采用增粘剂制备聚对苯二甲酸乙二醇酯的方法

摘要

本发明涉及一种化学制品的生产方法，具体地说是一种采用增粘剂制备聚对苯二甲酸乙二醇酯的方法。按照本发明提供的技术方案，所述方法如下：以对苯二甲酸和乙二醇为基本原料，按摩尔比1∶1～2.5制备成浆料，通过浆料泵将所述浆料加入到反应釜内进行酯化反应，生成齐聚物；再经泵将酯化反应后的齐聚物通过齐聚物管线注入预缩聚反应釜内，在所述齐聚物管线上应同时利用计量泵添加添加剂；生成的产物进入最终缩聚反应釜，最终缩聚反应釜的反应温度为285～295℃，真空度≤1mmHg，反应时间为0.5～5小时，形成聚对苯二甲酸乙二醇酯。本发明可以缩短缩聚反应时间及SSP时间。

说明书

技术领域

本发明涉及一种化学制品的生产方法，具体地说是一种采用增粘剂制备聚对苯二甲酸乙二醇酯的方法。

背景技术

聚对苯二甲酸乙二醇酯(简称聚酯，即polyethylene terephthalate，PET)有着优良的物理化学性能和广泛的用途，现已在涤纶纤维、食品用瓶、日用品瓶包装(如酒类、饮料、食用油、调味品、药品、日用化妆品、薄膜、胶片、工程塑料等)得到了应用。已成为产量最大、品种最多的聚酯产品，不断取代其他塑料和纤维，聚酯工业一直是我国化纤工业发展的重点，年增长率保持在10％以上。目前世界聚酯产量3250万吨，我国聚酯产量1220万吨，其中瓶用聚酯产量570万吨。根据添加剂、工艺条件等的不同，可以制成纤维用聚酯和瓶用聚酯两大类产品。聚酯是由对苯二甲酸(简称PTA，下同)和乙二醇(简称EG，下同)为原料先经过酯化反应再经过真空缩聚反应制得的，瓶用PET需要进一步固相增粘(soild state polymerization，简称SSP，下同)过程制得。PET的生产是一类耗能产业，全球越来越多的聚酯厂家不断研究，PET生产过程中如何降低能量消耗，纷纷寻求降低聚酯成本的有效途径。目前国际先进PTA法已成为主要生产工艺和发展的方向，世界上主要聚酯生产厂商极具代表性的有：美国杜邦、德国ZIMMER、瑞士INVENTA、日本钟纺等，但是，所不同的是美国杜邦公司采用三釜流程(酯化釜、预缩聚釜、终缩聚釜)技术，而其他技术为五釜流程(第一酯化釜、第二酯化釜、预缩聚釜、缩聚釜、终缩聚釜)，然而，不论是哪种途径，多存在着高耗能的不足，根据产业化数据，三釜流程中缩聚过程所需要的能耗占产品能源消耗的50％～60％左右，SSP消耗能源占产品能源消耗的30％～40％左右，已成为当今世界聚酯高能耗需解决的重点难题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种缩短缩聚反应时间、缩短SSP时间的新型高效节能的采用增粘剂制备聚对苯二甲酸乙二醇酯的方法。

按照本发明提供的技术方案，所述采用增粘剂制备聚对苯二甲酸乙二醇酯的方法如下：

以对苯二甲酸和乙二醇为基本原料，按摩尔比1:1～2.5制备成浆料，搅拌均匀后，通过浆料泵将所述浆料加入到反应釜内进行酯化反应，反应时间为0.5～6小时，温度250～280℃，生成齐聚物；再经泵将酯化反应后的齐聚物通过齐聚物管线注入预缩聚反应釜内，在所述齐聚物管线上应同时利用计量泵添加添加剂；预缩聚反应釜的反应温度在270～296℃，真空度为0.5～20mmHg，反应时间为0.5～6小时；生成的产物进入最终缩聚反应釜，最终缩聚反应釜的反应温度为285～295℃，真空度≤1mmHg，反应时间为0.5～5小时，形成聚对苯二甲酸乙二醇酯。

所述添加剂包括增粘剂和催化剂；所述催化剂在聚对苯二甲酸乙二醇酯中的含量小于等于250ppm。

所述添加剂还可以包括共聚物、二甘醇、稳定剂及调色剂中的一种或几种物质。

所述增粘剂主要包括改性过的苯乙烯丙烯酸共聚物与偏苯三酸酐；添加时，将改性过的苯乙烯丙烯酸共聚物与偏苯三酸酐溶解在乙酸乙酯里，形成溶液，所述溶液的浓度是0.1～2克/毫升，再将所述溶液添加到齐聚物管线上，所述溶液的添加量为聚对苯二甲酸乙二醇酯的0.1％～1％，单位是质量百分数。

所述催化剂为金属化合物；所述金属化合物包括锑系、锗系、钛系、铝系或钴系化合物。

在所述改性过的苯乙烯丙烯酸共聚物的侧链上含有3～9个环氧基团。

所述共聚物为间苯二甲酸，间苯二甲酸的添加量为聚对苯二甲酸乙二醇酯的0.5％～5％，单位为质量百分数。

所述添加剂先分别溶于乙二醇中，在常温或加热到100℃±10℃并搅拌5±2小时，制成各自的混合液，再进行添加。

所述稳定剂为多聚磷酸，所述稳定剂在聚对苯二甲酸乙二醇酯中的含量小于等于30ppm；所述调色剂为颜料。

所述齐聚物的特性粘度在0.3～0.6dL/g。

本发明通过在酯化反应后加入一定量的高效节能增粘剂，主要原理是，传统高粘度聚酯的分子结构是线状的，而采用本发明制得的聚酯的分子结构是网状的且快速形成的，因此制品强度高，而且缩聚时间短。根据实验后得出：在SSP前，特性粘度(聚酯切片的主要质量指标之一)可达到0.718dL/g，注塑吹瓶后瓶子的强度相当于传统方法生产的特性粘度是0.814dL/g的聚酯切片，而且传统方法制得的特性粘度是0.80dL/g的聚酯切片必须经过SSP装置。因此，本发明具有高效节能的显著效果，且可以省略SSP装置。

本发明的与传统方法聚酯合成表现的高效节能效果比较如下：

 

项目本发明比传统的缩聚反应时间减少25％SSP时间减少20-80％，或者可以省去SSP装置

从上表可以看出，本发明通过对添加剂组分的改进，最终降低了聚酯合成的能源消耗，解决了长期以来传统制备聚对苯二甲酸乙二醇酯的高能耗问题。另外，制品透明性好，刚性强，一旦在全国范围推广，将给聚酯行业带来巨大的贡献。

具体实施方式

所述采用增粘剂制备聚对苯二甲酸乙二醇酯的方法如下：

以对苯二甲酸和乙二醇为基本原料，按摩尔比1∶1～2.5制备成浆料，搅拌均匀后，通过浆料泵将所述浆料加入到反应釜内进行酯化反应，反应时间为0.5～6小时，温度250～280℃，生成齐聚物；再经泵将酯化反应后的齐聚物通过齐聚物管线注入预缩聚反应釜内，在所述齐聚物管线上应同时利用计量泵添加添加剂；预缩聚反应釜的反应温度在270～296℃，真空度为0.5～20mmHg，反应时间为0.5～6小时；生成的产物进入最终缩聚反应釜，最终缩聚反应釜的反应温度为285～295℃，真空度≤1mmHg，反应时间为0.5～5小时，形成聚对苯二甲酸乙二醇酯。

所述添加剂包括增粘剂和催化剂；所述催化剂在聚对苯二甲酸乙二醇酯中的含量小于等于250ppm。此外，所述添加剂还可以包括共聚物、二甘醇、稳定剂及调色剂中的一种或几种物质。

所述增粘剂主要包括改性过的苯乙烯丙烯酸共聚物与偏苯三酸酐；添加时，将改性过的苯乙烯丙烯酸共聚物与偏苯三酸酐溶解在乙酸乙酯里，形成溶液，所述溶液的浓度是0.1～2克/毫升，再将所述溶液添加到齐聚物管线上，所述溶液的添加量为聚对苯二甲酸乙二醇酯的0.1％～1％，单位是质量百分数。

所述催化剂为金属化合物；所述金属化合物包括锑系、锗系、钛系、铝系或钴系化合物。在所述改性过的苯乙烯丙烯酸共聚物的侧链上含有3～9个环氧基团。所述共聚物为间苯二甲酸，间苯二甲酸的添加量为聚对苯二甲酸乙二醇酯的0.5％～5％，单位为质量百分数。

所述共聚物、二甘醇、稳定剂及调色剂等添加剂先分别溶于乙二醇中，在常温或加热到100℃±10℃并搅拌5±2小时，制成各自的混合液，再进行添加。

所述稳定剂为多聚磷酸，所述稳定剂在聚对苯二甲酸乙二醇酯中的含量小于等于30ppm；所述调色剂为颜料。所述齐聚物的特性粘度在0.3～0.6dL/g。

下面参见表1，描述本发明的一个实施例。

以对苯二甲酸和乙二醇为基本原料，按摩尔比1：2.0制备成浆料，搅拌均匀后，通过浆料泵加入到反应釜内进行酯化反应，反应时间为2小时，温度256℃生成齐聚物，得到聚酯的特性粘度(聚酯的主要质量指标之一)在0.37dL/g，再经泵将酯化反应后的齐聚物通过齐聚物管线注入预缩聚反应釜内，在所述齐聚物管线上应同时利用计量泵添加添加剂，缩聚釜反应温度在276℃，真空度为26mmHg，反应时间为2小时，然后产物进入最终缩聚釜，最终缩聚釜的反应温度为288℃，真空度为0.9mmHg，反应时间为2小时，经快速冷却、切粒、干燥后，得到聚对苯二甲酸乙二醇酯(简称聚酯或PET)的无定型切片，取样后测出其特性粘度为0.718dL/g，经压缩空气输送到SSP车间进行固相增粘，制得的瓶用聚酯切片的特性粘度为0.823dL/g。

所述添加剂中的增粘剂可以采用申请人生产的GN-PET-5500高效节能增粘剂，该增粘剂主要包括改性过的苯乙烯丙烯酸共聚物(侧链上含有3～9个环氧基团)、偏苯三酸酐组合而成，将其溶解在乙酸乙酯里，按0.2克/毫升溶解，将溶液添加管线上到聚酯合成的量为0.1％/PET。

所述添加剂中的共聚物是采用间苯二甲酸(IPA)，其添加量为PET的2.5％。所述各添加剂(共聚物、二甘醇、稳定剂及调色剂)先分别溶于乙二醇中，常温或加热到100℃±10℃并搅拌5±2小时，制成各自的混合液，再通过泵和注入器添加到上述齐聚物中，进入预缩聚反应釜。

本发明通过在酯化反应后加入一定量的GN-PET-5500高效节能增粘剂，主要原理是，传统高粘度聚酯的分子结构是线状的，而采用本发明制得的聚酯的分子结构是网状的且快速形成的，因此制品强度高，而且缩聚时间短。根据实验后得出：在SSP前，特性粘度(聚酯切片的主要质量指标之一)可达到0.718dL/g，注塑吹瓶后瓶子的强度相当于传统方法生产的特性粘度是0.814dL/g的聚酯切片，而且传统方法要得到特性粘度是0.80dL/g或以上的聚酯切片必须经过SSP装置。因此，本发明具有高效节能的显著效果，且可以省略SSP装置。本发明产品的SSP前后与传统方法制备的聚酯切片的性能指标对比后，数据如表1所示。

表1

从上表可以看出，本发明产品比其他产品指标较好，最终降低了聚酯合成的能源消耗，解决了长期以来传统制备聚对苯二甲酸乙二醇酯的高能耗问题。另外，制品透明性好，刚性强，一旦在全国范围推广，将给聚酯行业带来巨大的贡献。