聚酯(PET)既可由對苯二甲酸二甲酯(DMT)與乙二醇(EG)反應(yīng)制得,也可由對苯二甲酸(PTA)與乙二醇反應(yīng)制得。目前,世界各國PET生產(chǎn)采用的技術(shù)路線主要就是這兩種,稱為DMT法(也稱酯交換法)和PTA法(直接酯化法)。
DMT法是采用對苯二甲酸二甲酯(DMT)與乙二醇(EG)進行酯交換反應(yīng),然后縮聚成為PET。PTA法采用高純度的對苯二甲酸(PTA)或中純度對苯二甲酸(MTA)與乙二醇(EG)直接酯化,縮聚成聚酯。這種直接酯化法是自1965年阿莫科公司對粗對苯二甲酸精制獲得成功后發(fā)展起來,此后發(fā)展迅速,PET生產(chǎn)也隨之得到了很快的發(fā)展。
由于PTA法較DMT法優(yōu)點更多(原料消耗低,EG回收系統(tǒng)較小,不副產(chǎn)甲醇,生產(chǎn)較安全,流程短,工程投資低,公用工程消耗及生產(chǎn)成本較低,反應(yīng)速度平緩,生產(chǎn)控制比較穩(wěn)定)等,目前世界PET總生產(chǎn)能力中大多采用PTA法。
20世紀60年代初,PET的生產(chǎn)以間歇法為主。60年代后,西歐各國、日本繼美國之后,也成功地開發(fā)出了連續(xù)化生產(chǎn)技術(shù),由于連續(xù)化工藝較間歇法工藝優(yōu)越,產(chǎn)量大、質(zhì)量好、可直接紡絲、產(chǎn)品成本低,所以得到迅速發(fā)展。目前已成為PET生產(chǎn)的主流。70年代以后建的PET裝置,規(guī)模大的都采用連續(xù)化工藝。進入80年代以后,新建的PET裝置即以PTA法的連續(xù)化為主。另外,隨著PET工業(yè)用絲及瓶用的發(fā)展,又出現(xiàn)了PET固相縮聚增粘技術(shù)、而且其工藝也有間歇和連續(xù)法之分。
PET樹脂有很多專利生產(chǎn)技術(shù),無論是酯化和縮聚過程(熔融相)還是生產(chǎn)較高粘度瓶用樹脂的固相聚都有很多不同的工藝。其中熔融聚合方法的主要技術(shù)持有公司有吉瑪公司、帝人公司、Kanebo公司、Ems-Inventa公司、John Brown Deutsche公司、杜邦公司以及Sunkyong公司等;固相縮聚方法的主要技術(shù)持有公司有吉瑪公司、Bepex公司、Hosokawa公司、卡爾菲休公司、Sinco公司、Buehler公司以及Sunkyong公司等。
(l)PTA直接酯化工藝。如果采用PTA為原料,PET聚酯聚合物的生產(chǎn)主要有以下兩步反應(yīng):第一步是PTA與EG進行酯化反應(yīng),生成對苯二甲酸乙二酯(BHET);第二步是BHET在催化劑作用下發(fā)生縮聚反應(yīng)生成PET。酯化反應(yīng)階段,為了縮短反應(yīng)時間,酯化反應(yīng)的反應(yīng)壓力要高于大氣壓力,反應(yīng)溫度要高于醇的沸點。具體反應(yīng)中所用的醇與TPA的摩爾比為1.1:1-2:1,反應(yīng)采用的溫度為258-263℃??s聚反應(yīng)的反應(yīng)溫度須高于聚合物的熔化溫度(260-265℃),低于300℃(當溫度達到這個值時,聚合物開始出現(xiàn)降解),因此縮聚反應(yīng)最合適的溫度范圍是275-290℃??s聚反應(yīng)的反應(yīng)時間至少為2個小時,具體視反應(yīng)器不同而有所不同。這個反應(yīng)的反應(yīng)常數(shù)較小,因此在反應(yīng)過程中還須盡快地除去反應(yīng)所生成的乙二醇,打破反應(yīng)平衡,促使反應(yīng)繼續(xù)向右進行,否則不但會影響反應(yīng)速度,而且聚合度也提不高。因此縮聚要求在真空下進行,特別是縮聚后期要求在高真空度下進行,同時應(yīng)盡量增加蒸發(fā)表面。
一些用于酯化反應(yīng)或酯交換反應(yīng)的催化劑也可用于縮聚反應(yīng)。在眾多的催化劑中, 三氧化銻和乙酸銻是最常用的種類,它們在縮聚反應(yīng)的高溫下有效(275-290℃),并不受亞磷酸類穩(wěn)定劑的影響。這些催化劑可同酯化反應(yīng)催化劑一起在反應(yīng)初始時加入,也可在酯化反應(yīng)后加入反應(yīng)器中。
(2)伊文達-費休聚酯反應(yīng)器技術(shù)。EMS伊文達-費休(Inventa-Fisher)公司開發(fā)了創(chuàng)新的聚酯反應(yīng)器技術(shù),可降低生產(chǎn)聚酯的原材料消耗和提高產(chǎn)率。這種稱為ESPRE的塔式反應(yīng)器可使轉(zhuǎn)化費用降低26%,提高銷售收益22%和改進聚酯質(zhì)量。該反應(yīng)器可靈活地用于PET、PTT、PEN和PBT及其共聚酯。在新工藝中,酯化和縮聚同時在降低了壓力和溫度的條件下進行,有利于反應(yīng)。采用反應(yīng)氣體或惰性氣體完成相互混合,避免了機械混合,反應(yīng)體系自動進行。利用新反應(yīng)器的反應(yīng)體系,可避免產(chǎn)生副產(chǎn)物和反應(yīng)死區(qū),同時可達到優(yōu)化的分子量分布的目標。目前,這種新技術(shù)除已有一套1噸/日的中型裝置外,還有三套聚酯裝置采用新的反應(yīng)器技術(shù),德國240噸/日裝置正在建設(shè)中,荷蘭180噸/日裝置處于基礎(chǔ)工程階段,中國臺灣120噸/日裝置已決定采用這種反應(yīng)器。
(3)聚酯聚合催化劑。目前世界絕大多數(shù)PET聚酯生產(chǎn)裝置仍采用銻類的催化劑,銻催化劑用量約占90%,其它還有鍺和鈦類催化劑,盡管這些銻類催化劑的催化效果很好,但隨著人們認識的提高,銻的毒性問題愈來愈受到人們關(guān)注。因此近年來PET非銻催化劑研究非?;钴S。杜邦、東洋紡、帝人、吉瑪、Acordis、Synetix等公司紛紛推出無銻無重金屬環(huán)保型催化劑。PET非銻催化劑開發(fā)引人注目的有以下一些:ACORDIS公司的C-94催化劑、吉瑪公司Ecocat的催化劑、東洋紡績公司新聚酯催化劑、帝人公司的新型鈦類聚酯催化劑技術(shù)等。隨著人類對環(huán)保的認識和要求的提高,這類催化劑開發(fā)將有廣闊的前景。