Serat poliester (PET) merupakan jenis serat sintetis terbesar. Pakaian berbahan serat poliester nyaman, renyah, mudah dicuci, dan cepat kering. Poliester juga banyak digunakan sebagai bahan baku kemasan, benang industri, dan plastik rekayasa. Hasilnya, poliester berkembang pesat di seluruh dunia, meningkat rata-rata tahunan sebesar 7% dan dengan produksi yang besar.
Produksi poliester dapat dibagi menjadi rute dimetil tereftalat (DMT) dan rute asam tereftalat (PTA) berdasarkan rute proses dan dapat dibagi menjadi proses intermiten dan proses berkelanjutan dalam hal operasi. Terlepas dari rute proses produksi yang diambil, reaksi polikondensasi memerlukan penggunaan senyawa logam sebagai katalis. Reaksi polikondensasi merupakan langkah kunci dalam proses produksi poliester, dan waktu polikondensasi merupakan hambatan untuk meningkatkan hasil. Perbaikan sistem katalis merupakan faktor penting dalam meningkatkan kualitas poliester dan memperpendek waktu polikondensasi.
Teknologi UrbanMines. Limited adalah perusahaan Tiongkok terkemuka yang mengkhususkan diri dalam penelitian dan pengembangan, produksi, dan pasokan antimon trioksida tingkat katalis poliester, antimon asetat, dan antimon glikol. Kami telah melakukan penelitian mendalam terhadap produk-produk ini—departemen Litbang UrbanMines kini merangkum penelitian dan penerapan katalis antimon dalam artikel ini untuk membantu pelanggan kami menerapkan secara fleksibel, mengoptimalkan proses produksi, dan memberikan daya saing komprehensif pada produk serat poliester.
Sarjana dalam dan luar negeri umumnya percaya bahwa polikondensasi poliester adalah reaksi perpanjangan berantai, dan mekanisme katalitik termasuk dalam koordinasi khelasi, yang mengharuskan atom logam katalis menyediakan orbital kosong untuk berkoordinasi dengan pasangan busur elektron oksigen karbonil untuk mencapai tujuan katalisis. Untuk polikondensasi, karena kerapatan awan elektron oksigen karbonil dalam gugus hidroksietil ester relatif rendah, elektronegativitas ion logam relatif tinggi selama koordinasi, untuk memfasilitasi koordinasi dan perluasan rantai.
Berikut ini yang dapat digunakan sebagai katalis poliester: 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 dan oksida logam lainnya, alkoholat, karboksilat, borat, halida dan amina, urea, guanidin, senyawa organik yang mengandung belerang. Namun katalis yang saat ini digunakan dan dipelajari dalam produksi industri sebagian besar adalah senyawa seri Sb, Ge, dan Ti. Sejumlah besar penelitian menunjukkan bahwa: Katalis berbasis Ge memiliki reaksi samping yang lebih sedikit dan menghasilkan PET berkualitas tinggi, namun aktivitasnya tidak tinggi, sumber dayanya sedikit, dan harganya mahal; Katalis berbahan dasar Ti memiliki aktivitas tinggi dan kecepatan reaksi yang cepat, namun reaksi samping katalitiknya lebih jelas, mengakibatkan stabilitas termal yang buruk dan warna produk menjadi kuning, dan umumnya hanya dapat digunakan untuk sintesis PBT, PTT, PCT, dll.; Katalis berbasis Sb tidak hanya lebih aktif. Kualitas produk yang tinggi karena katalis berbasis Sb lebih aktif, reaksi samping lebih sedikit, dan lebih murah. Oleh karena itu, mereka telah banyak digunakan. Diantaranya, katalis berbasis Sb yang paling umum digunakan adalah antimon trioksida (Sb2O3), antimon asetat (Sb(CH3COO)3), dll.
Melihat sejarah perkembangan industri poliester, kita dapat menemukan bahwa lebih dari 90% pabrik poliester di dunia menggunakan senyawa antimon sebagai katalis. Pada tahun 2000, Tiongkok telah memperkenalkan beberapa pabrik poliester, yang semuanya menggunakan senyawa antimon sebagai katalis, terutama Sb2O3 dan Sb(CH3COO)3. Melalui upaya bersama penelitian ilmiah Tiongkok, universitas, dan departemen produksi, kedua katalis ini kini telah sepenuhnya diproduksi di dalam negeri.
Sejak tahun 1999, perusahaan kimia Perancis Elf telah meluncurkan katalis antimon glikol [Sb2 (OCH2CH2CO) 3] sebagai produk peningkatan katalis tradisional. Keripik poliester yang dihasilkan memiliki tingkat keputihan yang tinggi dan kemampuan berputar yang baik, yang telah menarik perhatian besar dari lembaga penelitian katalis dalam negeri, perusahaan, dan produsen poliester di Tiongkok.
I. Penelitian dan penerapan antimon trioksida
Amerika Serikat adalah salah satu negara paling awal yang memproduksi dan menerapkan Sb2O3. Pada tahun 1961, konsumsi Sb2O3 di Amerika mencapai 4.943 ton. Pada tahun 1970-an, lima perusahaan di Jepang memproduksi Sb2O3 dengan total kapasitas produksi 6.360 ton per tahun.
Unit penelitian dan pengembangan Sb2O3 utama Tiongkok sebagian besar terkonsentrasi di bekas perusahaan milik negara di Provinsi Hunan dan Shanghai. Teknologi UrbanMines. Limited juga telah membentuk jalur produksi profesional di Provinsi Hunan.
(SAYA). Metode untuk memproduksi antimon trioksida
Pembuatan Sb2O3 biasanya menggunakan bijih antimon sulfida sebagai bahan bakunya. Antimon logam terlebih dahulu dibuat, kemudian Sb2O3 diproduksi menggunakan antimon logam sebagai bahan bakunya.
Ada dua metode utama untuk memproduksi Sb2O3 dari antimon logam: oksidasi langsung dan dekomposisi nitrogen.
1. Metode oksidasi langsung
Antimon logam bereaksi dengan oksigen saat dipanaskan membentuk Sb2O3. Proses reaksinya adalah sebagai berikut:
4Sb＋3O2＝＝2Sb2O3
2. Amonolisis
Logam antimon bereaksi dengan klorin untuk mensintesis antimon triklorida, yang kemudian disuling, dihidrolisis, diamonolisis, dicuci, dan dikeringkan untuk mendapatkan produk akhir Sb2O3. Persamaan reaksi dasarnya adalah:
2Sb＋3Cl2＝＝2SbCl3
SbCl3＋H2O＝＝SbOCl＋2HCl
4SbOCl＋H2O＝＝Sb2O3·2SbOCl＋2HCl
Sb2O3·2SbOCl＋OH＝＝2Sb2O3＋2NH4Cl＋H2O
(II). Kegunaan antimon trioksida
Kegunaan utama antimon trioksida adalah sebagai katalis polimerase dan penghambat api untuk bahan sintetis.
Dalam industri poliester, Sb2O3 pertama kali digunakan sebagai katalis. Sb2O3 terutama digunakan sebagai katalis polikondensasi untuk rute DMT dan rute PTA awal dan umumnya digunakan dalam kombinasi dengan H3PO4 atau enzimnya.
(AKU AKU AKU). Masalah dengan antimon trioksida
Sb2O3 memiliki kelarutan yang buruk dalam etilen glikol, dengan kelarutan hanya 4,04% pada 150°C. Oleh karena itu, ketika etilen glikol digunakan untuk membuat katalis, Sb2O3 memiliki dispersibilitas yang buruk, yang dapat dengan mudah menyebabkan katalis berlebihan dalam sistem polimerisasi, menghasilkan trimer siklik dengan titik leleh tinggi, dan menyulitkan pemintalan. Untuk meningkatkan kelarutan dan dispersibilitas Sb2O3 dalam etilen glikol, umumnya dilakukan penggunaan etilen glikol secara berlebihan atau meningkatkan suhu pelarutan hingga di atas 150°C. Namun, di atas 120°C, Sb2O3 dan etilen glikol dapat menghasilkan pengendapan antimon etilen glikol ketika keduanya bekerja bersama dalam waktu lama, dan Sb2O3 dapat direduksi menjadi antimon logam dalam reaksi polikondensasi, yang dapat menyebabkan "kabut" pada serpihan poliester dan mempengaruhi kualitas produk.
II. Penelitian dan penerapan antimon asetat
Metode pembuatan antimon asetat
Pada awalnya, antimon asetat dibuat dengan mereaksikan antimon trioksida dengan asam asetat, dan asetat anhidrida digunakan sebagai zat dehidrasi untuk menyerap air yang dihasilkan oleh reaksi. Kualitas produk jadi yang diperoleh dengan metode ini tidak tinggi, dan diperlukan waktu lebih dari 30 jam agar antimon trioksida larut dalam asam asetat. Kemudian, antimon asetat dibuat dengan mereaksikan antimon logam, antimon triklorida, atau antimon trioksida dengan asetat anhidrida, tanpa memerlukan zat dehidrasi.
1. Metode antimon triklorida
Pada tahun 1947, H. Schmidt dkk. di Jerman Barat dibuat Sb(CH3COO)3 dengan mereaksikan SbCl3 dengan asetat anhidrida. Rumus reaksinya adalah sebagai berikut:
SbCl3+3(CH3CO)2O==Sb(CH3COO)3+3CH3COCl
2. Metode logam antimon
Pada tahun 1954, TAPaybea dari bekas Uni Soviet menyiapkan Sb(CH3COO)3 dengan mereaksikan antimon logam dan peroksiasetil dalam larutan benzena. Rumus reaksinya adalah:
Sb＋(CH3COO)2==Sb(CH3COO)3
3. Metode antimon trioksida
Pada tahun 1957, F. Nerdel dari Jerman Barat menggunakan Sb2O3 untuk bereaksi dengan asetat anhidrida menghasilkan Sb(CH3COO)3.
Sb2O3＋3（CH3CO）2O＝＝2Sb（CH3COO）3
Kerugian dari metode ini adalah kristal cenderung berkumpul menjadi potongan-potongan besar dan menempel kuat pada dinding bagian dalam reaktor, sehingga menghasilkan kualitas dan warna produk yang buruk.
4. Metode pelarut antimon trioksida
Untuk mengatasi kekurangan metode di atas, biasanya ditambahkan pelarut netral selama reaksi Sb2O3 dan asetat anhidrida. Metode persiapan spesifiknya adalah sebagai berikut:
(1) Pada tahun 1968, R. Thoms dari American Mosun Chemical Company menerbitkan paten untuk pembuatan antimon asetat. Paten tersebut menggunakan xilena (o-, m-, p-xilena, atau campurannya) sebagai pelarut netral untuk menghasilkan kristal antimon asetat yang halus.
(2) Pada tahun 1973, Republik Ceko menemukan metode untuk memproduksi antimon asetat halus menggunakan toluena sebagai pelarut.
AKU AKU AKU. Perbandingan tiga katalis berbasis antimon
| Antimon Trioksida | Antimon Asetat | Antimon Glikolat | |
| Properti Dasar | Umumnya dikenal sebagai antimon putih, rumus molekul Sb 2 O 3 , berat molekul 291,51 , bubuk putih, titik leleh 656℃ . Kandungan antimon teoritis sekitar 83,53%. Kepadatan relatif 5,20g/ml. Larut dalam asam klorida pekat, asam sulfat pekat, asam nitrat pekat, asam tartarat dan larutan alkali, tidak larut dalam air, alkohol, asam sulfat encer. | Rumus molekul Sb(AC) 3 , berat molekul 298,89 , kandungan antimon teoritis sekitar 40,74 %, titik leleh 126-131℃ , kepadatan 1,22g/ml (25℃), bubuk putih atau putih pucat, mudah larut dalam etilen glikol, toluena dan xilena. | Rumus molekul Sb 2 (EG) 3 , Berat molekul sekitar 423,68 , titik leleh ＞ 100℃(des.), kandungan antimon teoretis sekitar 57,47 %, penampakannya berupa padatan kristal putih, tidak beracun dan tidak berasa, mudah menyerap kelembapan. Ini mudah larut dalam etilen glikol. |
| Metode dan Teknologi Sintesis | Terutama disintesis dengan metode 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 3Catatan: Stibnite / Bijih Besi / Batu Kapur → Pemanasan dan Pengasapan → Pengumpulan | Industri ini terutama menggunakan metode pelarut Sb 2 O 3 untuk sintesis: Sb2O3 ＋ 3 ( CH3CO ) 2O→ 2Sb(AC) 3Proses: refluks pemanasan → filtrasi panas → kristalisasi → pengeringan vakum → produkCatatan: Sb(AC) 3 adalah mudah terhidrolisis, sehingga pelarut netral toluena atau xilena yang digunakan harus anhidrat, Sb 2 O 3 tidak boleh dalam keadaan basah, dan peralatan produksi juga harus kering. | Industri ini terutama menggunakan metode Sb 2 O 3 untuk mensintesis:Sb 2 O 3 +3EG→Sb 2 (EG) 3 +3H 2 OProses: Pengumpanan (Sb 2 O 3 , aditif dan EG) → reaksi pemanasan dan tekanan → pembuangan terak , pengotor dan air → penghilangan warna → filtrasi panas → pendinginan dan kristalisasi → pemisahan dan pengeringan → produkCatatan: Proses produksi perlu diisolasi dari air untuk mencegah hidrolisis. Reaksi ini merupakan reaksi reversibel, dan umumnya reaksi ini dilakukan dengan menggunakan kelebihan etilen glikol dan menghilangkan air produk. |
| Keuntungan | Harganya relatif murah, mudah digunakan, memiliki aktivitas katalitik sedang, dan waktu polikondensasi singkat. | Antimon asetat memiliki kelarutan yang baik dalam etilen glikol dan tersebar merata dalam etilen glikol, yang dapat meningkatkan efisiensi pemanfaatan antimon; Antimon asetat memiliki karakteristik aktivitas katalitik yang tinggi, reaksi degradasi yang lebih sedikit, ketahanan panas yang baik, dan stabilitas pemrosesan; Pada saat yang sama, penggunaan antimon asetat sebagai katalis tidak memerlukan penambahan ko-katalis dan penstabil. Reaksi sistem katalitik antimon asetat relatif ringan, dan kualitas produknya tinggi, terutama warnanya, lebih baik dibandingkan dengan sistem antimon trioksida (Sb 2 O 3 ). | Katalis memiliki kelarutan yang tinggi dalam etilen glikol; antimon bervalensi nol dihilangkan, dan pengotor seperti molekul besi, klorida, dan sulfat yang mempengaruhi polikondensasi dikurangi hingga titik terendah, menghilangkan masalah korosi ion asetat pada peralatan; Sb 3+ dalam Sb 2 (EG) 3 relatif tinggi , mungkin karena kelarutannya dalam etilen glikol pada suhu reaksi lebih besar dibandingkan dengan Sb 2 O 3 Dibandingkan dengan Sb(AC) 3 , jumlah Sb 3+ yang berperan sebagai katalitik lebih besar. Warna produk polyester yang dihasilkan Sb 2 (EG) 3 lebih bagus dibandingkan dengan Sb 2 O 3 Sedikit lebih tinggi dari aslinya sehingga membuat produk terlihat lebih cerah dan putih; |
| Kerugian | Kelarutan dalam etilen glikol buruk, hanya 4,04% pada 150°C. Dalam praktiknya, etilen glikol berlebihan atau suhu pelarutan ditingkatkan hingga di atas 150°C. Namun, ketika Sb 2 O 3 bereaksi dengan etilen glikol dalam waktu lama pada suhu di atas 120°C, pengendapan antimon etilen glikol dapat terjadi, dan Sb 2 O 3 dapat tereduksi menjadi tangga logam dalam reaksi polikondensasi, yang dapat menyebabkan "kabut abu-abu". " dalam serpihan poliester dan mempengaruhi kualitas produk. Fenomena oksida antimon polivalen terjadi selama pembuatan Sb 2 O 3, dan kemurnian antimon yang efektif terpengaruh. | Kandungan antimon katalisnya relatif rendah; pengotor asam asetat menimbulkan korosi pada peralatan, mencemari lingkungan, dan tidak kondusif untuk pengolahan air limbah; proses produksinya rumit, kondisi lingkungan pengoperasiannya buruk, terdapat polusi, dan produk mudah berubah warna. Mudah terurai bila dipanaskan, dan produk hidrolisisnya adalah Sb2O3 dan CH3COOH. Waktu tinggal materialnya lama, terutama pada tahap akhir polikondensasi, yang jauh lebih tinggi dibandingkan sistem Sb2O3. | Penggunaan Sb 2 (EG) 3 meningkatkan biaya katalis perangkat (peningkatan biaya hanya dapat diimbangi jika 25% PET digunakan untuk pemintalan filamen sendiri). Selain itu, nilai b rona produk sedikit meningkat. |