Catalizatori pe bază de antimoniu

Fibra de poliester (PET) este cea mai mare varietate de fibre sintetice. Îmbrăcămintea din fibră de poliester este confortabilă, crocantă, ușor de spălat și uscată rapid. Poliesterul este, de asemenea, utilizat pe scară largă ca materie primă pentru ambalare, fire industriale și materiale plastice de inginerie. Drept urmare, poliesterul s -a dezvoltat rapid la nivel mondial, crescând la o rată medie anuală de 7% și cu o producție mare.

Producția de poliester poate fi împărțită pe ruta de dimetil tereftalat (DMT) și a acidului tereftalic (PTA) în termeni de cale de proces și poate fi împărțită în proces intermitent și proces continuu în ceea ce privește funcționarea. Indiferent de traseul procesului de producție adoptat, reacția de policondensare necesită utilizarea compușilor metalici ca catalizatori. Reacția de policondensare este o etapă cheie în procesul de producție de poliester, iar timpul de policondensare este blocajul pentru îmbunătățirea randamentului. Îmbunătățirea sistemului de catalizator este un factor important în îmbunătățirea calității poliesterului și reducerea timpului de policondensare.

Urbanmine Tech. Limited este o companie chineză de frunte specializată în cercetare și dezvoltare, producția și furnizarea de trioxid de antimoniu de calitate catalizatoare, acetat de antimoniu și glicol de antimoniu. Am efectuat cercetări aprofundate asupra acestor produse-Departamentul de Urbanmine de cercetare și dezvoltare rezumă acum cercetarea și aplicarea catalizatorilor de antimoniu din acest articol pentru a ajuta clienții noștri să aplice flexibil, să optimizeze procesele de producție și să ofere competitivitate cuprinzătoare a produselor din fibră de poliester.

Savanții interni și străini consideră, în general, că policondensarea din poliester este o reacție de extindere a lanțului, iar mecanismul catalitic aparține coordonării chelației, care necesită ca atomul de metal catalizator să ofere orbitale goale pentru a se coordona cu perechea de arc de electroni de oxigen carbonil pentru a atinge scopul catalizei. Pentru policondensare, deoarece densitatea norului de electroni a oxigenului carbonil în grupul hidroxietil ester este relativ scăzută, electronegativitatea ionilor metalici este relativ ridicată în timpul coordonării, pentru a facilita coordonarea și extinderea lanțului.

Următoarele pot fi utilizate ca catalizatori de poliester: Li, Na, K, BE, MG, CA, SR, B, AL, GA, GE, SN, PB, SB, BI, TI, NB, CR, MN, MN, FE, CO, NI, PD, PT, CU, AG, ZN, CD, HG și ALTE OXIDE METALE, ALCOLATE, CARBOXYLATES, BORATES, HALIDE ȘI AMINES, UERES, GOLOSHATES, CARBYLELATES, BORATES, HALIDE ȘI AMINES, UREA, GOLOSHATES, CARBELATES, BORATES, HALIDE ȘI AMINES, UERES, GOLOSHATES, GOLOXYLATES, BORATES, BORATE compuși organici care conțin sulf. Cu toate acestea, catalizatorii care sunt folosiți și studiați în prezent în producția industrială sunt în principal compuși din seria SB, GE și TI. Un număr mare de studii au arătat că: catalizatorii pe bază de GE au mai puține reacții laterale și produc PET de înaltă calitate, dar activitatea lor nu este ridicată și au puține resurse și sunt scumpe; Catalizatorii pe bază de Ti au o activitate ridicată și o viteză de reacție rapidă, dar reacțiile lor catalitice sunt mai evidente, ceea ce duce la o stabilitate termică slabă și o culoare galbenă a produsului și, în general, pot fi utilizate doar pentru sinteza PBT, PTT, PCT, etc. Catalizatorii pe bază de SB nu sunt doar mai activi. Calitatea produsului este ridicată, deoarece catalizatorii pe bază de SB sunt mai activi, au mai puține reacții laterale și sunt mai ieftini. Prin urmare, au fost utilizate pe scară largă. Printre aceștia, cei mai utilizați catalizatori pe bază de SB sunt trioxidul de antimoniu (SB2O3), acetat de antimoniu (SB (CH3COO) 3), etc.

Privind istoricul dezvoltării industriei poliesterului, putem constata că mai mult de 90% din plantele de poliester din lume folosesc compuși de antimoniu ca catalizatori. Până în 2000, China a introdus mai multe plante din poliester, toate folosind compuși antimoni ca catalizatori, în principal SB2O3 și SB (CH3COO) 3. Prin eforturile comune ale cercetărilor științifice chineze, al universităților și al departamentelor de producție, acești doi catalizatori au fost acum pe deplin produse pe plan intern.

Din 1999, compania chimică franceză ELF a lansat un catalizator de antimoniu Glicol [SB2 (OCH2CH2CO) 3] ca produs modernizat al catalizatorilor tradiționali. Jetoanele de poliester produse au un alb și o spinnabilitate bună, ceea ce a atras atenția mare din partea instituțiilor de cercetare a catalizatorului intern, a întreprinderilor și a producătorilor de poliester din China.

I. Cercetarea și aplicarea trioxidului de antimoniu
Statele Unite sunt una dintre primele țări care produce și aplică SB2O3. În 1961, consumul de SB2O3 în Statele Unite a ajuns la 4.943 de tone. În anii '70, cinci companii din Japonia au produs SB2O3 cu o capacitate totală de producție de 6.360 tone pe an.

Principalele unități de cercetare și dezvoltare SB2O3 din China sunt concentrate în principal în fostele întreprinderi de stat din provincia Hunan și Shanghai. Urbanmine Tech. De asemenea, Limited a stabilit o linie de producție profesională în provincia Hunan.

(I). Metodă pentru producerea de trioxid de antimoniu
Fabricarea SB2O3 folosește de obicei minereu de sulfură de antimoniu ca materie primă. Antimonia metalică este mai întâi preparată, iar apoi SB2O3 este produs folosind antimonia metalică ca materie primă.
Există două metode principale pentru producerea SB2O3 din antimoniu metalic: oxidarea directă și descompunerea azotului.

1. Metoda de oxidare directă
Antimonia metalică reacționează cu oxigenul sub încălzire pentru a forma SB2O3. Procesul de reacție este următorul:
4SB ＋ 3O2 ＝＝ 2SB2O3

2. Amonoliză
Metalul antimoniu reacționează cu clor pentru a sintetiza triclorura de antimoniu, care este apoi distilată, hidrolizată, ammonolizată, spălată și uscată pentru a obține produsul SB2O3 finisat. Ecuația de reacție de bază este:
2SB ＋ 3CL2 ＝＝ 2SBCL3
SBCL3 ＋ H2O ＝＝ SBOCL ＋ 2HCL
4SBOCL ＋ H2O ＝＝ SB2O3 · 2SBOCL ＋ 2HCL
SB2O3 · 2SBOCL ＋ OH ＝＝ 2SB2O3 ＋ 2NH4CL ＋ H2O

(Ii). Utilizarea trioxidului de antimoniu
Utilizarea principală a trioxidului de antimoniu este ca un catalizator pentru polimerază și un retardant de flacără pentru materiale sintetice.
În industria poliesterului, SB2O3 a fost folosit pentru prima dată ca catalizator. SB2O3 este utilizat în principal ca catalizator de policondensare pentru ruta DMT și calea PTA timpurie și este utilizat în general în combinație cu H3PO4 sau enzimele sale.

(Iii). Probleme cu trioxidul de antimoniu
SB2O3 are o solubilitate slabă în etilen glicol, cu o solubilitate de doar 4,04% la 150 ° C. Prin urmare, atunci când etilen glicolul este utilizat pentru a pregăti catalizatorul, SB2O3 are o dispersie slabă, ceea ce poate provoca cu ușurință catalizator excesiv în sistemul de polimerizare, să genereze trimere ciclice cu punct de topire ridicat și să aducă dificultăți de învârtire. Pentru a îmbunătăți solubilitatea și dispersibilitatea SB2O3 în etilen glicol, este în general adoptat pentru a utiliza etilen glicol excesiv sau pentru a crește temperatura de dizolvare la peste 150 ° C. Cu toate acestea, peste 120 ° C, SB2O3 și etilen glicolul pot produce precipitații de antimoniu de etilen glicol atunci când acționează împreună mult timp, iar SB2O3 poate fi redus la antimoniu metalic în reacția de policondensare, care poate provoca „ceață” în chipsuri de poliester și afectează calitatea produsului.

Ii. Cercetarea și aplicarea acetatului de antimoniu
Metoda de preparare a acetatului de antimoniu
La început, acetatul de antimoniu a fost preparat prin reacția trioxidului de antimoniu cu acid acetic, iar anhidrida acetic a fost utilizată ca agent de deshidratare pentru a absorbi apa generată de reacție. Calitatea produsului finit obținut prin această metodă nu a fost ridicată și a durat mai mult de 30 de ore pentru ca trioxidul de antimoniu să se dizolve în acid acetic. Mai târziu, acetatul de antimoniu a fost preparat prin reacția antimoniului metalic, a triclorurii de antimoniu sau a unui trioxid de antimoniu cu anhidridă acetică, fără a fi nevoie de un agent de deshidratare.

1. Metoda triclorurii de antimoniu
În 1947, H. Schmidt și colab. În Germania de Vest a pregătit SB (CH3COO) 3 prin reacția SBCL3 cu anhidridă acetică. Formula de reacție este următoarea:
SBCL3+3 (CH3CO) 2O == SB (CH3COO) 3+3CH3COCL

2. Metoda metalului antimoniu
În 1954, Tapaybea din fosta Uniune Sovietică a pregătit SB (CH3COO) 3 prin reacția antimoniului metalic și a peroxiacetilului într -o soluție de benzen. Formula de reacție este:
SB ＋ (CH3COO) 2 == SB (CH3COO) 3

3. Metoda trioxidului de antimoniu
În 1957, F. Nerdel din Germania de Vest a folosit SB2O3 pentru a reacționa cu anhidridă acetică pentru a produce SB (CH3COO) 3.
SB2O3 ＋ 3 （CH3CO） 2O ＝＝ 2SB （CH3COO） 3
Dezavantajul acestei metode este că cristalele tind să se aglomereze în bucăți mari și să se lipească ferm de peretele interior al reactorului, ceea ce duce la o calitate și o culoare slabă a produsului.

4. Metoda solventului trioxidului de antimoniu
Pentru a depăși deficiențele metodei de mai sus, de obicei, un solvent neutru este adăugat în timpul reacției SB2O3 și a anhidridei acetic. Metoda de pregătire specifică este următoarea:
(1) În 1968, R. Thoms de la American Mosun Chemical Company a publicat un brevet privind prepararea acetatului de antimoniu. Brevetul a utilizat xilen (O-, M-, P-xilen sau un amestec al acestuia) ca solvent neutru pentru a produce cristale fine de acetat de antimoniu.
(2) În 1973, Republica Cehă a inventat o metodă pentru producerea de acetat de antimoniu fin folosind toluen ca solvent.

 

Iii. Comparația a trei catalizatori pe bază de antimoniu