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1、PET固相缩聚反应速率的影响因素聚酯工业第22卷doi:10.3969/j.issn.1008-8261.2009.04.011PET固相缩聚反应速率的影响因素白鹏,赵尊伟,沈林河,向勇(新疆蓝山屯河聚酯有限公司,新疆昌吉831100)摘要:介绍了PET固相缩聚反应的简单工艺过程,分析了原料切片,反应温度,结晶度,氮气,停留时间等对固相缩聚反应的影响,总结出相应的最佳工艺控制标准.关键词:PET;固相缩聚;反应速率中图分类号:rQ323.41文献标识码:B文章编号:1008-8261(2009)04-0034-020前言新疆蓝山屯河聚酯有限公司固相增黏装置是引进意大利SINCO
2、公司的技术.主导产品为瓶用PET切片,主要销往西北五省区及中亚各国.本套装置设计产能为120t/d,后在2004年1月经过技术改造,产能达到150t/d.装置采用DCS控制系统,自投产以来,运行平稳,产品优良,主要生产水气瓶型,热灌装型,油壶型,碳酸饮料型PET切片.1工艺简述本生产线为连续固相缩聚的工艺技术,采用自动化控制,生产效率高,产品品质稳定.工艺过程分为4个单元:预结晶,结晶,主反应,冷却.原料切片先进人预结晶器,进行初步的结晶反应,再进人结晶器进行再次结晶,后进入主反应器中进行固相缩聚反应,使分子链增长,黏度提高.从主反应器里出来的切片经过冷却器冷却后,进行包装.工
3、艺流程简述如图1所示.图1SSP装置流程简图Fig.1ProcessdiagramofSSPplant经过结晶的切片通过旋转出料阀定量加入主反应器后,需要停留一定的时间,再进行缩聚反应.切片在反应器内堆积一定的高度,热氮气通过反应器底部的环型氮气分布器后,被分散成均匀,细密,平稳的氮气束,氮气束从切片的间隙自下而上通过,为切片进行缩聚反应提供热量,同时带走反应过程中生成的副产物及粉尘.切片在反应器中呈柱塞状流动,在201℃左右进行固相缩聚反应.根据最终产品特性黏度的不同,切片在主反应器中的停留时间为l1—15h,最后经旋转出料阀进入冷却器.在工艺条件确定的情况下,最终产品的黏度
4、取决于反应停留时间.在固相缩聚中,通过调整主反应器的出料量来调整料位,改变切片的停留时间,控制切片的特性黏度.2影响固相缩聚反应速率的因素2.1PET切片特性黏度PET切片特性黏度较高时,固相缩聚速率反而较慢,因为特性黏度高,分子链就长,分子链端结合在一起的概率就小,因此,控制PET切片的特性黏度比较低,一般在(0.580±0.01)dL/g.2.2PET切片尺寸PET切片尺寸越大,反应速率越慢,单位时间内黏度增长越慢.此外,切片的形状影响最终特性黏度,球型颗粒的最终特性黏度最大.切片的形状还影响其黏结性.圆柱形的切片越近似球形,越不容易黏结.为使小分子容易达到内部扩散,固相缩
5、聚要求切片100粒的质量为I.56～1.58g.2.3反应温度在200—220oC,切片的相对分子质量随温度升高而增加.升温使分子链活动性增加,反应的有效浓度增加.但温度更高时由于热降解的作用,使分子链断裂,相对分子质量反而下降,从而使黏度增长缓慢….通过固定其他工艺参数,对反应温度做了调整,其效果对比如表1所示.收稿日期:2009-03-05.作者简介:白鹏(1977.),男,陕西长武县人,工程师.工学学士,从事聚酯生产技术管理工作.第4期白鹏,等:PET固相缩聚反应速率的影响因素35由表1可看出,反应温度超过210℃后,反应时间随温度的升高而延长,并且色相b值迅速升高.这是
6、由于温度升高,分子链在增长的过程中有部分发生断裂;温度越高,发生断裂的分子链数目越多,而断裂的分子链重新结合在一起又需要一定的时间,这就延长了反应时间.分子链在断裂的同时会生成一些有色物质,断裂的分子链越多,停留时间越长,生成的有色物质越多,因而色相随着温度的升高会迅速变差.本工艺控制反应温度为201oC,使反应时间和色相均达到一个最佳值.2.4结晶的影响提高结晶度能够提高黏结点,使反应能在较高温度下进行,但反应速率并不一直在加快.这是因为固相缩聚发生的实际场所是非晶区.因此,结晶度只要满足提高软化点有利于固相缩聚反应即可,一般控制进入主反应器的切片的结晶度在46%-48%.另
7、外,切片的内部结晶性能也影响反应速率;晶粒尺寸较小有利于副产物小分子的扩散,脱除,从而加快固相缩聚反应的速率.小分子的扩散是不能穿透晶粒而只能绕行在非晶区进行的,当结晶度相同时,若晶粒尺寸较大,则小分子扩散时绕行的路线长,扩散速度慢;若晶粒尺寸较小,则小分子扩散时绕行的路线短,扩散速度快;此外,较小的晶粒能形成更多非晶区的通道,也有利于小分子的扩散.由于结晶温度较高时,结晶成核速度慢,形成晶核少,而球晶增长速度快,形成的球晶较大L2J,因此,为了在结晶过程中形成较小的晶粒,控制结晶的温度不能
