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二甲基硅油具有低表面张力、耐热耐酸等众多优点,在生活中被广泛应用于各个领域。低聚合度二甲基硅油具有良好的分散性、独特的挥发性,以及低表面张力,常被用作个人护理产品中的基础流体。十四甲基六硅氧烷(MD4M)作为低聚合度二甲基硅油中的纯组分具有很好的代表性,是本文的一个主要研究对象。传统工业上二甲基硅油的合成多使用液体酸作为催化剂,不仅会腐蚀设备,而且难于分离。 本文制备了一种固体超强酸MoO3/ZrO2,研究了催化剂性质对合成二甲基硅油反应的影响,通过单因素实验得出最佳反应条件。推导出MoO3/ZrO2催化八甲基环四硅氧烷(D4)开环的动力学模型方程,计算出反应速率常数及反应活化能。在MoO3/ZrO2载体上负载稀土元素铈,以Ce-MoO3/ZrO2催化合成了窄分子量分布的二甲基硅油。通过单因素实验得出了MD4M的最佳合成条件,研究了固定床反应器对MD4M收率的影响。主要工作如下: 1、利用浸渍法制备了一种固体超强酸MoO3/ZrO2催化剂用于催化合成二甲基硅油,合成效率较高。利用XRD,BET和NH3-TPD测定其晶型结构,表面性质和酸性,结果表明,适量的MoO3可以使ZrO2单斜相向四方相转变,增加样品的比表面积,提高酸强度。把MoO3/ZrO2酸催化剂应用于二甲基硅油的合成反应,结果显示,MoO3含量及煅烧温度对催化剂的催化性能有很大的影响。反应过程存在反咬,增加反应时间和反应温度都会导致产物分子量减小、分子量分布变宽。二甲基硅油的最佳合成条件为催化剂用量1%,反应时间2h,反应温度70℃。稀土元素铈负载于MoO3/ZrO2上有利于提高其催化活性,铈负载量为0.5%时的Ce-MoO3/ZrO2催化活性最高。通过XRD,BET和NH3-TPD表征表明,催化剂的酸位由弱酸转换为中强酸,同时催化剂的比表面积增大。 2、D4开环聚合反应速率对研究催化剂的催化活性有很好的指导作用,本文通过推导得出了D4阳离子开环聚合动力学模型方程,代入实验数据得出反应速率常数k70=2.004×10-2s-1, k50=8.03×10-3s-1,反应活化能Ea=42.16×103kJ·mol-1。推导出的动力学模型方程同样适用于十甲基环五硅氧烷(D5)的初始生成速率。 3、为了得到窄分子量分布的二甲基硅油,研究了封端剂的影响,结果表明,封端剂线性硅氧烷MDnM中n越小,产品分散性越小。采用低收率的方法也可以使二甲基硅油分子量分布变窄,在保持相同收率的同时,提高反应温度或者增加催化剂的用量可以进一步缩小产品分散性,制备窄分布的二甲基硅油。低收率条件下制备得到窄分子量分布二甲基硅油的原因是聚合度较低时产品粘度也较低,体系没有发生明显的凝胶效应。 4、通过正交实验得出合成MD4M的最佳催化剂为NKC-9阳离子交换树脂,采用单因素实验进一步对MD4M的合成进行优化,得出最佳条件为:反应温度50℃,催化剂用量2%,反应时间2h,D4和MM的质量比为1.5∶1。固定床反应器相比于釜式反应器能够得到更高的MD4M收率,在空速为6.14h-1时MD4M收率为27.12%。