收集固体物质，用超纯水再次溶解，经冷冻干燥处理或 喷雾干燥处理，即得白色固体产品，收率94％，Mw＝550000-850000。
实施例4：
将2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱(MPC)、催化剂偶氮二异丁酸二甲酯和无 水乙醇以物质的质量比例为515：1：1432的比例混合均匀，得到原料混合液A， 其中，MPC当量浓度为4N。然后将4mol/L的原料混合液A(以MPC计)和浓度 为1mol/L甲基丙烯酸正丁酯(BMA)乙醇溶液各自预热到35℃。设定高压柱 塞计量泵2的流量为6L/h，输出压力为10Mpa，微射流混合器3的停留时间为 9s，微射流混合器3的温度为65℃，微通道反应器4的反应温度为65℃，反 应停留时间为600s，高压柱塞计量泵2的进料速度为1:1进料。延时聚合段5 的反应温度设定为65℃，终止段6的冷却温度设定为-25℃，终止段6出料便得 到聚季铵盐-51的乙醇溶液。
聚季铵盐-51的乙醇溶液加入一定量的乙醚或者正己烷，溶液体系中有白色 粘稠状沉淀析出，过滤收集固体物质，用超纯水再次溶解，经冷冻干燥处理或 喷雾干燥处理，即得白色固体产品，收率92％，Mw＝580000-710000。
实施例5：
将2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱(MPC)、催化剂偶氮二甲氧基异庚腈和无 水乙醇以物质的质量比例为383：1：1070的比例混合均匀，得到原料混合液A， 其中，MPC当量浓度为4N。然后将4mol/L的原料混合液A(以MPC计)和浓度 为1mol/L甲基丙烯酸正丁酯(BMA)乙醇溶液各自预热到35℃。设定高压柱 塞计量泵2的流量为6L/h，输出压力为10Mpa，微射流混合器3的停留时间为 9s，微射流混合器3的温度为50℃，微通道反应器4的反应温度为50℃，反 应停留时间为600s，高压柱塞计量泵2的进料速度为1:1进料。延时聚合段5 的反应温度设定为50℃，终止段6的冷却温度设定为-20℃，终止段6出料便得 到聚季铵盐-51的乙醇溶液。
聚季铵盐-51的乙醇溶液加入一定量的乙醚或者正己烷，溶液体系中有白色 粘稠状沉淀析出，过滤收集固体物质，用超纯水再次溶解，经冷冻干燥处理或 喷雾干燥处理，即得白色固体产品，收率96％，Mw＝640000-770000。
对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其 它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权 利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种微射流混合器-微通道反应器-管式反应器制备聚季铵盐-51的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)取一定量的2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱MPC、催化剂和无水乙醇，在第一配料罐(101)中混合均匀后得到原料混合液A，并进行预热；2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱MPC的质量浓度为：15％～25％；2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱MPC与催化剂的摩尔比为：500:1～1000：1；
2)取一定量的甲基丙烯酸正丁酯BMA和无水乙醇，在第二配料罐102中混合均匀后得到原料混合液B；并在配料罐中进行预热；2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱MPC与甲基丙烯酸正丁酯BMA的摩尔比为4：1～2：1；
3)用真空泵对第一配料罐(101)和第二配料罐(102)抽真空，向两个配料罐中充入氮气破真空，使两个配料罐为氮气氛围；
4)对第一配料罐(101)和第二配料罐(102)中的物料进行预热，使2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱MPC溶液和所述甲基丙烯酸正丁酯BMA混合液的预热温度相同；
5)将步骤4)所获得的预热混合液A和B溶液分别用第一高压柱塞计量泵(201)和第二高压柱塞计量泵(202)打入微射流混合器(3)中，预热混合液A和预热B溶液在微射流混合器均质腔(303)内对流撞击产生高度混合反应；
6)微射流混合器(3)的出液进入微通道反应器(4)内进行聚合反应；
7)微通道反应器(4)出料进入延时聚合段(5)继续进行聚合反应；
8)延时聚合段(5)出料进入反应终止段(6)，对终止段反应区进行迅速制冷终止反应；终止段反应管出料便是聚季铵盐-51乙醇溶液。
2.根据权利要求1所述的微射流混合器-微通道反应器-管式反应器制备聚季铵盐-51的方法，其特征在于：步骤3)中当第一配料罐(101)和第二配料罐(102)的绝对压力为2000pa时，停止抽真空，向第一配料罐(101)和第二配料罐(102)中充入氮气破真空，使第一配料罐(101)和第二配料罐(102)绝对压力为121325pa，往复操作5次，使两个配料罐为氮气氛围。
3.根据权利要求1所述的微射流混合器-微通道反应器-管式反应器制备聚季铵盐-51的方法，其特征在于：步骤4)中，2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱MPC溶液和所述甲基丙烯酸正丁酯BMA混合液的预热温度均为35℃。
4.根据权利要求1所述的微射流混合器-微通道反应器-管式反应器制备聚季铵盐-51的方法，其特征在于：步骤5)中，预热混合液A和B溶液在微射流混合器的均质腔(303)内对流撞击，诱导物料分子的物理、化学及结构性质发生变化，物料在分子尺度上的高效扩散与反应；微射流混合器(3)内带有微射流混合器换热腔(302)，微射流混合器换热腔(302)上设有与高低温一体机连接的高低温一体机接口(7)，用于对微射流混合器进行精确控温；所述微射流混合器均质腔(303)为芯型结构，结构通道为100um；微射流混合器对撞混合区(304)内腔为椭圆形，持液量为15mL，最高承压为200Mpa，材质为316L不锈钢；所述预热混合液A和预热混合液B的进料速度为1：1；高压柱塞计量泵的进料速度为6L/h～60L/h，高压柱塞计量泵的输出压力为：5.0～20.0Mpa。
5.根据权利要求1所述的微射流混合器-微通道反应器-管式反应器制备聚季铵盐-51的方法，其特征在于：步骤6)中，微通道反应器(4)带有控温夹套；微通道反应器(4)内部为芯型结构反应器，微通道反应器(4)设有夹套，夹套外留有高低温一体机接口(7)；微通道反应器聚合反应温度范围：50～75℃，所述微通道反应器(4)的持液量为2000mL，微通道内径为200μm，单位体积换热量为22mW/(㎡K)，材质为不锈钢、哈氏合金耐高压材质；所述混合反应液在微通道反应器内的停留时间为60s-600s。
6.根据权利要求1所述的微射流混合器-微通道反应器-管式反应器制备聚季铵盐-51的方法，其特征在于：延时聚合段(5)的反应管内径为500um，长度为1000m，控温为35-75℃，混合反应液在延时反应管中的反应停留时间为15-150s，材质为316L不锈钢毛细管，壁厚为1.0mm；延时聚合段(5)带有控温夹套，夹套上设有与高低温一体机连接的高低温一体机接口(7)，可以对延时管反应区进行精确控温。
7.根据权利要求1所述的微射流混合器-微通道反应器-管式反应器制备聚季铵盐-51的方法，其特征在于，终止段(6)反应管的内径为500um，长度为1000m；混合反应液在终止段反应管中的反应停留时间为15-150s；终止段(6)反应管材质为316L不锈钢毛细管，壁厚为1.0mm；终止段(6)带有控温夹套，夹套上设有与高低温一体机连接的高低温一体机接口(7)，可以对终止段反应区进行迅速制冷终止反应，控温范围为-35～-10℃。
8.根据权利要求1所述的微射流混合器-微通道反应器-管式反应器制备聚季铵盐-51的方法，其特征在于，所述的催化剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁酸二甲酯、偶氮二甲氧基异庚腈和过氧化二苯甲酰的其中一种或几种混合物，催化剂用量为0.02％～0.06％。
9.根据权利要求1或4所述的微射流混合器-微通道反应器-管式反应器制备聚季铵盐-51的方法，其特征在于，微射流混合器(3)包括两个微射流混合器进料口(301)，分别与两个微射流混合器进料口(301)连接的两个微射流混合器均质腔(303)，两个微射流混合器均质腔(303)与微射流混合器对撞混合区(304)相连通，微射流混合器对撞混合区(304)与微射流混合器出料口(305)相连接；第一配料罐(101)和第二配料罐(102)中的物料分别经第一高压柱塞计量泵(201)和第二高压柱塞计量泵(202)打入微射流混合器(3)中，物料经过微射流混合器均质腔(303)后，在微射流混合器对撞混合区(304)对流撞击产生高度混合反应，反应后的物料经过微射流混合器出料口(305)进入微通道反应器(4)。
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