钛系复合催化剂在聚酯生产中的应用

钛系复合催化剂在聚酯生产中的应用

许多聚苯乙烯醚催化剂使用。实现工业化的主要有锑醚、镉醚和钛醚。目前聚酯生产采用的催化剂,主要是锑系催化剂。锑系催化剂主要有三乙酸锑(Sb(AcO)3)、乙二醇锑(Sb2(EG)3)、三氧化二锑(Sb2O3)等。因它们在乙二醇中溶解温度不同,配制温度也不同。1用聚苯乙烯酸法的类型和性能1.1薄膜质/色度锗系催化剂主要是二氧化锗,使用该催化剂的明显优点是聚酯产品色相好,用于生产薄膜级或透明度要求较高的片基聚合物。缺点是产品中二甘醇含量较高,而且二氧化锗容易在聚合物中产生不溶解的组分,影响熔体过滤器的使用寿命,再者二氧化锗价格较高。1.2钛系复合催化剂钛系催化剂分无机钛和有机钛,聚合物的色相指标不太理想,以往主要用于生产PBT。近期日本帝人集团宣布成功开发出不含锑等重金属聚酯催化剂PURITY,其主要成分为钛,对人体健康及生态环境均无影响,而且可以提高聚酯产品的透明度,使聚酯薄膜的表面更加平滑,因此该催化剂有广阔的发展前景。在国内,天津石化研究院也宣布开发出钛系复合催化剂制备技术,以钛酸异丙酯为主要原料的复合催化剂,物理、化学性能稳定,无毒、无污染。催化剂活性比传统催化剂高8倍以上,生产的聚酯切片品质稳定,纺丝满卷率和制成率高。1.3稳定剂三乙酸锑及乙二醇锑的溶解性能锑系催化剂主要有三乙酸锑、乙二醇锑、三氧化二锑等,目前聚酯生产主要采用锑系催化剂,在同样的锑浓度和同样的反应条件下,这3种催化剂可以得到相同的催化效果。三氧化二锑的特点是物料停留时间短,单位时间的产量高。但由于三氧化二锑的溶解性能较差,容易造成聚合体内局部催化剂过量,生成高熔点的环状三聚物,给纺丝带来麻烦并使聚酯白度降低。需添加稳定剂,调整产品色相。三乙酸锑溶解性能非常好,无需添加稳定剂,产品色相好,但总的停留时间长,而且三乙酸锑与水会发生水解反应,从而会产生溶解的锑组分,该组分在反应期间不起催化作用,在熔体过滤器中被滤掉,所以三乙酸锑应避免受潮水解。乙二醇锑在乙二醇溶液中的溶解度较大,分散性好,锑含量介于三乙酸锑和三氧化二锑之间。它的优点是不带入新杂质,可改善切片的色相和热稳定性,提高切片品质。3种催化剂的溶解温度、锑含量等数据见表1。2催化剂的制备2.1蒸汽加热盘管锑系催化剂三乙酸锑、乙二醇锑、三氧化二锑等均溶于乙二醇,通常按2%乙二醇溶液配制,区别在于溶解温度不同。如果采用三乙酸锑,溶解温度为60℃左右,通常采用2罐调配,设置催化剂配制槽和催化剂供料槽,催化剂配制槽设蒸汽夹套和蒸汽加热盘管,流程见图1。如果采用三氧化二锑,溶解温度为172℃,如果采用传统的2罐调配方式,由于催化剂溶液温度较高,势必对催化剂过滤器滤芯材质的选择和催化剂输送泵密封型式提出更高的要求。因此在一套日产600t瓶级聚酯生产线中,催化剂采用三氧化二锑,设计上采用了3罐调配的方式,即分别设置催化剂配制槽、催化剂稀释槽、催化剂供料槽。在催化剂配制槽中设置热媒加热盘管,将溶液加热至三氧化二锑的溶解温度172℃左右,配制成质量分数为5%催化剂溶液,然后自流至催化剂稀释槽中,加冷的乙二醇,将催化剂质量分数稀释至2%,同时将催化剂溶液冷却。通过过滤器过滤后,靠重力流至催化剂供料槽备用,流程见图2。2.2瓶级聚酯熔体或切片中锑质量分数的计算催化剂的加入量,通常按产品中锑含量来计算,在纤维级聚酯熔体或切片中锑质量分数为(150～170)×10-6;在瓶级聚酯熔体或切片中锑质量分数为(100～210)×10-6。则每天催化剂的用量可按下式计算:式中:Fcat为每天催化剂用量,kg/d;Fpet为聚酯切片日产量,t/d;Ccat为聚酯切片中锑含量;Csb为催化剂中锑含量。以日产600t瓶级聚酯生产线为例,催化剂采用三氧化二锑,聚酯切片中锑质量分数按200×10-6计算。则5%催化剂溶液的流量为2.3催化剂的充放电性能在日产600t瓶级聚酯生产线中,催化剂采用三氧化二锑,由于溶解温度为172℃,采用0.3MPa或0.6MPa饱和蒸汽无法达到该温度。经过比较决定采用液相热媒加热,利用供工艺塔和乙二醇蒸发器加热的热媒泵。热媒的进口温度为250℃,出口温度为232℃。将催化剂配制槽中质量分数为5%的催化剂溶液由20℃加热至172℃,按2h调配好计算,需要热量可按下式计算:式中:Cp为催化剂溶液的比热容/kJ·kg-1·℃-1。根据传热计算公式Q=K×A×Δtm,可以计算出传热面积A。式中:K为对流传热系数,根据现场经验数据取850kJ/(h·m2·℃);Δtm为对数平均温差/℃。式中:Δti、Δto分别为催化剂溶液和热媒在进口和出口的温差/℃。3钛系催化剂直接阻燃聚酯纤维(1)选择聚酯用催化剂主要看它的催化活性、在乙二醇中的溶解性、环保性能等几个方面。选择好的催化剂可以提高缩聚能力,减少带入杂质,改善聚酯切片的色相,延长熔体过滤器