间苯二甲酸在瓶级聚酯生产中的作用及在线添加方式

合成纤维 S y n t h e t i c F i b e r i nC h i n a2 0 1 3 年第 4 2 卷第 8 期 收稿日期：2013-06-14 作者简介：季丽娜 （ 1982），女，汉族，河北人，工程师，从事 化工、化纤工程设计工作。 季丽娜 （ 中国昆仑工程公司，北京 100037 ） 摘要：瓶级聚酯切片生产中需要加入间苯二甲酸 （ IPA ），简要介绍了 IPA 的添加对反应过程及产物 性能的影响，以及在实际生产中，如何通过在线添加酯化物的方式控制一头两尾不同生产线上瓶级聚酯 熔体中 IPA 的含量。 关键词： 瓶级聚酯；间苯二甲酸；在线添加 中图分类号：TQ342.21文献标志码：B文章编号：1001-7054 （ 2013 ） 08-0038-04 在瓶级聚酯 （ PET ） 切片生产中加入间苯二甲 酸 （ IPA ），其目的一是降低 PET 大分子排列的规 整性，使其结晶速度、加工温度降低；二是改进注 塑、吹瓶时的加工性能，增加瓶胚、瓶子的透明 性。IPA 作为第三组分参加反应，同样也参与量比 控制。本文就 IPA 的添加对反应过程及产物性能的 影响，以及如何通过在线添加 IPA 酯化物的方式控 制在一头两尾不同品种的生产线上瓶级聚酯熔体中 IPA 的含量做简要介绍。 1IPA 的添加对反应过程及产物性 能的影响 1.1添加 IPA 对酯化、 缩聚反应的影响 试验研究表明：相对于普通的对苯二甲酸 （ PTA ） 与乙二醇 （ EG ） 的酯化反应，添加第三组 分 IPA 可以降低酯化反应活化能，缩短反应时间， 且随着 IPA 添加量的增加，影响程度也增加；另一 方面，含 IPA 的共聚酯缩聚反应比不加 IPA 的普通 PET 的缩聚反应时间稍长，且随着 IPA 添加量的增 加，反应时间逐渐增加。 1.2添加 IPA 对产物性能的影响 在这里，主要从以下几方面讨论 IPA 的添加 对产物性能的影响：热转化温度 （ 包括玻璃化转变 温度Tg、冷结晶温度Tcc、熔点Tm）、端羧基含量、 二甘醇含量及熔体黏度。 1.2.1 热转化温度 （ 1 ） 添加 IPA 的共聚酯的Tg比普通 PET 的Tg 低； （ 2 ） 添加 IPA 的共聚酯的Tcc比普通 PET 的Tcc 高，说明难以结晶；随着 IPA 添加量的增加，Tcc 呈递增的趋势，结晶能力逐渐降低，当 IPA 含量超 过某一特定量后，样品已无冷结晶峰。 （ 3 ） 添加 IPA 的共聚酯的Tm比普通 PET 的Tm 低，且随着 IPA 添加量的增加而降低。 分析其原因：添加 IPA 后，由于添加的间位 结构组分破坏了原有 PET 大分子链的规整性，大 分子间的作用力下降，从而加强了链段的活动能 力，使高分子链段在较低的温度下就能运动，所以 Tg、Tm都有所下降；另一方面，加入 IPA 同时增加 了空间位阻效应，这些都阻碍了大分子链的运动能 力，使晶核周围的大分子链排入晶格的难度加大， 从而导致晶粒生长能力的降低，所以需要较高的温 度给大分子链提供充分的热能，大分子才能够运动 排成有序的晶格。 1.2.2 端羧基含量 PET 中端羧基的含量可以作为衡量 PET 稳定 性的一个量值。通过羧基含量的测定，可以了解聚 间苯二甲酸在瓶级聚酯生产中的作用及在线添加方式 3 8 DOI:10.16090/ki.hcxw.2013.08.023 2 0 1 3 , 4 2 ( 8 ) 合物的降解情况。IPA 的加入，破坏了原有 PET 大 分子链的规整性，使大分子的热稳定性能降低，端 羧基生成量增加。 1.2.3 二甘醇含量 试验研究表明，含 IPA 的共聚酯中的二甘醇 含量比纯 PET 中的高。 1.2.4 熔体黏度 含 IPA 的共聚酯熔体仍为切力变稀流体，但 熔体黏度降低，并且随着 IPA 含量的增加，共聚酯 的熔体黏度呈下降的趋势。这是因为 IPA 的加入破 坏了大分子的规整性，分子间间距增大，增加了分 子链的柔性，分子的活动能力增强，从而使表观黏 度下降。所以共聚酯加工温度要低一些，这样才能 使加工顺利进行。 2IPA 酯化物的在线添加 对于单一生产瓶片的生产线，可以在浆料调 配过程中按比例加入 IPA，形成 PTA-IPA 浆料参 与反应。为了适应市场的需求，在提高生产线柔性 的同时降低投资成本，可以采取一头两尾的方式生 产两种不同的品种。下面以一头两尾同时生产 PET 瓶级切片和膜级切片的直接酯化、连续缩聚工艺技 术路线为例，介绍酯化物在线添加技术。 2.1工艺路线介绍 综合考虑合成瓶级 PET 熔体和膜级 PET 熔体 的相似性和差异性，设计上采用两条生产线共用第 一酯化反应器和第二酯化反应器，但分别独立设置 预缩聚和终缩聚反应器及其真空系统。同时，单独 设立 IPA 调配 （ 调配时加入一定比例的 PTA ）、IPA 酯化系统及其相应的 EG 分离塔 （ 也可以与 PTA 酯 化共用一个 EG 工艺塔 ）。当 IPA-PTA 浆料达到一 定酯化率后，用比例控制方案在线注入 IPA 酯化 物到瓶级切片生产线的 PTA 酯化物管道上。这种 具有柔性的工艺路线选择，既满足可分别生产瓶级 PET 切片和膜级 PET 切片，又可独立生产其中任 一种产品，且转产过程中可做到平滑切换，把过渡 料减少到最低。工艺流程简图如图 1 所示。 2.2PTA-IPA 和 EG 在浆料调配过程中的联动物 质的量比控制 在 PTA 和 IPA 混合浆料调配中，采用比例控 制方法，使用失重式计量方式，控制 PTA 和 IPA 粉料的加入量，工艺简图见图 2。 2.3PTA 酯化物与 IPA 酯化物的定量混合控制与 在线添加 在 PTA 浆料与 IPA-PTA 浆料按比例调配好 后，分别进行酯化反应。IPA 酯化物在预缩聚前按 比例定量加入瓶片生产线上，保证此生产线中 IPA 的含量满足要求，简易控制流程见图 3。 由于在浆料调配及最终产品中 PTA 与 IPA 都 是有比例关系的，通过这种定量的关系可以计算出 应该添加在瓶片生产线上的 IPA-PTA 酯化物的量， 通过流量控制阀达到流量调节的目的。 图 1 工艺流程简图 季丽娜. 间苯二甲酸在瓶级聚酯生产中的作用及在线添加方式 3 9 合成纤维 S y n t h e t i c F i b e r i nC h i n a2 0 1 3 年第 4 2 卷第 8 期 图 2 PTA-IPA 和 EG 在调配过程中的联动物质的量比控制 图 3 PTA 酯化物与 IPA 酯化物的在线定量混合 4 0 2 0 1 3 , 4 2 ( 8 ) The Failure Analysis and Measures of Inner Gear Pump of Polyacrylonitrile Solution MA Wei-dong1, LI Cheng-bao2, LIU Xian2, BAI Ying-jie2, TIAN Li-xin2 (1. Petrochina Tuha Oilfield Company Methanol Plant, Tulufan 838202, Xinjiang, China; 2. Petrochina Daqing Petrochemical Company Acrylic Fiber Plant, Daqing 163714, Heilongjiang, China) Abstract:Through analysis of failure and cause of supply gear pump of polyacrylonitrile(PAN) spinning solution, the pump body and driving system, rotational speed and pressure control system, all production stages are checked. Aiming at the influencing by special environment and working condition, the measures are taken to eliminate or minimize failure and elevate equipment reliability for long time stable production. Key words:polyacrylonitrile solution, inner gear pump, failure analysis, meausre The Role of Isophthalic Acid in the PET Bottle Grade Chip Production and its Adding Way Online JI Li-na (China Kunlun Contracting & Engineering Corporation, Beijing 100037, China) Abstract:Isophthalic acid (IPA) is needed to be added in the production of PET bottle grade polyester chips. This paper briefly introduces the influence of IPA on reaction and product performance as well as actual production, how to add esterified IPA on online in order to control the amount of IPA in the final PET bottle grade melt in the production line that produces two different products with shared esterified reactor. Key words:PET bottle grade chip, isophthalic acid, IPA, adding on line 3结语 （ 1 ） IPA 对 PET 的Tg影响相对较小；能明显 降低结晶速率，但不降低最终的结晶度 （ 摩尔分 数5 %时 ）；还能略微提高产品对氧和二氧化碳的 阻隔性；并且价格相对便宜。因此，IPA 成为在瓶 用共聚酯中应用最为广泛的改性剂。 （ 2 ） IPA 含量对基础切片、增黏切片、吹瓶等 过程都有影响。IPA 含量越高，越有利于得到透明 性好的瓶子，但同时随着 IPA 含量增加，瓶子稳定 性能也有下降的趋势，因此必须正确选择 IPA 含 量。另外，IPA 含量对于固相缩聚也有一定的影 响，如果 IPA 含量不当，比如含量过高时，会造成 切片在预结晶和结晶器中结晶不完善，从而造成增 黏过程中切片的黏结。 （ 3 ） 在工业应用中，通过在线添加 IPA 酯化 物的方式控制一头两尾不同品种生产线上 IPA 在最 终产品中的含量的方法在多个工程项目中得到了应 用，表现出了良好的优越性，既减少了工程项目投 资又体现了灵活性。 ? 誄上接第 37 页 专利技术 （授权发明专利、 实用新型专利 ） 转让 现有一批授权发明专利、实用新型专利技术可以转让，技术领域涵盖纺织 （ 包括：功能面料、纤维、 毛巾