A fibra di poliestere (PET) hè a più grande varietà di fibra sintetica. I vestiti fatti di fibra di poliestere sò comodi, croccanti, faciuli da lavà è si asciuganu rapidamente. U poliestere hè ancu largamente adupratu cum'è materia prima per imballaggi, fili industriali è plastiche ingegneristiche. Di cunsiguenza, u poliestere s'hè sviluppatu rapidamente in u mondu sanu, aumentendu à un ritmu mediu annuale di 7% è cù una grande pruduzzione.
A pruduzzione di poliestere pò esse divisa in via di dimetil tereftalatu (DMT) è via di acidu tereftalicu (PTA) in termini di via di prucessu è pò esse divisa in prucessu intermittente è prucessu cuntinuu in termini di funziunamentu. Indipendentemente da a via di prucessu di pruduzzione aduttata, a reazione di policondensazione richiede l'usu di cumposti metallichi cum'è catalizatori. A reazione di policondensazione hè una tappa chjave in u prucessu di pruduzzione di poliestere, è u tempu di policondensazione hè u collu di buttiglia per migliurà u rendimentu. U miglioramentu di u sistema di catalizatore hè un fattore impurtante per migliurà a qualità di u poliestere è accurtà u tempu di policondensazione.
UrbanMines Tech. Limited hè una sucietà cinese di punta specializata in a R&S, a pruduzzione è a furnitura di triossidu d'antimoniu, acetatu d'antimoniu è glicole d'antimoniu di qualità catalizzatore di poliestere. Avemu realizatu una ricerca approfondita nantu à questi prudutti - u dipartimentu R&S di UrbanMines riassume avà a ricerca è l'applicazione di catalizatori d'antimoniu in questu articulu per aiutà i nostri clienti à applicà in modu flessibile, ottimizà i prucessi di pruduzzione è furnisce una cumpetitività cumpleta di i prudutti in fibra di poliestere.
I studiosi naziunali è stranieri credenu generalmente chì a policondensazione di poliestere hè una reazione di estensione di catena, è u mecanismu cataliticu appartene à a coordinazione di chelazione, chì richiede à l'atomu metallicu di u catalizatore di furnisce orbitali vioti per coordinà cù a coppia d'arcu di elettroni di l'ossigenu carbonilico per ottene u scopu di a catalisi. Per a policondensazione, postu chì a densità di a nuvola elettronica di l'ossigenu carbonilico in u gruppu estere idrossietilicu hè relativamente bassa, l'elettronegatività di l'ioni metallichi hè relativamente alta durante a coordinazione, per facilità a coordinazione è l'estensione di catena.
I seguenti ponu esse aduprati cum'è catalizatori di poliestere: Li, Na, K, Be, Mg, Ca, Sr, B, Al, Ga, Ge, Sn, Pb, Sb, Bi, Ti, Nb, Cr, Mo, Mn, Fe, Co, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Zn, Cd, Hg è altri ossidi metallichi, alcoolati, carbossilati, borati, alogenuri è amine, uree, guanidine, cumposti organici chì cuntenenu zolfu. Tuttavia, i catalizatori chì sò attualmente aduprati è studiati in a pruduzzione industriale sò principalmente cumposti di a serie Sb, Ge è Ti. Un gran numeru di studii anu dimustratu chì: I catalizatori à basa di Ge anu menu reazzioni secundarie è producenu PET di alta qualità, ma a so attività ùn hè micca alta, è anu poche risorse è sò cari; I catalizatori à basa di Ti anu una alta attività è una velocità di reazione rapida, ma e so reazzioni secundarie catalitiche sò più evidenti, risultendu in una scarsa stabilità termica è un culore giallu di u pruduttu, è generalmente ponu esse aduprati solu per a sintesi di PBT, PTT, PCT, ecc.; I catalizatori à basa di Sb ùn sò micca solu più attivi. A qualità di u pruduttu hè alta perchè i catalizatori à basa di Sb sò più attivi, anu menu reazzioni secundarie è sò più economici. Dunque, sò stati largamente usati. Frà elli, i catalizatori à basa di Sb più cumunimenti usati sò u triossidu d'antimoniu (Sb2O3), l'acetatu d'antimoniu (Sb(CH3COO)3), ecc.
Fighjendu a storia di u sviluppu di l'industria di u poliestere, pudemu truvà chì più di u 90% di l'impianti di poliestere in u mondu utilizanu cumposti d'antimoniu cum'è catalizatori. In u 2000, a Cina avia introduttu parechji impianti di poliestere, tutti i quali utilizavanu cumposti d'antimoniu cum'è catalizatori, principalmente Sb2O3 è Sb(CH3COO)3. Grazie à i sforzi cumuni di a ricerca scientifica cinese, di l'università è di i dipartimenti di pruduzzione, sti dui catalizatori sò oramai cumpletamente prudutti in u paese.
Dapoi u 1999, a cumpagnia chimica francese Elf hà lanciatu un catalizatore di glicole d'antimoniu [Sb2 (OCH2CH2CO) 3] cum'è un pruduttu migliuratu di i catalizatori tradiziunali. I chips di poliestere prudutti anu una alta bianchezza è una bona filabilità, ciò chì hà attiratu una grande attenzione da l'istituzioni naziunali di ricerca di catalizatori, l'imprese è i pruduttori di poliestere in Cina.
I. Ricerca è applicazione di u triossidu d'antimoniu
I Stati Uniti sò unu di i primi paesi à pruduce è applicà Sb2O3. In u 1961, u cunsumu di Sb2O3 in i Stati Uniti hà righjuntu 4.943 tunnellate. In l'anni 1970, cinque cumpagnie in Giappone anu pruduttu Sb2O3 cù una capacità di pruduzzione tutale di 6.360 tunnellate à l'annu.
L'unità principali di ricerca è sviluppu di Sb2O3 di a Cina sò principalmente cuncintrate in l'ex imprese statali in a pruvincia di Hunan è Shanghai. UrbanMines Tech. Limited hà ancu stabilitu una linea di pruduzzione prufessiunale in a pruvincia di Hunan.
(I). Metudu per a pruduzzione di triossidu d'antimoniu
A fabricazione di Sb2O3 usa di solitu u minerale di sulfuru d'antimoniu cum'è materia prima. L'antimoniu metallicu hè prima preparatu, è dopu Sb2O3 hè pruduttu aduprendu l'antimoniu metallicu cum'è materia prima.
Ci sò dui metudi principali per pruduce Sb2O3 da l'antimoniu metallicu: l'ossidazione diretta è a decomposizione di l'azotu.
1. Metudu d'ossidazione diretta
L'antimoniu metallicu reagisce cù l'ossigenu sottu riscaldamentu per furmà Sb2O3. U prucessu di reazione hè u seguente:
4Sb＋3O2＝＝2Sb2O3
2. Ammonolisi
U metallu d'antimoniu reagisce cù u cloru per sintetizà u tricloruru d'antimoniu, chì hè tandu distillatu, idrolizatu, ammonulizatu, lavatu è siccatu per ottene u pruduttu finitu Sb2O3. L'equazione di reazione di basa hè:
2Sb＋3Cl2＝＝2SbCl3
SbCl3 + H2O = SbOCl + 2HCl
4SbOCl＋H2O＝＝Sb2O3·2SbOCl＋2HCl
Sb2O3·2SbOCl＋OH＝=2Sb2O3＋2NH4Cl＋H2O
(II). Usi di u triossidu d'antimoniu
L'usu principale di u triossidu d'antimoniu hè cum'è catalizatore per a polimerasi è ritardante di fiamma per i materiali sintetici.
In l'industria di u poliestere, Sb2O3 hè statu prima adupratu cum'è catalizatore. Sb2O3 hè principalmente adupratu cum'è catalizatore di policondensazione per a via DMT è a prima via PTA è hè generalmente adupratu in cumbinazione cù H3PO4 o i so enzimi.
(III). Prublemi cù u triossidu d'antimoniu
Sb2O3 hà una scarsa solubilità in etilenglicole, cù una solubilità di solu 4,04% à 150 °C. Dunque, quandu l'etilenglicole hè adupratu per preparà u catalizatore, Sb2O3 hà una scarsa dispersibilità, chì pò facilmente causà un eccessivu catalizatore in u sistema di polimerizazione, generà trimeri ciclici à puntu di fusione altu è purtà difficultà à a filatura. Per migliurà a solubilità è a dispersibilità di Sb2O3 in etilenglicole, si usa generalmente un eccessivu di etilenglicole o aumentà a temperatura di dissoluzione sopra i 150 °C. Tuttavia, sopra i 120 °C, Sb2O3 è l'etilenglicole ponu pruduce precipitazioni di antimoniu di etilenglicole quandu agiscenu inseme per un bellu pezzu, è Sb2O3 pò esse riduttu à antimoniu metallicu in a reazione di policondensazione, chì pò causà "nebbia" in i chips di poliestere è influenzà a qualità di u produttu.
II. Ricerca è applicazione di l'acetatu d'antimoniu
Metudu di preparazione di l'acetatu d'antimoniu
À l'iniziu, l'acetatu d'antimoniu hè statu preparatu reagendu u triossidu d'antimoniu cù l'acidu aceticu, è l'anidride acetica hè stata aduprata cum'è agente disidratante per assorbe l'acqua generata da a reazione. A qualità di u pruduttu finitu ottenutu cù questu metudu ùn era micca alta, è ci hè vulsutu più di 30 ore per chì u triossidu d'antimoniu si dissolvessi in l'acidu aceticu. Più tardi, l'acetatu d'antimoniu hè statu preparatu reagendu l'antimoniu metallicu, u tricloruru d'antimoniu, o u triossidu d'antimoniu cù l'anidride acetica, senza a necessità di un agente disidratante.
1. Metudu di u tricloruru d'antimoniu
In u 1947, H. Schmidt et al. in Germania Occidentale anu preparatu Sb(CH3COO)3 reagendu SbCl3 cù anidride acetica. A formula di reazione hè a seguente:
SbCl3+3(CH3CO)2O==Sb(CH3COO)3+3CH3COCl
2. Metudu di u metallu di l'antimoniu
In u 1954, TAPaybea di l'ex Unione Soviètica hà preparatu Sb(CH3COO)3 reagendu antimoniu metallicu è perossiacetile in una suluzione di benzene. A formula di reazione hè:
Sb＋(CH3COO)2==Sb(CH3COO)3
3. Metudu di u triossidu d'antimoniu
In u 1957, F. Nerdel di a Germania Occidentale hà utilizatu Sb2O3 per reagisce cù l'anidride acetica per pruduce Sb(CH3COO)3.
Sb2O3＋3（CH3CO）2O＝＝2Sb（CH3COO）3
U svantaghju di stu metudu hè chì i cristalli tendenu à aggregà si in grossi pezzi è à attaccà si fermamente à u muru internu di u reattore, risultendu in una scarsa qualità è culore di u pruduttu.
4. Metudu di solvente di triossidu d'antimoniu
Per superà i difetti di u metudu sopra, un solvente neutru hè generalmente aghjuntu durante a reazione di Sb2O3 è anidride acetica. U metudu di preparazione specificu hè u seguente:
(1) In u 1968, R. Thoms di l'American Mosun Chemical Company hà publicatu un brevettu nantu à a preparazione di l'acetatu d'antimoniu. U brevettu hà utilizatu u xilene (o-, m-, p-xilene, o una mistura di questi) cum'è solvente neutru per pruduce cristalli fini d'acetatu d'antimoniu.
(2) In u 1973, a Republica Ceca hà inventatu un metudu per pruduce acetatu d'antimoniu finu aduprendu u toluene cum'è solvente.
III. Paragone di trè catalizatori à basa d'antimoniu
| Triossidu d'antimoniu | Acetatu d'antimoniu | Glicolatu d'antimoniu | |
| Proprietà di basa | Cumunu cunnisciutu cum'è biancu d'antimoniu, formula moleculare Sb2O3, pesu moleculare 291,51, polvere bianca, puntu di fusione 656 ℃. U cuntenutu teoricu d'antimoniu hè circa 83,53%. Densità relativa 5,20 g/ml. Solubile in acidu cloridricu cuncintratu, acidu sulfuricu cuncintratu, acidu nitricu cuncintratu, acidu tartaricu è suluzione alcalina, insolubile in acqua, alcolu, acidu sulfuricu diluitu. | Formula moleculare Sb(AC)3, pesu moleculare 298,89, cuntenutu teoricu d'antimoniu circa 40,74%, puntu di fusione 126-131 ℃, densità 1,22 g/ml (25 ℃), polvere bianca o biancastra, facilmente solubile in etilenglicol, toluene è xilene. | Formula moleculare Sb2(EG)3, u pesu moleculare hè circa 423,68, u puntu di fusione hè > 100 ℃ (dec.), u cuntenutu teoricu di antimoniu hè circa 57,47%, l'aspettu hè un solidu cristallinu biancu, micca tossicu è senza gustu, faciule da assorbe l'umidità. Hè facilmente solubile in etilenglicol. |
| Metudu di Sintesi è Tecnulugia | Principalmente sintetizatu per u metudu di a stibnite: 2Sb 2 S 3 +9O 2 → 2Sb 2 O 3 +6SO 2 ↑ Sb 2 O 3 +3C → 2Sb + 3CO ↑ 4Sb + O 2 → 2Sb 2 O 3 Nota: Stibnite / Minerale di ferru / Calcare → Riscaldamentu è Fumazione → Raccolta | L'industria usa principalmente u metudu di u solvente Sb2O3 per a sintesi: Sb2O3 + 3 (CH3CO)2O→ 2Sb(AC)3Prucessu: refluxu di riscaldamentu → filtrazione à caldu → cristallizazione → asciugatura à vuoto → pruduttuNota: Sb(AC)3 hè facilmente idrolizatu, dunque u solvente neutru toluene o xilene utilizatu deve esse anidru, Sb2O3 ùn pò esse in un statu umitu, è l'attrezzatura di pruduzzione deve ancu esse secca. | L'industria usa principalmente u metudu Sb2O3 per sintetizà:Sb2O3 +3EG→Sb2(EG)3 +3H2OPrucessu: Alimentazione (Sb2O3, additivi è EG) → reazione di riscaldamentu è pressurizazione → eliminazione di scorie, impurità è acqua → decolorazione → filtrazione à caldu → raffreddamentu è cristallizazione → separazione è asciugatura → pruduttuNota: U prucessu di pruduzzione deve esse isolatu da l'acqua per impedisce l'idrolisi. Questa reazione hè una reazione reversibile, è generalmente a reazione hè prumossa aduprendu un eccessu di etilenglicole è eliminendu l'acqua di u pruduttu. |
| Vantaghju | U prezzu hè relativamente prezzu, hè faciule d'utilizà, hà una attività catalitica muderata è un tempu di policondensazione cortu. | L'acetatu d'antimoniu hà una bona solubilità in etilenglicol è hè dispersu uniformemente in etilenglicol, ciò chì pò migliurà l'efficienza d'utilizazione di l'antimoniu; L'acetatu d'antimoniu hà e caratteristiche di alta attività catalitica, menu reazione di degradazione, bona resistenza à u calore è stabilità di trasfurmazione; À u listessu tempu, l'usu di l'acetatu d'antimoniu cum'è catalizatore ùn richiede micca l'aghjunta di un co-catalizatore è di un stabilizatore. A reazione di u sistema cataliticu di l'acetatu di antimoniu hè relativamente dolce, è a qualità di u pruduttu hè alta, in particulare u culore, chì hè megliu cà quellu di u sistema di triossidu di antimoniu (Sb2O3). | U catalizatore hà una alta solubilità in etilenglicole; l'antimoniu zero-valente hè eliminatu, è l'impurità cum'è e molecule di ferru, i cloruri è i sulfati chì affettanu a policondensazione sò ridutte à u puntu più bassu, eliminendu u prublema di a corrosione di l'ioni acetati nantu à l'attrezzatura; Sb 3+ in Sb 2 (EG) 3 hè relativamente altu, ciò chì pò esse duvutu à u fattu chì a so solubilità in etilenglicole à a temperatura di reazione hè più grande di quella di Sb 2 O 3. In paragone cù Sb (AC) 3, a quantità di Sb 3+ chì ghjoca un rolu cataliticu hè più grande. U culore di u pruduttu di poliestere pruduttu da Sb 2 (EG) 3 hè megliu cà quellu di Sb 2 O 3. Ligeramente più altu chè l'uriginale, ciò chì rende u pruduttu più luminosu è più biancu; |
| Svantaghju | A solubilità in l'etilenglicole hè scarsa, solu 4,04% à 150 °C. In pratica, l'etilenglicole hè eccessivu o a temperatura di dissoluzione hè aumentata à più di 150 °C. Tuttavia, quandu Sb2O3 reagisce cù l'etilenglicole per un bellu pezzu à più di 120 °C, pò accade una precipitazione di antimoniu di etilenglicole, è Sb2O3 pò esse riduttu à scala metallica in a reazione di policondensazione, chì pò causà "nebbia grisgia" in i chips di poliestere è influenzà a qualità di u produttu. U fenomenu di l'ossidi di antimoniu polivalenti si verifica durante a preparazione di Sb2O3, è a purità effettiva di l'antimoniu hè influenzata. | U cuntenutu d'antimoniu di u catalizatore hè relativamente bassu; l'impurità d'acidu aceticu introdutte corrodenu l'attrezzatura, inquinanu l'ambiente è ùn sò micca favurevuli à u trattamentu di l'acqua usata; u prucessu di pruduzzione hè cumplessu, e cundizioni di l'ambiente operativu sò scarse, ci hè inquinamentu è u pruduttu cambia facilmente di culore. Hè faciule di decompone quandu hè riscaldatu, è i prudutti d'idrolisi sò Sb2O3 è CH3COOH. U tempu di residenza di u materiale hè longu, in particulare in a fase finale di policondensazione, chì hè significativamente più altu ch'è u sistema Sb2O3. | L'usu di Sb2(EG)3 aumenta u costu di u catalizatore di u dispusitivu (l'aumentu di u costu pò esse cumpensatu solu s'ellu si usa 25% di PET per l'autofilatura di filamenti). Inoltre, u valore b di a tonalità di u pruduttu aumenta ligeramente. |