本發(fā)明涉及的是一種化工領(lǐng)域的技術(shù)，具體是一種基于微混合器的環(huán)丁烷四甲酸二酐連續(xù)制備裝置及方法。

背景技術(shù)：

聚酰亞胺因其優(yōu)良的耐高溫性、機(jī)械強(qiáng)度和絕緣性能廣泛的應(yīng)用于航空、汽車和微電子領(lǐng)域。傳統(tǒng)的芳香族聚酰亞胺薄膜由于分子間及分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移絡(luò)合物的形成，顏色較深和光學(xué)透明度較低，大大限制了其在光電領(lǐng)域的應(yīng)用。

環(huán)丁烷四甲酸二酐和二胺單體聚合的聚酰亞胺，在分子鏈中引入脂肪族單體，破壞了電荷轉(zhuǎn)移絡(luò)合物的形成，具有較高的可見光透過率，其優(yōu)良的光學(xué)和電學(xué)特性，是制備無色透明聚酰亞胺的理想材料。傳統(tǒng)釜式反應(yīng)制備環(huán)丁烷四甲酸二酐通過馬來酸酐在強(qiáng)紫外光的照射下進(jìn)行環(huán)化合成，但是產(chǎn)率很低，只有不到10％左右，而且會(huì)生成大量副產(chǎn)品，為后期提純帶來麻煩，同時(shí)間歇反應(yīng)操作周期長(zhǎng)，能耗大。

微混合器是通過精密加工技術(shù)制造的可用于化學(xué)反應(yīng)的三維結(jié)構(gòu)元件，通道尺寸一般在微米到亞毫米量級(jí)。相比于傳統(tǒng)的混合器，微混合器由于尺寸的大幅度減小，在其內(nèi)部流體薄層間距離極短，比表面積較大，反應(yīng)物料能快速地混合均勻，具有高效的熱/質(zhì)傳遞性能；且混合器內(nèi)部能獲得均勻的光照，反應(yīng)(停留)時(shí)間能通過物料的流速精確控制。由于上述優(yōu)點(diǎn)，微混合器被廣泛用于受到傳熱/傳質(zhì)控制的快速反應(yīng)體系或光化學(xué)反應(yīng)體系，所獲得的反應(yīng)選擇性和收率往往大于傳統(tǒng)的混合器，且反應(yīng)時(shí)間大幅度減少。同時(shí)，對(duì)于涉及到高?；瘜W(xué)品的反應(yīng)過程，微混合器采用連續(xù)流動(dòng)的模式，在混合器內(nèi)部存持液量小，易于控制反應(yīng)過程，大大提高了反應(yīng)過程的安全性。微混合器技術(shù)在有機(jī)合成、聚合反應(yīng)、萃取分離等領(lǐng)域已經(jīng)獲得局部的工業(yè)化應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)傳統(tǒng)混合器制備環(huán)丁烷四甲酸二酐導(dǎo)致的轉(zhuǎn)化率低、反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、能耗大、不連續(xù)以及反應(yīng)不均勻、副產(chǎn)物等缺陷，提出一種基于微混合器的環(huán)丁烷四甲酸二酐連續(xù)制備裝置及方法。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明涉及一種用于環(huán)丁烷四甲酸二酐連續(xù)制備的裝置，包括：t型微混合器、分別與其兩個(gè)輸入端相連的氣源和微量注射器以及與其輸出端相連的毛細(xì)管微通道，其中：毛細(xì)管微通道設(shè)置于帶有紫外光的冷卻裝置內(nèi)。

所述的t型微混合器的內(nèi)徑為0.2mm-2mm。

所述的毛細(xì)管微通道的通道內(nèi)部直徑為0.5～3mm，毛細(xì)管微通道長(zhǎng)度為1m-20m，優(yōu)選采用紫外光透過率高的氟化乙烯丙烯共聚物制成。

所述的紫外光源優(yōu)選為高壓汞燈光源，波長(zhǎng)大于280nm，功率為100～500w。

所述的冷卻裝置優(yōu)選采用紫外光吸收小的高硼硅玻璃制成。

本發(fā)明涉及上述裝置的環(huán)丁烷四甲酸二酐連續(xù)制備方法，以氮?dú)庾鳛闅庀?、以馬來酸酐溶液作為液相，通過t型微混合器混合形成兩相流后，在毛細(xì)管微通道內(nèi)經(jīng)紫外光源照射反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過濾分離后得到環(huán)丁烷四甲酸二酐。

所述的液相，優(yōu)選為馬來酸酐溶解于乙酸乙酯中得到，進(jìn)一步優(yōu)選馬來酸酐質(zhì)量濃度范圍為4～40％。

所述的氣-液兩相體積流速比為1:1～4。

所述的照射反應(yīng)，優(yōu)選反應(yīng)溫度低于15℃，反應(yīng)時(shí)間為5min～120min。

技術(shù)效果

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明反應(yīng)時(shí)間縮短至5-120min，產(chǎn)物純凈90％以上，溶劑經(jīng)蒸餾后可循環(huán)使用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明裝置示意圖；

圖中：1氣體鋼瓶、2減壓閥、3氣體質(zhì)量流量計(jì)、4氣體管道、5微量注射泵、6注射器、7t型微混合器、8冷卻裝置、9紫外光源、10毛細(xì)管微通道；

圖2為t型微混合器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：11液相流、12混合流、13氣相流、14螺紋；

圖3為實(shí)施例制備得到環(huán)丁烷四甲酸二酐紅外譜圖；

圖4為實(shí)施例制備得到環(huán)丁烷四甲酸二酐液相色譜圖。

具體實(shí)施方式

本實(shí)施例通過以下方式實(shí)現(xiàn)環(huán)丁烷四甲酸二酐的連續(xù)制備：

一、將馬來酸酐溶解在有機(jī)溶劑中，配制質(zhì)量濃度為4％的馬來酸酐溶液作為液相；

二、氮?dú)庾鳛闅庀?，氣相和液相的進(jìn)料體積速率比為1:3進(jìn)入t型微混合器混合形成氣-液兩相流體；

三、流體在直徑為0.5mm微通道中經(jīng)紫外光源照射發(fā)生光聚合反應(yīng)，流體在紫外光中的停留時(shí)間為20min，反應(yīng)溫度為-5℃；

四、經(jīng)過濾分離后得到白色固體，再經(jīng)洗滌、干燥得環(huán)丁烷四甲酸二酐。

如圖2所示，所述的t型微混合器與毛細(xì)管微通道通過螺紋連接，氣相與液相流向呈180°對(duì)流碰撞剪切以形成二次流并增加擾動(dòng)和混合效果，通過t型微混合器的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了對(duì)撞模式的混合，且此種對(duì)撞模式混合效果最佳。

將本實(shí)施例制備環(huán)丁烷四甲酸二酐作紅外光譜測(cè)試。如圖2所示3013cm^-1為c-h伸縮振動(dòng)峰，1850cm^-1、1780cm^-1為c＝o吸收峰，1208cm^-1、1096cm^-1、964cm^-1、938cm^-1為c-o-c吸收峰。

將本實(shí)施例制備環(huán)丁烷四甲酸二酐與商品化的、純凈的環(huán)丁烷四甲酸二酐采用液相色譜測(cè)試：采用純凈的環(huán)丁烷四甲酸二酐配制的液體濃度為1.14g/l，采用本方法所合成環(huán)丁烷四甲酸二酐配制的溶液濃度為1.00g/l，由液相色譜圖分析得到本方法制備的環(huán)丁烷四甲酸二酐純度為97.2％。

對(duì)比例1：步驟一中所述的溶液中馬來酸酐的質(zhì)量濃度為8％。其它與具體實(shí)施方式一相同，其作用在于：質(zhì)量濃度增加，產(chǎn)率提高。

對(duì)比例2：步驟二中所述的分散相和連續(xù)相的進(jìn)料體積速率比為1:2。其它與具體實(shí)施方式一相同，其作用在于：分散相含量增加，反應(yīng)停留時(shí)間改變，產(chǎn)率改變。

對(duì)比例3：步驟三中所述的微通道直接為1mm。其它與具體實(shí)施方式一相同，其作用在于：微通道直徑增大，反應(yīng)放大，停留時(shí)間降低，產(chǎn)率降低。

對(duì)比例4：步驟三中所述的流體在微混合器內(nèi)的停留時(shí)間為30min。其它與具體實(shí)施方式一相同，其作用在于：停留時(shí)間增大，產(chǎn)率提高。

對(duì)比例5：步驟三中所述的反應(yīng)溫度為0℃。其它與具體實(shí)施方式一相同，其作用在于：溫度升高，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率改變。

上述具體實(shí)施可由本領(lǐng)域技術(shù)人員在不背離本發(fā)明原理和宗旨的前提下以不同的方式對(duì)其進(jìn)行局部調(diào)整，本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)且不由上述具體實(shí)施所限，在其范圍內(nèi)的各個(gè)實(shí)現(xiàn)方案均受本發(fā)明之約束。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
一種基于微混合器的環(huán)丁烷四甲酸二酐連續(xù)制備裝置及方法，包括：T型微混合器、分別與其兩個(gè)輸入端相連的氣源和微量注射器以及與其輸出端相連的毛細(xì)管微通道，其中：毛細(xì)管微通道設(shè)置于帶有紫外光的冷卻裝置內(nèi)。本發(fā)明以氮?dú)庾鳛闅庀唷⒁择R來酸酐溶液作為液相，通過T型微混合器混合形成兩相流后，在毛細(xì)管微通道內(nèi)經(jīng)紫外光源照射反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過濾分離后得到環(huán)丁烷四甲酸二酐。

技術(shù)研發(fā)人員：路慶華;徐文華;蘇遠(yuǎn)海
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.02.22
技術(shù)公布日：2017.07.04