Το τερεφθαλικό πολυβουτυλένιο (PBT) είναι ένας θερμοπλαστικός πολυεστέρας υψηλής απόδοσης-που χρησιμοποιείται ευρέως σε τομείς όπως τα ηλεκτρονικά, οι ηλεκτρικές συσκευές, η αυτοκινητοβιομηχανία και τα μηχανήματα. Η διαδικασία παραγωγής για το τερεφθαλικό πολυβουτυλένιο περιγράφεται λεπτομερώς παρακάτω.
Παρασκευή Πρώτων Υλών
Οι κύριες πρώτες ύλες για την παραγωγή τερεφθαλικού πολυβουτυλενίου είναι το τερεφθαλικό οξύ (PTA) και η 1,4-βουτανοδιόλη (BDO). Το PTA είναι ένα λευκό κρυσταλλικό στερεό ή σκόνη που απαιτεί υψηλή καθαρότητα - τυπικά άνω του 99%. Το BDO είναι ένα άχρωμο, παχύρρευστο υγρό. Η ποιότητα και η καθαρότητά του πρέπει επίσης να διασφαλίζονται για να διευκολυνθεί η επακόλουθη αντίδραση. Πριν ξεκινήσει η παραγωγή, οι πρώτες ύλες υποβάλλονται σε αυστηρό ποιοτικό έλεγχο και προεπεξεργασία για την απομάκρυνση των ακαθαρσιών και της υγρασίας.
Διαδικασία παραγωγής άμεσης εστεροποίησης
1. Αντίδραση εστεροποίησης
Το PTA και το BDO φορτώνονται σε έναν αντιδραστήρα εστεροποίησης σε μια συγκεκριμένη μοριακή αναλογία (συνήθως κυμαινόμενη από 1:1,1 έως 1:1,5). Μέσα στον αντιδραστήρα, το PTA και το BDO υφίστανται εστεροποίηση παρουσία ενός καταλύτη για την παραγωγή δις(4-υδροξυβουτυλ)τερεφθαλικού εστέρα (BHBT) και νερού. Οι συνήθεις καταλύτες περιλαμβάνουν τύπους με βάση το τιτάνιο-και το αντιμόνιο-. Οι καταλύτες με βάση το τιτάνιο ευνοούνται για την υψηλή τους δράση και τους γρήγορους ρυθμούς αντίδρασης. Η θερμοκρασία αντίδρασης γενικά διατηρείται μεταξύ 220 βαθμών και 250 βαθμών, με την πίεση να διατηρείται σε ατμοσφαιρικά ή ελαφρώς θετικά επίπεδα. Καθ' όλη τη διάρκεια της αντίδρασης, το παραγόμενο νερό αποστάζεται συνεχώς για να οδηγήσει την αντίδραση προς τα εμπρός.
2. Αντίδραση πολυσυμπύκνωσης
Το ΒΗΒΤ που λαμβάνεται από το στάδιο της εστεροποίησης μεταφέρεται σε έναν αντιδραστήρα πολυσυμπύκνωσης. Υπό συνθήκες υψηλής θερμοκρασίας (240–260 μοίρες) και υψηλού κενού (κάτω από 100 Pa), το BHBT υφίσταται πολυσυμπύκνωση για να σχηματίσει τερεφθαλικό πολυβουτυλένιο και 1,4-βουτανοδιόλη. Καθώς η αντίδραση προχωρά, το μοριακό βάρος του πολυμερούς αυξάνεται σταδιακά. Μικρές ποσότητες σταθεροποιητών και αντιοξειδωτικών τυπικά προστίθενται για τη βελτίωση της ταχύτητας αντίδρασης και της ποιότητας του πολυμερούς. Η αντίδραση πολυσυμπύκνωσης απαιτεί σχετικά μεγάλη διάρκεια, που κυμαίνεται γενικά από 2 έως 4 ώρες.
3. Δημοσίευση-επεξεργασία
Μετά την ολοκλήρωση της αντίδρασης πολυσυμπύκνωσης, το τήγμα πολυμερούς εξωθείται από τον αντιδραστήρα και υφίσταται μετα{0}}στάδια επεξεργασίας-όπως ψύξη και σφαιροποίηση-για να δώσει σφαιρίδια τερεφθαλικού πολυβουτυλενίου (PBT). Η ψύξη συνήθως επιτυγχάνεται μέσω νερού ή αέρα για να στερεοποιηθεί γρήγορα το τήγμα του πολυμερούς. Ένας σφαιροποιητής κόβει τους ψυχμένους κλώνους πολυμερούς σε ομοιόμορφα σφαιρίδια, διευκολύνοντας την αποθήκευση και τη μεταφορά.
Διαδικασία παραγωγής μετεστεροποίησης
1. Αντίδραση μετεστεροποίησης
Η διαδικασία μετεστεροποίησης χρησιμοποιεί τερεφθαλικό διμεθυλεστέρα (DMT) και 1,4-βουτανοδιόλη ως πρώτες ύλες. Το DMT και η 1,4-βουτανοδιόλη φορτώνονται στον αντιδραστήρα μετεστεροποίησης σε συγκεκριμένες αναλογίες, όπου η αντίδραση προχωρά παρουσία ενός καταλύτη (όπως ένα οξικό άλας). Η θερμοκρασία αντίδρασης γενικά διατηρείται μεταξύ 180 βαθμών και 220 βαθμών. Η μεθανόλη παράγεται ως υποπροϊόν. Η συνεχής απόσταξη της μεθανόλης οδηγεί την αντίδραση προς το σχηματισμό τερεφθαλικού δις(4-υδροξυβουτυλεστέρα).
2. Πολυσυμπύκνωση και μετα{1}}επεξεργασία
Τα επόμενα στάδια πολυσυμπύκνωσης και μετα{0}}επεξεργασίας για το δις(4-υδροξυβουτυλ) τερεφθαλικό που λαμβάνεται μέσω της μετεστεροποίησης είναι ουσιαστικά τα ίδια με εκείνα της διαδικασίας άμεσης εστεροποίησης. Η πολυσυμπύκνωση πραγματοποιείται υπό συνθήκες υψηλής-θερμοκρασίας και υψηλού κενού, που ακολουθείται από ψύξη και σφαιροποίηση για να ληφθεί το τελικό προϊόν.
Σύγκριση των δύο παραγωγικών διαδικασιών
Η διαδικασία άμεσης εστεροποίησης προσφέρει τα πλεονεκτήματα του σχετικά χαμηλού κόστους πρώτων υλών (χρησιμοποιώντας τερεφθαλικό οξύ), λιγότερα στάδια αντίδρασης και υψηλή απόδοση παραγωγής. Ωστόσο, απαιτεί υψηλή καθαρότητα πρώτης ύλης και περιλαμβάνει αυστηρές συνθήκες αντίδρασης. Η διαδικασία μετεστεροποίησης επωφελείται από σχετικά ήπιες συνθήκες αντίδρασης και χαμηλότερες απαιτήσεις καθαρότητας πρώτης ύλης. Αντίθετα, βασίζεται στο πιο ακριβό DMT και παράγει μεθανόλη ως υποπροϊόν, κάτι που απαιτεί ανάκτηση και θεραπεία.