Ffibr polyester (PET) yw'r amrywiaeth fwyaf o ffibr synthetig. Mae dillad wedi'u gwneud o ffibr polyester yn gyfforddus, yn grimp, yn hawdd i'w golchi, ac yn gyflym i sychu. Defnyddir polyester yn helaeth hefyd fel deunydd crai ar gyfer pecynnu, edafedd diwydiannol, a phlastigau peirianneg. O ganlyniad, mae polyester wedi datblygu'n gyflym ledled y byd, gan gynyddu ar gyfradd flynyddol gyfartalog o 7% a chyda chynnyrch mawr.
Gellir rhannu cynhyrchu polyester yn llwybr dimethyl tereffthalad (DMT) a llwybr asid tereffthalig (PTA) o ran llwybr proses a gellir ei rannu'n broses ysbeidiol a phroses barhaus o ran gweithrediad. Waeth beth fo'r llwybr proses gynhyrchu a fabwysiadir, mae'r adwaith polycondensation yn gofyn am ddefnyddio cyfansoddion metel fel catalyddion. Mae'r adwaith polycondensation yn gam allweddol yn y broses gynhyrchu polyester, ac amser polycondensation yw'r tagfa ar gyfer gwella'r cynnyrch. Mae gwella'r system catalydd yn ffactor pwysig wrth wella ansawdd polyester a byrhau'r amser polycondensation.
Mae UrbanMines Tech. Limited yn gwmni Tsieineaidd blaenllaw sy'n arbenigo mewn Ymchwil a Datblygu, cynhyrchu a chyflenwi antimoni triocsid gradd catalydd polyester, asetad antimoni, a glycol antimoni. Rydym wedi cynnal ymchwil manwl ar y cynhyrchion hyn—mae adran Ymchwil a Datblygu UrbanMines bellach yn crynhoi ymchwil a chymhwysiad catalyddion antimoni yn yr erthygl hon i helpu ein cwsmeriaid i gymhwyso, optimeiddio prosesau cynhyrchu a darparu cystadleurwydd cynhwysfawr cynhyrchion ffibr polyester yn hyblyg.
Yn gyffredinol, mae ysgolheigion domestig a thramor yn credu bod polycondensation polyester yn adwaith estyniad cadwyn, ac mae'r mecanwaith catalytig yn perthyn i gydlynu chelation, sy'n ei gwneud yn ofynnol i'r atom metel catalydd ddarparu orbitalau gwag i gydlynu â phâr arc electronau ocsigen carbonyl i gyflawni pwrpas catalysis. Ar gyfer polycondensation, gan fod dwysedd cwmwl electron ocsigen carbonyl yn y grŵp ester hydroxyethyl yn gymharol isel, mae electronegatifedd ïonau metel yn gymharol uchel yn ystod cydlynu, er mwyn hwyluso cydlynu ac estyniad cadwyn.
Gellir defnyddio'r canlynol fel catalyddion polyester: 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 ac ocsidau metel eraill, alcoholadau, carboxylatau, boradau, halidau ac aminau, wreaau, guanidinau, cyfansoddion organig sy'n cynnwys sylffwr. Fodd bynnag, y catalyddion a ddefnyddir ac a astudir ar hyn o bryd mewn cynhyrchu diwydiannol yw cyfansoddion cyfres Sb, Ge, a Ti yn bennaf. Mae nifer fawr o astudiaethau wedi dangos bod: Mae gan gatalyddion sy'n seiliedig ar Ge lai o adweithiau ochr ac maent yn cynhyrchu PET o ansawdd uchel, ond nid yw eu gweithgaredd yn uchel, ac mae ganddynt ychydig o adnoddau ac maent yn ddrud; Mae gan gatalyddion sy'n seiliedig ar Ti weithgaredd uchel a chyflymder adwaith cyflym, ond mae eu hadweithiau ochr catalytig yn fwy amlwg, gan arwain at sefydlogrwydd thermol gwael a lliw melyn y cynnyrch, ac yn gyffredinol dim ond ar gyfer synthesis PBT, PTT, PCT, ac ati y gellir eu defnyddio; Nid yn unig y mae catalyddion sy'n seiliedig ar Sb yn fwy egnïol. Mae ansawdd y cynnyrch yn uchel oherwydd bod catalyddion sy'n seiliedig ar Sb yn fwy egnïol, mae ganddynt lai o adweithiau ochr, ac maent yn rhatach. Felly, maent wedi cael eu defnyddio'n helaeth. Yn eu plith, y catalyddion sy'n seiliedig ar Sb a ddefnyddir amlaf yw antimoni triocsid (Sb2O3), antimoni asetat (Sb(CH3COO)3), ac ati.
Wrth edrych ar hanes datblygu'r diwydiant polyester, gallwn ganfod bod mwy na 90% o blanhigion polyester y byd yn defnyddio cyfansoddion antimoni fel catalyddion. Erbyn 2000, roedd Tsieina wedi cyflwyno sawl gwaith polyester, ac roedd pob un ohonynt yn defnyddio cyfansoddion antimoni fel catalyddion, yn bennaf Sb2O3 a Sb(CH3COO)3. Trwy ymdrechion ar y cyd ymchwil wyddonol, prifysgolion ac adrannau cynhyrchu Tsieineaidd, mae'r ddau gatalydd hyn bellach wedi'u cynhyrchu'n llawn yn y wlad.
Ers 1999, mae'r cwmni cemegol Ffrengig Elf wedi lansio catalydd antimoni glycol [Sb2 (OCH2CH2CO) 3] fel cynnyrch wedi'i uwchraddio o gatalyddion traddodiadol. Mae gan y sglodion polyester a gynhyrchir wynder uchel a nyddadwyedd da, sydd wedi denu sylw mawr gan sefydliadau ymchwil catalyddion domestig, mentrau a gweithgynhyrchwyr polyester yn Tsieina.
I. Ymchwil a chymhwyso antimoni triocsid
Yr Unol Daleithiau yw un o'r gwledydd cynharaf i gynhyrchu a defnyddio Sb2O3. Ym 1961, cyrhaeddodd y defnydd o Sb2O3 yn yr Unol Daleithiau 4,943 tunnell. Yn y 1970au, cynhyrchodd pum cwmni yn Japan Sb2O3 gyda chyfanswm capasiti cynhyrchu o 6,360 tunnell y flwyddyn.
Mae prif unedau ymchwil a datblygu Sb2O3 Tsieina wedi'u crynhoi'n bennaf mewn cyn-fentrau a oedd yn eiddo i'r wladwriaeth yn Nhalaith Hunan a Shanghai. Mae UrbanMines Tech. Limited hefyd wedi sefydlu llinell gynhyrchu broffesiynol yn Nhalaith Hunan.
(I). Dull ar gyfer cynhyrchu antimoni triocsid
Fel arfer, mae gweithgynhyrchu Sb2O3 yn defnyddio mwyn sylffid antimoni fel deunydd crai. Paratoir antimoni metel yn gyntaf, ac yna cynhyrchir Sb2O3 gan ddefnyddio antimoni metel fel deunydd crai.
Mae dau brif ddull ar gyfer cynhyrchu Sb2O3 o antimoni metelaidd: ocsideiddio uniongyrchol a dadelfennu nitrogen.
1. Dull ocsideiddio uniongyrchol
Mae antimoni metel yn adweithio ag ocsigen o dan wresogi i ffurfio Sb2O3. Mae'r broses adwaith fel a ganlyn:
4Sb＋3O2＝＝2Sb2O3
2. Ammonolysis
Mae metel antimoni yn adweithio â chlorin i syntheseiddio triclorid antimoni, sydd wedyn yn cael ei ddistyllu, ei hydrolysu, ei amonolygu, ei olchi, a'i sychu i gael y cynnyrch Sb2O3 gorffenedig. Hafaliad sylfaenol yr adwaith yw:
2Sb＋3Cl2＝＝2SbCl3
SbCl3＋H2O＝＝SbOCl＋2HCl
4SbOCl＋H2O＝＝Sb2O3·2SbOCl＋2HCl
Sb2O3·2SbOCl＋OH＝＝2Sb2O3＋2NH4Cl＋H2O
(II). Defnyddiau antimoni triocsid
Y prif ddefnydd o antimoni triocsid yw fel catalydd ar gyfer polymeras ac atalydd fflam ar gyfer deunyddiau synthetig.
Yn y diwydiant polyester, defnyddiwyd Sb2O3 gyntaf fel catalydd. Defnyddir Sb2O3 yn bennaf fel catalydd polycondensation ar gyfer y llwybr DMT a'r llwybr PTA cynnar ac fe'i defnyddir yn gyffredinol mewn cyfuniad â H3PO4 neu ei ensymau.
(III). Problemau gydag antimoni triocsid
Mae gan Sb2O3 hydoddedd gwael mewn ethylen glycol, gyda hydoddedd o ddim ond 4.04% ar 150°C. Felly, pan ddefnyddir ethylen glycol i baratoi'r catalydd, mae gan Sb2O3 wasgaradwyedd gwael, a all achosi gormod o gatalydd yn y system polymerization yn hawdd, cynhyrchu trimerau cylchol pwynt toddi uchel, a dod ag anawsterau i nyddu. Er mwyn gwella hydoddedd a gwasgaradwyedd Sb2O3 mewn ethylen glycol, yn gyffredinol mabwysiedir defnyddio gormod o ethylen glycol neu gynyddu'r tymheredd diddymu i uwchlaw 150°C. Fodd bynnag, uwchlaw 120°C, gall Sb2O3 ac ethylen glycol gynhyrchu gwaddod antimoni ethylen glycol pan fyddant yn gweithredu gyda'i gilydd am amser hir, a gellir lleihau Sb2O3 i antimoni metelaidd yn yr adwaith polycondensation, a all achosi "niwl" mewn sglodion polyester ac effeithio ar ansawdd y cynnyrch.
II. Ymchwil a chymhwyso asetad antimoni
Dull paratoi asetad antimoni
Ar y dechrau, paratowyd asetad antimoni trwy adweithio antimoni triocsid ag asid asetig, a defnyddiwyd anhydrid asetig fel asiant dadhydradu i amsugno'r dŵr a gynhyrchwyd gan yr adwaith. Nid oedd ansawdd y cynnyrch gorffenedig a gafwyd trwy'r dull hwn yn uchel, a chymerodd fwy na 30 awr i antimoni triocsid doddi mewn asid asetig. Yn ddiweddarach, paratowyd asetad antimoni trwy adweithio antimoni metel, antimoni triclorid, neu antimoni triocsid ag anhydrid asetig, heb yr angen am asiant dadhydradu.
1. Dull antimoni triclorid
Ym 1947, paratôdd H. Schmidt ac eraill yng Ngorllewin yr Almaen Sb(CH3COO)3 drwy adweithio SbCl3 ag anhydrid asetig. Dyma fformiwla'r adwaith:
SbCl3+3(CH3CO)2O==Sb(CH3COO)3+3CH3COCl
2. Dull metel antimoni
Ym 1954, paratôdd TAPaybea o'r hen Undeb Sofietaidd Sb(CH3COO)3 trwy adweithio antimoni metelaidd a pherocseasetyl mewn toddiant bensen. Fformiwla'r adwaith yw:
Sb＋(CH3COO)2==Sb(CH3COO)3
3. Dull antimoni triocsid
Ym 1957, defnyddiodd F. Nerdel o Orllewin yr Almaen Sb2O3 i adweithio ag anhydrid asetig i gynhyrchu Sb(CH3COO)3.
Sb2O3＋3（CH3CO）2O＝＝2Sb（CH3COO）3
Anfantais y dull hwn yw bod y crisialau'n tueddu i gasglu'n ddarnau mawr a glynu'n gadarn wrth wal fewnol yr adweithydd, gan arwain at ansawdd a lliw cynnyrch gwael.
4. Dull toddydd antimoni triocsid
Er mwyn goresgyn diffygion y dull uchod, mae toddydd niwtral fel arfer yn cael ei ychwanegu yn ystod adwaith Sb2O3 ac anhydrid asetig. Y dull paratoi penodol yw fel a ganlyn:
(1) Ym 1968, cyhoeddodd R. Thoms o'r American Mosun Chemical Company batent ar baratoi asetad antimoni. Defnyddiodd y patent xylen (o-, m-, p-xylen, neu gymysgedd ohono) fel toddydd niwtral i gynhyrchu crisialau mân o asetad antimoni.
(2) Ym 1973, dyfeisiodd y Weriniaeth Tsiec ddull ar gyfer cynhyrchu asetat antimoni mân gan ddefnyddio tolwen fel toddydd.
III. Cymhariaeth o dri chatalydd sy'n seiliedig ar antimoni
| Antimoni Triocsid | Asetad Antimoni | Glycolat Antimoni | |
| Priodweddau Sylfaenol | Yn adnabyddus fel antimoni gwyn, fformiwla foleciwlaidd Sb 2 O 3 , pwysau moleciwlaidd 291.51, powdr gwyn, pwynt toddi 656 ℃. Mae cynnwys antimoni damcaniaethol tua 83.53%. Dwysedd cymharol 5.20g/ml. Hydawdd mewn asid hydroclorig crynodedig, asid sylffwrig crynodedig, asid nitrig crynodedig, asid tartarig a thoddiant alcalïaidd, anhydawdd mewn dŵr, alcohol, asid sylffwrig gwanedig. | Fformiwla foleciwlaidd Sb(AC)3, pwysau moleciwlaidd 298.89, cynnwys antimoni damcaniaethol tua 40.74%, pwynt toddi 126-131 ℃, dwysedd 1.22g/ml (25 ℃), powdr gwyn neu wyn-llwyd, yn hawdd ei hydawdd mewn ethylen glycol, tolwen a xylen. | Fformiwla foleciwlaidd Sb 2 (EG) 3, Mae'r pwysau moleciwlaidd tua 423.68, y pwynt toddi yw ＞ 100 ℃ (dadansoddiad), mae'r cynnwys antimoni damcaniaethol tua 57.47%, mae'r ymddangosiad yn solid crisialog gwyn, heb wenwyn a di-flas, yn hawdd i amsugno lleithder. Mae'n hawdd ei hydoddi mewn ethylen glycol. |
| Dull a Thechnoleg Synthesis | Wedi'i syntheseiddio'n bennaf gan y dull stibnit: 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 3Nodyn: Stibnit / Mwyn Haearn / Calchfaen → Gwresogi a Mygu → Casglu | Mae'r diwydiant yn bennaf yn defnyddio dull toddydd Sb 2 O 3 ar gyfer synthesis: Sb2O3 ＋ 3 (CH3CO) 2O → 2Sb(AC) 3 Proses: gwresogi trwy adlif → hidlo poeth → crisialu → sychu mewn gwactod → cynnyrch Nodyn: Mae Sb(AC) 3 yn hawdd ei hydrolysu, felly rhaid i'r toddydd niwtral tolwen neu xylen a ddefnyddir fod yn anhydrus, ni all Sb 2 O 3 fod mewn cyflwr gwlyb, a rhaid i'r offer cynhyrchu fod yn sych hefyd. | Mae'r diwydiant yn bennaf yn defnyddio'r dull Sb 2 O 3 i syntheseiddio: Sb 2 O 3 +3EG→Sb 2 (EG) 3 +3H 2 O Proses: Bwydo (Sb 2 O 3 , ychwanegion ac EG) → adwaith gwresogi a phwysau → tynnu slag, amhureddau a dŵr → dadliwio → hidlo poeth → oeri a chrisialu → gwahanu a sychu → cynnyrch Nodyn: Mae angen ynysu'r broses gynhyrchu oddi wrth ddŵr i atal hydrolysis. Mae'r adwaith hwn yn adwaith gwrthdroadwy, ac yn gyffredinol mae'r adwaith yn cael ei hyrwyddo trwy ddefnyddio gormod o glycol ethylen a thynnu dŵr y cynnyrch. |
| Mantais | Mae'r pris yn gymharol rhad, mae'n hawdd ei ddefnyddio, mae ganddo weithgaredd catalytig cymedrol ac amser polycondensation byr. | Mae gan asetat antimoni hydoddedd da mewn ethylene glycol ac mae wedi'i wasgaru'n gyfartal mewn ethylene glycol, a all wella effeithlonrwydd defnyddio antimoni; Mae gan asetat antimoni nodweddion gweithgaredd catalytig uchel, llai o adwaith diraddio, ymwrthedd gwres da a sefydlogrwydd prosesu; Ar yr un pryd, nid oes angen ychwanegu cyd-gatalydd a sefydlogwr wrth ddefnyddio asetad antimoni fel catalydd. Mae adwaith system catalytig asetad antimoni yn gymharol ysgafn, ac mae ansawdd y cynnyrch yn uchel, yn enwedig y lliw, sy'n well na lliw system triocsid antimoni (Sb 2 O 3 ). | Mae gan y catalydd hydoddedd uchel mewn ethylene glycol; caiff antimoni sero-falent ei dynnu, ac mae amhureddau fel moleciwlau haearn, cloridau a sylffadau sy'n effeithio ar bolygyddiad yn cael eu lleihau i'r pwynt isaf, gan ddileu problem cyrydiad ïon asetad ar offer; mae Sb 3+ yn Sb 2 (EG) 3 yn gymharol uchel, a allai fod oherwydd bod ei hydoddedd mewn ethylene glycol ar dymheredd yr adwaith yn fwy na hydoddedd Sb 2 O 3 O'i gymharu â Sb(AC) 3, mae faint o Sb 3+ sy'n chwarae rhan catalytig yn fwy. Mae lliw'r cynnyrch polyester a gynhyrchir gan Sb 2 (EG) 3 yn well na lliw Sb 2 O 3 Ychydig yn uwch na'r gwreiddiol, gan wneud i'r cynnyrch edrych yn fwy disglair a gwynnach; |
| Anfantais | Mae'r hydoddedd mewn ethylene glycol yn wael, dim ond 4.04% ar 150°C. Yn ymarferol, mae ethylene glycol yn ormodol neu mae'r tymheredd diddymu yn cynyddu i uwchlaw 150°C. Fodd bynnag, pan fydd Sb 2 O 3 yn adweithio ag ethylene glycol am amser hir uwchlaw 120°C, gall gwaddodiad antimoni ethylene glycol ddigwydd, a gall Sb 2 O 3 gael ei leihau i ysgol fetel yn yr adwaith polycondensation, a all achosi "niwl llwyd" mewn sglodion polyester ac effeithio ar ansawdd y cynnyrch. Mae ffenomen ocsidau antimoni amryfalent yn digwydd wrth baratoi Sb 2 O 3, ac mae purdeb effeithiol antimoni yn cael ei effeithio. | Mae cynnwys antimoni y catalydd yn gymharol isel; mae'r amhureddau asid asetig a gyflwynir yn cyrydu offer, yn llygru'r amgylchedd, ac nid ydynt yn ffafriol i drin dŵr gwastraff; mae'r broses gynhyrchu yn gymhleth, mae'r amodau amgylcheddol gweithredu yn wael, mae llygredd, ac mae'r cynnyrch yn newid lliw yn hawdd. Mae'n hawdd dadelfennu pan gaiff ei gynhesu, a'r cynhyrchion hydrolysis yw Sb2O3 a CH3COOH. Mae amser preswylio'r deunydd yn hir, yn enwedig yn y cam polycondensation terfynol, sy'n sylweddol uwch na'r system Sb2O3. | Mae defnyddio Sb 2 (EG) 3 yn cynyddu cost catalydd y ddyfais (dim ond os defnyddir 25% o PET ar gyfer hunan-nyddu ffilamentau y gellir gwrthbwyso'r cynnydd mewn cost). Yn ogystal, mae gwerth b lliw'r cynnyrch yn cynyddu ychydig. |