化纖工藝學(xué)聚酯纖維

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1、第三章　聚酯纖維化纖工藝學(xué)第三章聚酯纖維化纖工藝學(xué)學(xué)習(xí)目的要求初步掌握聚酯纖維的合成、紡絲等生產(chǎn)技術(shù),把握結(jié)構(gòu)、性能及應(yīng)用,了解其改性和新型聚酯纖維.第三章聚酯纖維化纖工藝學(xué)第一節(jié)概述聚酯是制造聚酯纖維、涂料、薄膜及工程塑料的原料，是由飽和的二元酸與二元醇通過(guò)縮聚反應(yīng)制得的一類線性高分子縮聚物。這類縮聚物的品種因隨使用原料或中間體而異，故品種繁多數(shù)不勝數(shù)。但所有品種均有一個(gè)共同特點(diǎn)，就是其大分子的各個(gè)鏈節(jié)間都是以酯基“－COO－”相聯(lián)，所以把這類縮聚物通稱為聚酯。以聚酯為基礎(chǔ)制得的纖維稱為滌綸，是三大

2、合成纖維（滌綸、錦綸、腈綸）之一，是最主要的合成纖維。第三章聚酯纖維化纖工藝學(xué)第二節(jié)聚對(duì)苯二甲酸乙二酯一、對(duì)苯二甲酸乙二酯的制備1．合成的工藝路線合成的工藝路線酯交換路線環(huán)氧乙烷直接加成路線對(duì)苯二甲酸用乙二醇直接酯化路線PET纖維生產(chǎn)路線（1）酯交換路線（酯交換法）將對(duì)苯二甲酸二甲酯與乙二醇按1∶2.5（摩爾比）比例混合，在醋酸鋅、醋酸錳和醋酸鈷催化劑的作用下，發(fā)生酯交換反應(yīng)，生成對(duì)苯二甲酸雙羥乙酯。第三章聚酯纖維化纖工藝學(xué)H3COOC－　?。瑿OOCH3＋2HOCH2CH2OHZn（CH2COO）2

3、HOCH2CH2COOC－－COOCH2CH2OH+2CH3OH對(duì)苯二甲酸雙羥乙酯（2）對(duì)苯二甲酸用乙二醇直接酯化路線（直接酯化法）HOOC－　?。瑿OOH＋2HOCH2CH2OHHOCH2CH2COOC－　?。瑿OOCH2CH2OH對(duì)苯二甲酸雙羥乙酯（3）環(huán)氧乙烷直接加成路線（環(huán)氧乙烷法）該路線是1973年開(kāi)始工業(yè)化生產(chǎn)的。其反應(yīng)如下：該反應(yīng)在飽和低分子脂肪胺或季胺鹽存在下，進(jìn)行極為順利，該路線具有成本低；產(chǎn)物低聚物少，容易精制；設(shè)備利用率高，輔助設(shè)備少等優(yōu)點(diǎn)。HOOC－　?。瑿OOH＋2CH2－C

4、H2HOCH2CH2COOC－　　－COOCH2CH2OH對(duì)苯二甲酸雙羥乙酯O如果采用高純度的對(duì)苯二甲酸和環(huán)氧乙烷進(jìn)行反應(yīng)，其產(chǎn)物可不經(jīng)過(guò)精制就可以直接用于縮聚成聚酯。其中，酯交換聚酯法和直接酯化聚酯法現(xiàn)在依然是合成聚酯的兩大主要工藝路線.酯交換路線是傳統(tǒng)的方法，因工藝技術(shù)成熟，所以至今在工業(yè)生產(chǎn)中仍占有相當(dāng)?shù)牡匚?。第三章聚酯纖維化纖工藝學(xué)直接酯化聚酯路線雖然起步較晚，但與酯交換聚酯路線相比，因具有消耗定額低，乙二醇配料比低，無(wú)甲醇回收，生產(chǎn)控制穩(wěn)定，流程短，投資低等優(yōu)點(diǎn)，而發(fā)展迅速。目前國(guó)內(nèi)引進(jìn)的聚

5、酯裝置多以后者為主，其生產(chǎn)能力1997年就已達(dá)到152萬(wàn)t/a。二、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯的生產(chǎn)1.生產(chǎn)原理用精制后的對(duì)苯二甲酸雙羥乙酯在縮聚反應(yīng)催化劑和穩(wěn)定劑縮聚反應(yīng)，分離出乙二醇后即得聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯，其反應(yīng)如下：由于縮聚反應(yīng)屬于可逆反應(yīng)，為了使縮聚反應(yīng)進(jìn)行完全，必須排出反應(yīng)生成的低分子物質(zhì)（乙二醇），為此必須采用真空及強(qiáng)力攪拌，縮聚反應(yīng)最終壓力不大于266.6Pa，才能獲得高相對(duì)分子質(zhì)量的聚酯，一般產(chǎn)品的平均相對(duì)分子質(zhì)量不低于20000，用于制造纖維、薄膜的相對(duì)分子質(zhì)量約為25000。2．聚對(duì)苯

6、二甲酸乙二醇酯的生產(chǎn)工藝從操作方式上看，聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯的兩種主要生產(chǎn)路線都有間歇操作和連續(xù)操作之分。相比較而言，直接酯化法連續(xù)法比間歇法的成本低20%；酯交換法連續(xù)比間歇的成本低10%。下面主要介紹酯交換法和直接酯化法聚酯的生產(chǎn)工藝。（1）酯交換法連續(xù)生產(chǎn)聚酯工藝酯交換法連續(xù)生產(chǎn)聚酯工藝包括酯交換、預(yù)縮聚、縮聚等過(guò)程，其原則工藝流程如圖3-2所示。①酯交換將原料對(duì)苯二甲酸二甲酯連續(xù)加入熔化器中，加熱（150±5）℃熔化后，用齒輪泵送入高位槽中。另將乙二醇連續(xù)加入到乙二醇預(yù)熱器中預(yù)熱至150～16

7、0℃后，用離心泵送入高位槽中。將上述兩種原料按摩爾比1∶2分別用計(jì)量泵連續(xù)定量加入酯交換塔上部。分別將催化劑醋酸鋅和三氧化二銻按DMT的0.02%加入量，用過(guò)量0.4mol的乙二醇配制成液體加入高位槽中,并連續(xù)定量送入連續(xù)酯交換塔上部。連續(xù)酯交換塔是一個(gè)塔頂帶有乙二醇回流的填充式精餾柱的立式泡罩塔?？刂契ソ粨Q溫度為190～220℃，反應(yīng)所生成的甲醇蒸氣通過(guò)塔內(nèi)各層塔板上的泡罩齒縫上升，進(jìn)行氣液交換后進(jìn)入冷凝器冷凝后流入甲醇貯槽中。原料由塔頂加入后，經(jīng)十六個(gè)分段反應(yīng)室流到最后一塊塔板，完成酯交換反應(yīng)，酯

8、交換的生成物由塔底再沸器加熱后流入混合器中。12345678910111213DMTEG催化劑去甲醇貯　槽回收EG接真空系統(tǒng)去包裝1415酯交換法連續(xù)生產(chǎn)聚酯工藝流程②預(yù)縮聚混合器中的單體經(jīng)過(guò)濾器過(guò)濾后，經(jīng)計(jì)量泵、單體預(yù)熱器送入預(yù)縮聚塔底部。預(yù)縮聚塔由十六塊塔板構(gòu)成，控制塔內(nèi)溫度在（265±5）℃。單體由塔底進(jìn)入后，沿各層塔板的升液管逐層上升，在上升過(guò)程中進(jìn)行縮聚反應(yīng)，反應(yīng)所生成的乙二醇蒸氣起攪拌作用，可以加快反應(yīng)速率。當(dāng)物料到達(dá)最上一層塔板后，便得到特