新型钛系聚酯催化剂的制备和应用研究

摘要

以钛酸异丙酯为主要原料，和其他金属化合物在碱性条件下共水解，合成了用于对苯二甲酸乙二醇酯(PET)酯化和缩聚反应的多相钛系催化剂。 运用正交试验的方法，详细考察了碱性水解法中溶剂量、水解液的pH值、水用量、滴加时间等制备条件对催化剂收率、活性和PET产品性能的影响。对制备的多相钛系催化剂进行了水敏感性、粒径及分布、热性能、在乙二醇中的溶解度等多方面的性能考察，确定了催化剂的组成及制备方法。 采用对苯二甲酸(PTA)和乙二醇(EG)为原料直接酯化的工艺路线，以优选确定的催化剂，进行PET的合成实验。详细考察了催化剂用量及加入方式、稳定剂用量、聚合温度、搅拌转速、消光剂用量等不同工艺条件下催化剂的聚合规律。对钛系催化剂合成的PET产品，在常规切片性能、DSC热分析曲线、分子量及其分布和热稳定性能等方面，与传统锑系催化剂产品作了比较。 结果表明：制备的多相钛系催化剂，克服了传统钛系催化剂选择性差、聚酯产品b值偏高的缺点；新催化剂性能稳定、易贮运，能作为合成PET的对环境友好的缩聚催化剂；催化剂用量小，以原料PTA计仅为20μg/g；催化活性高，仅为传统锑系催化剂用量的1/15；合成的PET切片的内在质量优于Sb2O3，不低于Sb(Ac)3和Sb2(EG)3，热稳定性和可纺性等良好。 最后考核了多相钛系催化剂在5000t/a半连续工业装置上的聚合试验，以及所生产切片在6000t/a工业装置上的纺丝试验情况。试验表明：采用多相钛系催化剂与Sb2O3复配使用的方法，完全满足半连续PET生产装置的工艺要求，生产的切片质量更优；所生产的切片完全满足切片纺生产装置的工艺要求，满卷率和制成率提高，成品丝的内在质量指标有所提高；钛系催化剂具有良好的工业应用前景，能够产生可观的经济和社会效益。

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前言

第一章文献综述

1.1聚酯缩聚催化剂的研究进程

1.2聚酯缩聚反应机理

1.3各类聚酯缩聚催化剂的特点

1.4聚酯缩聚催化剂的研究目标

1.5 Ti系催化剂的研制思路及分类

1.6 Ti系催化剂的研究开发进展

1.6.1国外研究开发状况

1.6.2国内研究开发进展

1.7本论文工作的提出及主要内容

第二章实验部分

2.1多相钛系催化剂的制备实验

2.1.1实验原料及规格

2.1.2催化剂的制备流程

2.2多相钛系催化剂的性能测试

2.2.1多相催化剂的常规性能测试

2.2.2对微量水的敏感性试验

2.2.3 乙二醇中的溶解度试验

2.2.4催化剂的热性能测试

2.3催化剂在PET合成中的应用评价

2.3.1原料及规格

2.3.2 2L聚合釜试验

2.3.3缩聚反应速度的研究方法

2.4聚酯切片性能的分析与测试

第三章催化剂的制备

3.1制备双组分催化剂的正交实验

3.2主要原料的选用

3.3双组分催化剂中钛含量对催化性能的影响

3.4干燥条件对催化剂活性的影响

3.5其他组分的复配

第四章多相钛系催化剂的性能考察

4.1.多相钛系催化剂的常规性能

4.2对微量水的敏感性

4.3 乙二醇中的溶解度

4.4催化剂的热性能

4.5小结

第五章多相钛系催化剂的小试聚合评价

5.1催化剂用量对酯化反应的影响

5.2催化剂加入方式对酯化反应的影响

5.3催化剂用量对缩聚反应的影响

5.4催化剂加入方式与时间对缩聚反应的影响

5.5不同磷酸三甲酯用量对催化效果的影响

5.6聚合温度对催化效果的影响

5.7搅拌转速对催化效果的影响

5.8消光剂对TY催化效果的影响

5.9小结

第六章钛系催化剂体系对聚酯内在质量的影响

6.1与锑系催化剂的比较

6.2 DSC热分析曲线

6.3热稳定性能

6.4分子量及其分布

6.5 小结

第七章工业化聚合试验和纺丝试验情况

7.1 5000t/a半连续装置工业聚合试验

7.1.1工业化聚合试验的工艺条件

7.1.2工业聚合试验结果

7.2 6000t/a装置的POY纺丝试验

7.2.1纺丝试验的工艺条件

7.2.2纺丝试验中的切片粘度降

7.2.3组件压力及熔体过滤器前后压差的变化

7.2.4飘丝次数

7.2.5纺丝成品情况

7.2.6纺丝试验小结

第八章结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢