一、背景概述

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

有機硅材料具有獨特的結構：

（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%離子鍵特征的共價鍵（共價鍵具有方向性，離子鍵無方向性）。

由于有機硅獨特的結構，兼備了無機材料與有機材料的性能，具有表面張力低、粘溫系數小、壓縮性高、氣體滲透性高等基本性質，并具有耐高低溫、電氣絕緣、耐氧化穩定性、耐候性、難燃、憎水、耐腐蝕、無毒無味以及生理惰性等優異特性，廣泛應用于航空航天、電子電氣、建筑、運輸、化工、紡織、食品、輕工、醫療等行業，其中有機硅主要應用于密封、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。隨著有機硅數量和品種的持續增長，應用領域不斷拓寬，形成化工新材料界獨樹一幟的重要產品體系，許多品種是其他化學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，溶于多種有機溶劑。六甲基二硅氧烷是一種重要的有機硅產品，主要應用于有機化工和醫藥化工行業，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。高品質的MM還可作為電子、國防、航空工業精密設備的清洗劑替代品，但目前國內此類產品供應遠遠不足。

    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。

其化學方程式：

其反應屬于SN1反應，按單分子親核取代機理進行。首先水分子中的O原子從離去的Cl離子的背面進攻Si原子，取代氯負離子，生成質子化的水合三甲基硅烷，后者脫質子生成不穩定的羥基三甲基硅烷，繼而繼續進攻另一個三甲基氯硅烷中的Cl，得到產物MM。

傳統合成方法如下：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，滴加時間控制在2～4 h; 滴完后，在一定溫度下繼續反應1～3 h，使反應充分進行; 再經過冷卻、靜置、分離、蒸餾得到產品MM。該合成方法反應較快，設備裝置簡便，但由于在釜內間歇式操作影響嚴重生產效率。微通道反應器具有高效傳質傳熱效率，對于強放熱、非均相反應具有很大的適用性。其工業化實施過程周期較短，設備體積小，且能實現化工過程自動化、連續化，提高安全系數與生產效率，為企業經濟效益的提高提供現代化方法。

二、微反應器工藝流程

微反應實驗流程圖：

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器中，在一定溫度下調節停留時間，得到產品。

三、實驗數據分析

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

（1）不同反應溫度對反應的影響

如圖Fig.1，不同溫度下，原料轉化率隨溫度的變化曲線。

由圖可知，隨著溫度的提高反應速度加快。但當溫度達到40℃時，原料的轉化率已經達到90%以上，再提高溫度，不僅原料的轉化率變化較小，而且消耗大量能量。綜合考慮，反應溫度40℃較為合適。

（2）不同停留時間對反應的影響

如圖Fig.2，不同停留時間下，產品含量與選擇性隨停留時間的變化曲線。

由圖可知，隨著停留時間的增加，原料轉化率增加，產品含量逐漸增加。產品選擇性隨著停留時間逐漸減少，是因為副產物越來越多導致，但總體選擇性仍在95%以上。因此，停留時間150s較為合適。

（3）不同物料配比對反應的影響

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，產品轉化率與產品收率隨物料配比的變化曲線。

由圖可知，隨著水量的增加，產品的轉化率在逐漸升高，收率呈現先增加后降低的趨勢。因為水量增加，增加了親核取代概率，另外水的增加吸收了反應產生的氯化氫，促使反應的進行。但當水量過多時，會引起分相困難，導致收率較低。因此，綜合考慮選擇1.2:1較為合適。

四、結論

通過微通道反應器對三甲基氯硅烷進行水解實驗，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。相對比傳統的水解方式，反應時間縮短為2-3min，提高了生產效率，同時優化了水量以及堿液用量，減少了廢酸的產生，經過處理后高濃度的酸也有利于制備工業鹽酸。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，為工業化生產提供參考依據。

五、參考文獻

[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機理的密度泛函研究[J]. 分子科學學報, 2009, 25(2):121-126.