聚对苯二甲酸乙二酯的制备

绪论

本设计的课程名称是高分子材料，而本设计的最终生产产品是聚对苯二甲酸乙二酯（PET），它的分子量一般大于10，密度为1.38，熔点约258摄氏度；属于热塑性聚酯，具有优良的坚韧性，拉伸、抗冲击强度、耐磨性，电绝缘性。由于具有韧性佳、质量轻、不透气、耐酸碱等特点，近年成为汽水、果汁、碳酸饮料等之常用容器。聚对苯二甲酸乙二酯一般由对苯二甲酸二甲酯与过量乙二醇起酯交换反应成对苯二甲酸乙二酯后经缩聚制得。主要用途用于制合成纤维，名涤纶，是聚酯纤维的主要品种。也可用作工程塑料，制机械零件，目前大量用于饮料瓶的生产。

聚对苯二甲酸乙二酯的化学稳定性好于聚酰胺。吸湿性（0.4%）极小。耐光性仅次于聚丙烯腈。由有机二元酸和二元醇缩聚而成的聚酯经仿丝制成的合成纤维。聚酯纤维的中国商品名。可由聚对苯二甲酸乙二酯制造。1941年，英国的J.R.温菲尔德和J.T.迪克森以对苯二甲酸和乙二醇为原料，在实验室内首先研制成功聚酯纤维，命名为特丽纶。1953年美国生产商品名为达可纶的聚酯纤维。此后在世界各国迅速发展，成为合成纤维的第一大品种，占总产量的50％左右。涤纶有优良的抗皱性、弹性和尺寸稳定性；有良好的绝缘性能，耐光、耐磨，不霉不蛀；有较好的耐化学试剂性能，耐弱酸、弱碱。但与天然纤维相比，涤纶存在含水率低、透气性差、染色性差、容易起球起毛、易玷污等缺点。为了改善这些缺点，采取化学改性和物理变形等方法。涤纶用途广泛，可以纯纺，也可与棉、毛、丝、麻以及其他化纤混纺，适宜制作男女衬衫、外衣、儿童服装，以及室内装饰用料；也可作絮棉。高强度涤纶可用于制作轮胎帘子线、运输带、消防水管、缆绳、渔网等，也可用作绝缘材料、耐酸过滤布和造纸毛毯等。用涤纶制作的无纺织布可用作室内装饰物、地毯底布、医药工业用布、絮绒、衬里等。

本设计主要内容包括设计的目的及意义、原材料的选择及在配方中含量的确定、各组分

的作用、生产工艺流程、生产所需设备及工艺参数、产品性能检测及检测参考标准、产品的应用范围等。

一设计的目的及意义：

1、 通过查阅资料、文献，对国内外高分子材料及其产品的研究现状、应用及发展趋势有所了解；

2、 通过设计的方式掌握理论结合实践，掌握高分子材料及其产品的合成和生产工艺，在设计中学习掌握配方指定、工艺操作等工艺设计；

3、 通过这种自我思考设计，自我动手查阅资料文献的学习方法，从发现问题，主动思考、查阅资料。解决问题的一系列过程中，掌握发现问题，解决问题的综合能力，为以后就业打下基础。

二，原材料

1、 原材料的选择

目前，世界各国的生产技术路线主要有DMT酯交换缩聚路线和PTA直接酯化路线。本设计选用DMT酯交换缩聚路线，它是采用对苯二甲酸酯（DMT）与乙二醇（EG）进行酯交换反应，然后缩聚成PET。因此，我们选择原料为对苯二甲酸二甲酯( DMT) ( 工业级，仪征化纤有限公司提供) ；乙二醇( 化学纯，永华特种化学试剂厂) ；催化剂( 醋酸锰， 酞酸正丁酯， 氧化锑) ； 稳定剂( 亚磷酸三苯酯) 。

2、 原材料在配方中含量的确定

DMT法主要包括两步:首先是对苯二甲酸二甲酯(DMT)与乙二醇在催化剂存在下进行酯交换反应。生成对苯二甲酸双羟乙酯(BHET)或双羟丁酯，常用的催化剂为锌、钴、锰的醋酸盐，或它们与三氧化二锑的混合物,其用量为DMT质量的0.01％～0.05％。反应过程中不断排出副产物甲醇。第二步为生成的BHET或双羟丁酯，在前缩聚釜及后缩聚釜中进行缩聚反应(图2)，前缩聚釜中的反应温度为270℃，后缩聚釜中反应温度为270～280℃，加入少量稳定剂以提高熔体的热稳定性。缩聚反应在高真空(余压不大于 266Pa)及强烈搅拌下进行，才能获得高分子量的聚酯。

因此，对苯二甲酸乙二酯（DMT）用量为m，则乙二醇过量，即用量大于m，催化剂用量为DMT质量m的0.01％～0.05％；稳定剂适量。

3、 原材料各组分在配方中的作用

对苯二甲酸乙二酯和乙二醇单体是制备聚对苯二甲酸乙二酯的重要基础，而催化剂是加快酯交换反应和缩聚反应速率，提高生产效率的必须之物；加入少量稳定剂则可以提高熔体的热稳定性。

三、生产工艺流程

1、简要工艺流程

将DMT和乙二醇同时加入酯交换塔中，在催化剂醋酸锰作用下进行酯交换反应，生成对苯二甲酸乙二酯。此反应产物送入脱乙二醇塔，同时加入缩聚催化剂三氧化二锑、消光剂二氧化钛、稳定剂亚磷酸。脱去乙二醇后，经预聚合进入前、后缩聚釜，升高温度至 2 7 0 - ~2 8 0℃， 抽真空进行缩聚反应 ，真空度控制在8 0 P a以下， 待搅拌达一定功率时出料。生

成聚对苯二甲酸乙二酯即聚酯。生成的聚酯再经切粒、包装，得到产品聚酯切片。

注：该装置的物料甲醇易燃易爆，有毒；乙二醇可燃、可爆，有轻毒。催化剂醋酸锰有轻毒，三氧化二锑有毒，亚磷酸有腐蚀性。在预骤合过程中产生的乙醛易燃易爆，有刺激作用。

2、 成型加工所需的设备

聚合设备为德国产 P U一2 0聚合釜

3、 生产成型加工过程的注意事项及工艺参数选择

（1）、注意事项

酯交换塔：平稳操作，不能冲塔；酯交换塔的再沸器由TH热油加热，甲醇、乙二醇的管线有泄漏，容易引起火灾，因此要杜绝甲醇、乙二醇的滴漏；严格控制塔底、中间、上部的温度；水喷淋系统保持畅通好用。

TH热油系统：TH热油加热炉要控制好油温；TH热油的三级回路要平稳运行；

由于TH热油温度高，阀门、法兰泄漏有着火危险，因此要杜绝泄漏。如有泄漏要及时处理，若渗入保温棉里要立即扒掉；维修人员在进行维修时。必须穿长袖工作服和戴防护面罩。

其它部位：脱乙二醇的循环泵用TH热油加热，要保证不泄漏，若泄漏有着火危险；预聚合塔和缩聚釜装有测液位的铯137?射线源，标志要完好，要定期检测；

做好甲醇贮罐和乙二醇贮罐的防火工作；缩聚釜在开停车时要排废料，要做好分工，必须穿戴好防护用品，避免发生烫伤；聚酯切片的输送易产生静电，其输送管道要做好静电接地，并要定期检测；三氧化二锑称量岗位和二氧化钛研磨岗位有粉尘，要做好个人防护，并要定期检测；聚酯厂房夏季室内温度很高，要保证有良好的通风，做好防暑降温工作。

（2）、工艺参数

设备参数：酯交换塔操作压力为常压，塔底温度225℃，中间148℃，上部66℃；TH热油系统一、二、三级回路供给设备所需热量，控制油温330℃。

产品PET基本技术参数：乳白色或前黄色高度结晶性聚合物，表面平滑而有光泽。耐蠕变、抗疲劳性、耐摩擦和尺寸稳定性好，磨耗小而硬度高，具有热塑性塑料中最大的韧性；电绝缘性能好，受温度影响小，但耐电晕性较差。无毒、耐气候性、抗化学药品稳定性好，吸水率低，耐弱酸和有机溶剂，但不耐热水浸泡，不耐碱。

四、产品的性能检测

1 ．产品性能检测及所需设备

A: 聚合物化学结构分析(1H一NMR):B r u k e r 公司 DR X3 0 0核磁共振仪， 溶剂为氘代三氟乙酸( CF 3 C OOD) 。

B: 聚合物特性粘度的测定:以间甲酚为溶剂配制 0.1g／100mL的溶液，使用乌式粘度计(0．8 ～0．9 mm) ，于( 3 0士0 ．1 )℃的温度下测试聚合物的特性粘度。计算公式为：

C：差示扫描量热分析(DSC)：采用瑞士梅特勒一 托利多 D S C差示扫描量热分析仪。称取 5 mg左右共聚物试样，以2 0\" C ／mi n升温至2 8 0℃，保温 2 mi n后，再以 2O\" C ／ mi n降温至 室温， 再进行升温。

D：偏光显微镜测试(P0M)：选用 Microscope Olympus Optical CO．LTD．的Olympus BX51

System。将聚合物切片置于热台上，250～270℃条件下熔融压制成薄膜，于150。C左右退火4h制样。放大倍数为500倍。

E: 扫描探针显微镜(SPM)观察：将经溶液制膜得到的共聚酯试样，置于SPM 下以轻敲(tempe r) 方式记录薄膜表明形态的振幅、位相变化。

F：共聚物注塑成型及冲击性能测试：采用SZ一60塑料注射成型机(螺杆直径 030 mm、注射容量60cm3)将共聚酯切片注塑成冲击样条(因受模具的限制，不能注射成缺口冲击样条)，注塑温度为 250℃。冲击测试采用 XCJ一500 Charpy重锤冲击试验机。

2、性能检测的参数及标准（参考3.3.2）

五、产品的应用范围

PET可加工成纤维、薄膜和塑料制品。聚酯纤维是合成纤维的重要品种，主要用于穿着。

薄膜一般厚度在4～400μm之间，其强度高，尺寸稳定性好，且具有良好的耐化学和介电性能，用作支持体，广泛用于制作各种磁带和磁卡。目前,90％的磁带基材是用PET薄膜做的，其中80％作计算机磁带。这种薄膜还用于感光材料的生产，作为照相胶卷和Ｘ光胶卷的片基，还用作电机、变压器和其他电子电器的绝缘材料，以及各种包装材料。 由于PET熔体冷却时结晶速度很快,成型加工比较困难,模具温度必须保持在140℃以上，才能获得性能良好的产品，否则制品脆性大。因此，在很长时间内人们并未将 PET作为热塑性工程塑料使用。随着科学技术的发展，通过采用新的缩聚催化体系或共缩聚工艺，用玻璃纤维增强，或控制结晶结构和制取高分子量聚酯等方法，上述成型加工的困难已被克服。PET已越来越多地用于制造饮料瓶和玻璃纤维增强塑料。聚酯瓶的优点是质量轻（只有玻璃瓶重量的1/9～1/15），机械强度大,不易破碎，携带和使用方便，且透明度好，表面富有光泽，无毒，气密性好，有良好的保鲜性，生产聚酯瓶的能量消耗少，废旧瓶可再生使用。还用于制作食品用油、调味品、甜食品、药品、化妆品以及含酒精饮料的包装瓶子。不仅生产透明瓶，也生产有色瓶，而且正在发展聚酯和其他树脂的复合瓶。玻璃纤维增强的 PET塑料也有重大发展，1984年杜邦公司开发了一种超韧性玻璃纤维增强PET，它具有优异的刚性、冲击韧性和耐热性,熔体流动性好，易加工成形状复杂的制品、模塑周期短，着色性好，模温在80℃以上即可制得表面光泽好的制品。主要用于汽车的壳体、保险杠、方向盘、要求耐冲击的体育器材、电器制品、浴缸、防弹护甲、船身和优异的建筑材料。

六、参考文献

1、黄丽，高分子材料，化学工业出版社，2005

2、黄世强等，胶黏剂及其工程应用，机械工业出版社，2000

3、郑顺兴，涂料与涂装科学技术基础，化学工业出版社，2007

4、杨清芝，现代橡胶工艺学，中国石化出版社，1997