เส้นใยโพลีเอสเตอร์ (PET) เป็นเส้นใยสังเคราะห์ที่หลากหลายที่สุด เสื้อผ้าที่ทำจากเส้นใยโพลีเอสเตอร์มีความสะดวกสบายกรอบง่ายต่อการล้างและแห้งเร็ว โพลีเอสเตอร์ยังใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นวัตถุดิบสำหรับบรรจุภัณฑ์เส้นด้ายอุตสาหกรรมและพลาสติกวิศวกรรม เป็นผลให้โพลีเอสเตอร์ได้พัฒนาอย่างรวดเร็วทั่วโลกเพิ่มขึ้นในอัตราเฉลี่ยต่อปี 7% และมีผลผลิตขนาดใหญ่
การผลิตโพลีเอสเตอร์สามารถแบ่งออกเป็นเส้นทาง Dimethyl Terephthalate (DMT) และเส้นทาง Terephthalic Acid (PTA) ในแง่ของเส้นทางกระบวนการและสามารถแบ่งออกเป็นกระบวนการต่อเนื่องและกระบวนการต่อเนื่องในแง่ของการดำเนินงาน โดยไม่คำนึงถึงเส้นทางกระบวนการผลิตที่นำมาใช้ปฏิกิริยาการเกิด polycondension ต้องใช้สารประกอบโลหะเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ปฏิกิริยาการเกิดโพลีคอนเดอร์เป็นขั้นตอนสำคัญในกระบวนการผลิตโพลีเอสเตอร์และเวลาโพลีคอนเดอเรนช์เป็นคอขวดสำหรับการปรับปรุงผลผลิต การปรับปรุงระบบ Catalyst เป็นปัจจัยสำคัญในการปรับปรุงคุณภาพของโพลีเอสเตอร์และทำให้เวลาพอลิคอนเดรชั่นสั้นลง
Urbanmines Tech Limited เป็น บริษัท ชั้นนำของจีนที่มีความเชี่ยวชาญในการวิจัยและพัฒนาการผลิตและการจัดหาทริโอไซด์ทรีโอไซเดอร์ตัวเร่งปฏิกิริยาระดับสามของโพลีเอสเตอร์, พลวงอะซิเตทและพลวงไกลคอล เราได้ทำการวิจัยเชิงลึกเกี่ยวกับผลิตภัณฑ์เหล่านี้-แผนก R&D ของเมือง Urbanmines สรุปการวิจัยและการประยุกต์ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาพลวงในบทความนี้เพื่อช่วยให้ลูกค้าของเรานำไปใช้อย่างยืดหยุ่นเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการผลิตและให้ความสามารถในการแข่งขันที่ครอบคลุมของผลิตภัณฑ์เส้นใยโพลีเอสเตอร์
โดยทั่วไปแล้วนักวิชาการในประเทศและต่างประเทศเชื่อว่าโพลีเอสเตอร์ polycondensation เป็นปฏิกิริยาการขยายโซ่และกลไกการเร่งปฏิกิริยาเป็นของการประสานงานคีเลชั่นซึ่งต้องใช้อะตอมโลหะตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อให้ orbitals ว่างเปล่าเพื่อประสานงานกับคู่อิเล็กตรอนของคาร์บอนิลออกซิเจนเพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์ของการเร่งปฏิกิริยา สำหรับ polycondensation เนื่องจากความหนาแน่นของเมฆอิเล็กตรอนของออกซิเจนคาร์บอนิลในกลุ่มไฮดรอกซีเอธิลเอสเตอร์ค่อนข้างต่ำ electronegativity ของไอออนโลหะนั้นค่อนข้างสูงในระหว่างการประสานงานเพื่ออำนวยความสะดวกในการประสานงานและการขยายโซ่
ต่อไปนี้สามารถใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาโพลีเอสเตอร์: li, na, k, be, mg, ca, sr, b, al, ga, ge, sn, pb, sb, bi, ti, nb, cr, mo, mn, mn, fe, co, ni, pd, pt, cu, ag, zn, cd, hg และโลหะ สารประกอบอินทรีย์ที่มีซัลเฟอร์ อย่างไรก็ตามตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้และศึกษาในการผลิตอุตสาหกรรมส่วนใหญ่เป็นสารประกอบ SB, GE และ TI Series การศึกษาจำนวนมากแสดงให้เห็นว่าตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้ GE มีปฏิกิริยาด้านข้างน้อยลงและผลิตสัตว์เลี้ยงที่มีคุณภาพสูง แต่กิจกรรมของพวกเขาไม่สูงและมีทรัพยากรน้อยและมีราคาแพง ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้ TI มีกิจกรรมสูงและความเร็วในการตอบสนองที่รวดเร็ว แต่ปฏิกิริยาข้างเคียงของตัวเร่งปฏิกิริยาของพวกเขานั้นชัดเจนมากขึ้นส่งผลให้ความเสถียรทางความร้อนและสีเหลืองของผลิตภัณฑ์ไม่ดีและโดยทั่วไปแล้วสามารถใช้สำหรับการสังเคราะห์ PBT, PTT, PCT, ฯลฯ เท่านั้น ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้ SB ไม่เพียง แต่ใช้งานมากขึ้นเท่านั้น คุณภาพของผลิตภัณฑ์สูงเนื่องจากตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้ SB มีการใช้งานมากขึ้นมีปฏิกิริยาด้านข้างน้อยลงและราคาถูกกว่า ดังนั้นพวกเขาจึงถูกใช้กันอย่างแพร่หลาย ในหมู่พวกเขาตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้ SB ที่ใช้กันมากที่สุดคือพลวง trioxide (SB2O3), พลวง acetate (SB (CH3COO) 3) ฯลฯ
เมื่อมองไปที่ประวัติการพัฒนาของอุตสาหกรรมโพลีเอสเตอร์เราจะพบว่าพืชโพลีเอสเตอร์มากกว่า 90% ในโลกใช้สารประกอบพลวงเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ในปี 2000 จีนได้แนะนำพืชโพลีเอสเตอร์หลายแห่งซึ่งทั้งหมดนี้ใช้สารประกอบพลวงเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาส่วนใหญ่ SB2O3 และ SB (CH3COO) 3 ด้วยความพยายามร่วมกันของการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ของจีนมหาวิทยาลัยและแผนกการผลิตตัวเร่งปฏิกิริยาทั้งสองนี้ได้รับการผลิตในประเทศอย่างเต็มที่
ตั้งแต่ปี 1999 บริษัท เคมีของฝรั่งเศส ELF ได้เปิดตัว Glycol [SB2 (OCH2CH2CO) 3] Catalyst เป็นผลิตภัณฑ์ที่ได้รับการอัพเกรดของตัวเร่งปฏิกิริยาแบบดั้งเดิม ชิปโพลีเอสเตอร์ที่ผลิตมีความขาวสูงและการหมุนที่ดีซึ่งได้รับความสนใจอย่างมากจากสถาบันวิจัยตัวเร่งปฏิกิริยาในประเทศองค์กรและผู้ผลิตโพลีเอสเตอร์ในประเทศจีน
I. การวิจัยและการประยุกต์ใช้ทริโอไซด์พลวง
สหรัฐอเมริกาเป็นหนึ่งในประเทศแรกสุดที่จะผลิตและใช้ SB2O3 ในปีพ. ศ. 2504 การบริโภค SB2O3 ในสหรัฐอเมริกาถึง 4,943 ตัน ในปี 1970 บริษัท ห้าแห่งในญี่ปุ่นผลิต SB2O3 ด้วยกำลังการผลิตรวม 6,360 ตันต่อปี
หน่วยงานวิจัยและพัฒนา SB2O3 หลักของจีนส่วนใหญ่มีความเข้มข้นในองค์กรของรัฐในอดีตในมณฑลฮันันและเซี่ยงไฮ้ Urbanmines Tech Limited ยังได้จัดตั้งสายการผลิตระดับมืออาชีพในมณฑลหูหนาน
(ฉัน). วิธีการผลิตพลวง trioxide
การผลิต SB2O3 มักจะใช้แร่ซัลไฟด์พลวงเป็นวัตถุดิบ จวงโลหะได้รับการเตรียมเป็นครั้งแรกและจากนั้น SB2O3 จะถูกผลิตขึ้นโดยใช้ม่านโลหะเป็นวัตถุดิบ
มีสองวิธีหลักในการผลิต SB2O3 จากม่านโลหะ: การออกซิเดชั่นโดยตรงและการสลายตัวของไนโตรเจน
1. วิธีการออกซิเดชั่นโดยตรง
พลวงของโลหะทำปฏิกิริยากับออกซิเจนภายใต้การให้ความร้อนเพื่อสร้าง SB2O3 กระบวนการปฏิกิริยามีดังนี้:
4SB ＋ 3O2 ＝＝ 2SB2O3
2. ammonolysis
โลหะพลวงทำปฏิกิริยากับคลอรีนเพื่อสังเคราะห์พลวงไตรคลอไรด์ซึ่งจะถูกกลั่นไฮโดรไลซ์, ammonolyzed ล้างและแห้งเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ SB2O3 ที่เสร็จแล้ว สมการปฏิกิริยาพื้นฐานคือ:
2SB ＋ 3CL2 ＝＝ 2SBCL3
SBCL3 ＋ H2O ＝＝ SBOCL ＋ 2HCl
4SBOCL ＋ H2O ＝＝ SB2O3 · 2SBOCL ＋ 2HCl
SB2O3 · 2SBOCL ＋ OH ＝＝ 2SB2O3 ＋ 2NH4CL ＋ H2O
(ii) การใช้ทริโอไซด์พลวง
การใช้งานหลักของพลวง trioxide เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับโพลีเมอเรสและสารหน่วงไฟสำหรับวัสดุสังเคราะห์
ในอุตสาหกรรมโพลีเอสเตอร์ SB2O3 ถูกใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาเป็นครั้งแรก SB2O3 ส่วนใหญ่ใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา polycondensation สำหรับเส้นทาง DMT และเส้นทาง PTA ต้นและโดยทั่วไปจะใช้ร่วมกับ H3PO4 หรือเอนไซม์
(iii) ปัญหาเกี่ยวกับพลวงไตรมาส
SB2O3 มีความสามารถในการละลายที่ไม่ดีในเอทิลีนไกลคอลโดยมีความสามารถในการละลายเพียง 4.04% ที่ 150 ° C ดังนั้นเมื่อเอทิลีนไกลคอลถูกใช้เพื่อเตรียมตัวเร่งปฏิกิริยา SB2O3 มีความสามารถในการกระจายตัวได้ไม่ดีซึ่งสามารถทำให้ตัวเร่งปฏิกิริยามากเกินไปในระบบพอลิเมอไรเซชันสร้างจุดตัดต่อวงจรที่มีจุดอ่อนสูงและนำปัญหามาสู่การปั่น เพื่อปรับปรุงความสามารถในการละลายและการกระจายตัวของ SB2O3 ในเอทิลีนไกลคอลโดยทั่วไปจะใช้เอทิลีนไกลคอลมากเกินไปหรือเพิ่มอุณหภูมิการละลายสูงกว่า 150 ° C อย่างไรก็ตามสูงกว่า 120 ° C, SB2O3 และ ethylene glycol อาจผลิตเอทิลีนไกลคอลแอนตี้การตกตะกอนเมื่อพวกเขาทำหน้าที่ร่วมกันเป็นเวลานานและ SB2O3 อาจลดลงเป็นพลวงโลหะในปฏิกิริยาการชดเชย polycondension ซึ่งอาจทำให้ "หมอก" ในชิปโพลีเอสเตอร์
ii. การวิจัยและการประยุกต์
วิธีการเตรียมของพลวงอะซิเตท
ในตอนแรกพลวงอะซิเตตถูกเตรียมโดยการทำปฏิกิริยากับพลวงทริโอไซด์ด้วยกรดอะซิติกและแอนไฮไดรด์อะซิติกถูกใช้เป็นสารที่ทำให้ขาดน้ำเพื่อดูดซับน้ำที่เกิดจากปฏิกิริยา คุณภาพของผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปที่ได้รับจากวิธีนี้ไม่สูงและใช้เวลามากกว่า 30 ชั่วโมงกว่าที่พลวงไตรออกไซด์จะละลายในกรดอะซิติก ต่อมาพลวงอะซิเตทได้รับการจัดทำขึ้นโดยการทำปฏิกิริยาพลวงโลหะพลวงไตรคลอไรด์หรือทริโอไซด์พลวงกับอะซิติกแอนไฮไดรด์โดยไม่จำเป็นต้องมีตัวแทนขาดน้ำ
1. มถึงไตรคลอไรด์
ในปี 1947, H. Schmidt และคณะ ในประเทศเยอรมนีตะวันตกได้เตรียม SB (CH3COO) 3 โดยการทำปฏิกิริยา SBCL3 กับอะซิติกแอนไฮไดรด์ สูตรปฏิกิริยามีดังนี้:
SBCL3+3 (CH3CO) 2O == SB (CH3COO) 3+3CH3COCL
2. วิธีการโลหะพลวง
ในปี 1954 Tapaybea ของอดีตสหภาพโซเวียตได้เตรียม SB (CH3COO) 3 โดยการทำปฏิกิริยาพลวงโลหะและ peroxyacetyl ในสารละลายเบนซีน สูตรปฏิกิริยาคือ:
SB ＋ (CH3COO) 2 == SB (CH3COO) 3
3. มถึงทริโอไซด์วิธีการ
ในปี 1957, F. Nerdel จากเยอรมนีตะวันตกใช้ SB2O3 เพื่อทำปฏิกิริยากับ acetic anhydride เพื่อผลิต SB (CH3COO) 3
SB2O3 (3 （CH3CO) 2O (2SB （CH3COO) 3
ข้อเสียของวิธีนี้คือคริสตัลมีแนวโน้มที่จะรวมเป็นชิ้นใหญ่และติดกับผนังด้านในของเครื่องปฏิกรณ์ส่งผลให้คุณภาพและสีของผลิตภัณฑ์ไม่ดี
4. วิธีการตัวทำละลายทรีโอไซด์พลวง
เพื่อเอาชนะข้อบกพร่องของวิธีการข้างต้นตัวทำละลายที่เป็นกลางมักจะถูกเพิ่มเข้ามาในระหว่างปฏิกิริยาของ SB2O3 และอะซิติกแอนไฮไดรด์ วิธีการเตรียมเฉพาะมีดังนี้:
(1) ในปี 1968 R. Thoms ของ บริษัท American Mosun Chemical ได้ตีพิมพ์สิทธิบัตรเกี่ยวกับการเตรียมการของพลวงอะซิเตท สิทธิบัตรที่ใช้ไซลีน (O-, M-, P-xylene หรือส่วนผสมของมัน) เป็นตัวทำละลายที่เป็นกลางในการผลิตผลึกชั้นดีของพลวงอะซิเตท
(2) ในปี 1973 สาธารณรัฐเช็กคิดค้นวิธีการผลิตพลวงที่ดีโดยใช้โทลูอีนเป็นตัวทำละลาย
iii. การเปรียบเทียบตัวเร่งปฏิกิริยาสามประการ
| พลวงทรีออกไซด์ | พลวงอะซิเตท | พลวง glycolate | |
| คุณสมบัติพื้นฐาน | ที่รู้จักกันทั่วไปว่าเป็นพลวงสีขาวสูตรโมเลกุล SB 2 O 3, น้ำหนักโมเลกุล 291.51, ผงสีขาว, จุดหลอมเหลว 656 ℃ เนื้อหาพลวงทฤษฎีอยู่ที่ประมาณ 83.53 % ความหนาแน่นสัมพัทธ์ 5.20g/ml ละลายได้ในกรดไฮโดรคลอริกเข้มข้นกรดซัลฟิวริกเข้มข้นกรดไนตริกเข้มข้นกรดทาร์ทาริกและสารละลายอัลคาไลไม่ละลายในน้ำแอลกอฮอล์กรดซัลฟูริกเจือจาง | สูตรโมเลกุล SB (AC) 3, น้ำหนักโมเลกุล 298.89, ปริมาณพลวงทางทฤษฎีประมาณ 40.74 %, จุดหลอมเหลว 126-131 ℃, ความหนาแน่น 1.22G/mL (25 ℃), ผงสีขาวหรือสีขาวที่ละลายได้ง่ายในเอทิลีนกลี | สูตรโมเลกุล SB 2 (เช่น) 3 น้ำหนักโมเลกุลอยู่ที่ประมาณ 423.68 จุดหลอมเหลวคือ＞ 100 ℃ (ธ.ค. ) ปริมาณพลวงทางทฤษฎีอยู่ที่ประมาณ 57.47 %ลักษณะที่ปรากฏเป็นของแข็งผลึกสีขาวปลอดสารพิษ มันละลายได้ง่ายในเอทิลีนไกลคอล |
| วิธีการสังเคราะห์และเทคโนโลยี | การสังเคราะห์โดยวิธีการ 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 3NOTE: stibnite / iron ore | อุตสาหกรรมส่วนใหญ่ใช้วิธี SB 2 O 3 -solvent สำหรับการสังเคราะห์: SB2O3 ＋ 3 (CH3CO) 2O → 2SB (AC) 3 กระบวนการ: การไหลย้อนกลับ→การกรองร้อน→การตกผลึก o 3 ไม่สามารถอยู่ในสภาพเปียกและอุปกรณ์การผลิตจะต้องแห้ง | อุตสาหกรรมส่วนใหญ่ใช้วิธี SB 2 O 3 ในการสังเคราะห์: SB 2 O 3 +3EG → SB 2 (เช่น) 3 +3H 2 oprocess: การให้อาหาร (SB 2 O 3, สารเติมแต่งและเช่นการผลิตและความร้อนและการทำให้เกิดความร้อน กระบวนการจะต้องแยกออกจากน้ำเพื่อป้องกันการไฮโดรไลซิส ปฏิกิริยานี้เป็นปฏิกิริยาย้อนกลับและโดยทั่วไปปฏิกิริยาจะได้รับการส่งเสริมโดยใช้เอทิลีนไกลคอลส่วนเกินและกำจัดน้ำผลิตภัณฑ์ |
| ข้อได้เปรียบ | ราคาค่อนข้างถูกมันใช้งานง่ายมีกิจกรรมการเร่งปฏิกิริยาปานกลางและเวลาพอลิคอนเดรชั่นสั้น ๆ | พลวงอะซิเตทมีความสามารถในการละลายที่ดีในเอทิลีนไกลคอลและกระจายอย่างสม่ำเสมอในเอทิลีนไกลคอลซึ่งสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้งานของพลวง; พลวงอะซิเตทมีลักษณะของกิจกรรมการเร่งปฏิกิริยาสูงปฏิกิริยาการย่อยสลายน้อยลงความต้านทานความร้อนที่ดี ในเวลาเดียวกันการใช้พลวงอะซิเตทเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาไม่จำเป็นต้องมีการเพิ่มตัวเร่งปฏิกิริยาร่วมและตัวป้องกัน ปฏิกิริยาของระบบการเร่งปฏิกิริยาอะซิเตตพลวงนั้นค่อนข้างไม่รุนแรงและคุณภาพของผลิตภัณฑ์สูงโดยเฉพาะสีซึ่งดีกว่าระบบมณฑลทริโอไซด์ (SB 2 O 3) | ตัวเร่งปฏิกิริยามีความสามารถในการละลายสูงในเอทิลีนไกลคอล; พลวง zero-valent จะถูกลบออกและสิ่งสกปรกเช่นโมเลกุลเหล็กคลอไรด์และซัลเฟตที่ส่งผลกระทบต่อ polycondensation จะลดลงถึงจุดต่ำสุดกำจัดปัญหาของการกัดกร่อนไอออนอะซิเตตบนอุปกรณ์ SB 3+ ใน SB 2 (เช่น) 3 ปริมาณของ SB 3+ ที่มีบทบาทในการเร่งปฏิกิริยานั้นยิ่งใหญ่กว่า สีของผลิตภัณฑ์โพลีเอสเตอร์ที่ผลิตโดย SB 2 (เช่น) 3 ดีกว่าของ SB 2 O 3 สูงกว่าต้นฉบับเล็กน้อยทำให้ผลิตภัณฑ์ดูสว่างและขาวขึ้นเล็กน้อย |
| ความเสียเปรียบ | ความสามารถในการละลายในเอทิลีนไกลคอลไม่ดีเพียง 4.04% ที่ 150 ° C ในทางปฏิบัติเอทิลีนไกลคอลมากเกินไปหรืออุณหภูมิการสลายตัวเพิ่มขึ้นสูงกว่า 150 ° C อย่างไรก็ตามเมื่อ SB 2 O 3 ทำปฏิกิริยากับเอทิลีนไกลคอลเป็นเวลานานที่อุณหภูมิสูงกว่า 120 ° C การตกตะกอนของเอทิลีนไกลคอลอาจเกิดขึ้นได้และ SB 2 O 3 อาจลดลงเป็นบันไดโลหะในปฏิกิริยาการชดเชย polycondened ปรากฏการณ์ของการออกไซด์ของพลวง polyvalent เกิดขึ้นในระหว่างการเตรียม SB 2 O 3 และความบริสุทธิ์ที่มีประสิทธิภาพของพลวงได้รับผลกระทบ | เนื้อหาพลวงของตัวเร่งปฏิกิริยาค่อนข้างต่ำ สิ่งเจือปนของกรดอะซิติกแนะนำอุปกรณ์ที่กัดกร่อนทำให้เกิดมลพิษต่อสิ่งแวดล้อมและไม่เอื้อต่อการบำบัดน้ำเสีย กระบวนการผลิตมีความซับซ้อนสภาพแวดล้อมการดำเนินงานไม่ดีมีมลพิษและผลิตภัณฑ์นั้นง่ายต่อการเปลี่ยนสี มันง่ายที่จะสลายตัวเมื่อความร้อนและผลิตภัณฑ์ไฮโดรไลซิสคือ SB2O3 และ CH3COOH เวลาที่อยู่อาศัยของวัสดุมีความยาวโดยเฉพาะอย่างยิ่งในขั้นตอนสุดท้าย polycondensation ซึ่งสูงกว่าระบบ SB2O3 อย่างมีนัยสำคัญ | การใช้ SB 2 (เช่น) 3 เพิ่มต้นทุนตัวเร่งปฏิกิริยาของอุปกรณ์ (การเพิ่มขึ้นของต้นทุนสามารถชดเชยได้หาก 25% ของ PET ใช้สำหรับการหมุนตัวเองของเส้นใย) นอกจากนี้ค่า B ของสีผลิตภัณฑ์เพิ่มขึ้นเล็กน้อย |