聚酯基础知识讲解.docx
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聚酯基础知识讲解
聚酯根底化工知识
一.装置物料性质
1.1对苯二甲酸
1.1.1物理特性：
外观；白色粉末分子式：
HOO-C-C6H4-COOH分子量：
166.1酸值：
674±3mgKOH/g
水份：
w0.5wt%
色相（5%DMF：
<10APHA
比重：
升华温度：
300r或更高
不溶于水、醚、氯仿、乙酸，微溶于酒精
1.1.2危害及毒性：
1）最低爆炸浓度
当浓度超过0.02g/L,起爆温度600E时，对苯二甲酸粉尘与空气形成可爆混合物。
2）对人身的影响：
尽管对苯二甲酸的毒性不如苯二酸强，但它的毒性与苯二酸类似，刺激受影响的皮肤和粘膜，导致严重的发炎和起泡。
1.1.3事故预防：
如物料泄漏或溢出时采取措施：
1）收集然后烧掉
2）用水冲洗地面
1.2乙二醇
1.2.1物理物性
分子式：
HO-CH2-CH2-OH
分子量：
外观；无色透明液体
酸值：
w
水份：
w0.1%
色相〔煮沸4小时〕：
w10APHA〔沸程：
196—200C〕
凝固点：
一9C〜11C
闪点：
开口杯子111C
点火温度：
410C燃爆极限：
〔在空气中〕低：
3％〔体积〕高：
15.3%〔体积〕
1.2.2危险反响：
不能与硝酸、过氧化氢这样的强氧化剂相混合
1.2.3对人身的保护：
要对呼吸、眼睛、手进行保护
1.2.4工业保健
在搬运过程中不能吃或喝
1.2.5防火防爆：
禁止吸烟，要与火源保持一定的距离，储罐应接地
1.2.6当溢出/泄漏/气体泄漏时：
用吸附材料进行吸附，把溢出的装入适当容器中，用水把被浸蚀的地方洗掉
1.2.7消防介质：
干粉、泡沫、用水喷或用二氧化
1.2.8急救：
如果与眼睛接触了，应用水彻底清洗，至少要洗15分钟，然后再遵从医嘱。
如果与皮肤接触了，马上用清水冲洗，应马上脱下粘附有该物品的衣服。
如果吸入了该产品，应马上找对症的药缓触。
1.2.9对人的毒性：
如吸入1500mg/kg就会致死
1.3二甘醇
1.3.1物理特性
二甘醇无色无臭透明液体。
密度20C下为低毒液体,燃烧性：
可燃
闪点：
135C
燃点：
230C
危害及毒性
低毒液体，蒸汽与空气混合易爆炸蒸汽与空气混合能形成爆炸性混合物，遇热源和明火有燃烧爆炸的危险。
爆炸极限：
〜22%
事故预防
事故处理人员必须佩戴防护用具，米取措施停止与事故发生部位相关的进出料。
事故区域内所有转机停运，停电。
1.4二氧化钛
1.4.1物理特性
性质
A〔锐钛矿〕型
R〔金紅石〕型
（a）频色形式（pigmentform）
外表
鲜亮白色粉末
比重（sp.gravity）（g/cm3）
折光系数（refravtiveindex）
吸油度（oilabsorption）（磅/100磅）
18~30
16~48
著色强度（tintingstrength）（Roynolds）
1200~1300
1650~1900
颗粒大小〔particlesize〕平均〔卩m〕
（b）结晶形式（crystalform）
比重（g/cm3）
硬度（hardness）（moh）
5-6
6-7
压缩数（compressibilitycoefficient）10-6cm2/kg
一
熔点〔meltingpoint〕C在空气中
一
1830±15
熔点（meltingpoint）C在咼成份%O2中
一
1879±15
比热（sp.heat）（cal/C/g）
介电常数（dielectricconstant）
48
114
危害及毒性
无毒白色粉末，在空气中易形成粉尘。
143事故预防
防潮，操作过程中戴好防护用品。
氰化三联苯
物理特性
中文名：
氢化三联苯
外观与性状：
清澈、淡黄色液体
熔点〔C〕：
-28
沸点〔°C〕:
340
相对密度〔水=1〕:
溶解性：
不溶于水，溶于多数有机溶剂
燃烧性：
可燃
爆炸下限〔200C,V%：
爆炸上限〔200C,V%：
自燃温度〔C〕:
374
闪点〔C〕:
176
最小点火能〔mJ:
最大爆炸压力〔MPa：
危险特性：
无资料。
。
1.5.2危害及毒性
分子式：
C18H22
相对分子质量：
241
化学类别：
易燃液体，低毒类
危险性类别：
低闪点易燃液体
1.5.3事故预防
灭火方法：
喷淋水、二氧化碳、干粉、泡沫
皮肤接触：
脱去被污染者的衣物，用肥皂水和清水彻底冲洗皮肤眼睛接触：
提起眼睑，用流动清水或生理盐水冲洗。
就医。
吸入：
迅速脱离现场至空气新鲜处。
保持呼吸道通畅。
如呼吸困难，给输氧。
如呼吸停止，立即进行人工呼吸。
就医。
食入：
误服者用水漱口，。
就医。
泄漏应急处理
迅速撤离泄漏污染区人员至平安区，并立即进行隔离，严格限制出入。
切断火源。
建议应急处理人员戴自给正压式呼吸器，穿消防防护服。
尽可能切断泄漏源。
防止进入下水道、排洪沟等限制性空间。
小量泄漏：
用砂土或其它惰性材料吸收。
大量泄漏：
构筑围堤或挖坑收容；用泡沫覆盖。
用防爆泵转移至槽车或专用收集器内，回收或运至废物处理场所处置。
1.6乙二醇锑
1.6.1物理特性
分子式：
Sb2（OCH2CH2O）3
分子量：
423.66性状：
白色结晶粉末。
易溶于乙二醇，遇潮易分解。
用途：
聚酯缩聚催化剂
规格:
指标名称
指标
锑含量（Sb）
%
氯化物含量（Cl）
%
铁含量（Fe）
%c
硫酸盐含量（S04）
%c
砷含量（As）
%c
铅含量（Pb）
%c
酒石酸不溶物
%c
枯燥损失
%c
分子式：
Sb2（0C2H40）3,分子量：
外观为白色或青白色结晶颗粒，危害及毒性
无毒无气味，遇潮湿空气分解
乙二醇锑是应用于聚酯缩聚反响最为新颖的一种催化剂，它与催化剂
三氧化二锑和醋酸锑相比，具有以下优点：
1.在乙二醇溶液中溶解度大，分散性好。
2．锑含量高，活性好，可提高装置生产能力。
3．该催化剂本身不会带入新杂质，可使切片提高内在质量，改善后加工可纺性。
4．能改善切片色相和热稳定性。
1.6.3事故预防
防潮，防结块。
二.聚酯开展史
聚酯〔pet〕既可由对苯二甲酸二甲酯〔dmt〕与乙二醇〔eg〕反响制得，也可由对苯二甲酸〔pta〕与乙二醇反响制得。
目前，世界各国pet生产采用的技术路线主要就是这两种，称为dmt法〔也称酯交换法〕和pta法〔直接酯化法〕。
dmt法是采用对苯二甲酸二甲酯〔dmt〕与乙二醇〔eg〕进行酯交换反响，然后缩聚成为pet。
pta法采用高纯度的对苯二甲酸〔pta〕或中纯度对苯二甲酸〔mta〕与乙二醇〔eg〕直接酯化，缩聚成聚酯。
这种直接酯化法是自1965年阿莫科公司对粗对苯二甲酸精制获得成功后开展起来，此后开展迅速，pet生产也随之得到了很快的开展。
由于pta法较dmt法优点更多〔原料消耗低，eg回收系统较小，不副产甲醇，生产较平安，流程短，工程投资低，公用工程消耗及生产本钱较低，反响速度平缓，生产控制比拟稳定〕等，目前世界pet总生产能力中大多采用pta法。
20世纪60年代初，pet的生产以间歇法为主。
60年代后，西欧各国、日本继美国之后，也成功地开发出了连续化生产技术，由于连续化工艺较间歇法工艺优越，产量大、质量好、可直接纺丝、产品本钱低，所以得到迅速开展。
目前已成为pet生产的主流。
70年代以后建的pet装置，规模大的都采用连续化工艺。
进入80年代以后，新建的pet装置即以pta法的连续化为主。
另外，随着pet工业用丝及瓶用的开展，又出现了pet固相缩聚增粘技术、而且其工艺也有间歇和连续法之分。
pet树脂有很多专利生产技术，无论是酯化和缩聚过程〔熔融相〕还是生产较高粘度瓶用树脂的固相聚都有很多不同的工艺。
其中熔融聚合方法的主要技术持有公司有吉玛公司、帝人公司、kanebo公司、ems-inventa公司、johnbrowndeutsche公司、杜邦公司以及sunkyong公司等；固相缩聚方法的主要技术持有公司有吉玛公司、bepex公司、hosokawa公司、卡尔菲休公司、sinco公司、buehler公司以及sunkyong公司等。
（l）pta直接酯化工艺。
如果采用pta为原料，pet聚酯聚合物的生产主要有以下两步反响：
第一步是pta与eg进行酯化反响，生成对苯二甲酸乙二酯（bhet）；第二步是bhet在催化剂作用下发生缩聚反响生成pet。
酯化反响阶段，为了缩短反响时间，酯化反响的反响压力要高于大气压力，反响温度要高于醇的沸点。
具体反响中所用的醇与tpa的摩尔比为1.1:
1-2：
反响采用的温度为258-263C。
缩聚反响的反响温度须高于聚合物的熔化温度（260-265C），低于300C（当温度到达这个值时，聚合物开始出现降解），因此缩聚反响最适宜的温度范围是275-290°C。
缩聚反响的反响时间至少为2个小时，具体视反响器不同而有所不同。
这个反响的反响常数较小，因此在反响过程中还须尽快地除去反响所生成的乙二醇，打破反响平衡，促使反响继续向右进行，否那么不但会影响反响速度，而且聚合度也提不高。
因此缩聚要求在真空下进行，特别是缩聚后期要求在高真空度下进行，同时应尽量增加蒸发外表。
一些用于酯化反响或酯交换反响的催化剂也可用于缩聚反响。
在众多的催化剂中，三氧化锑和乙酸锑是最常用的种类，它们在缩聚反响的高温下有效（275-290C），并不受亚磷酸类稳定剂的影响。
这些催化剂可同酯化反响催化剂一起在反响初始时参加，也可在酯化反响后参加反响器中。
（2）伊文达-费休聚酯反响器技术。
ems伊文达-费休（inventa-fisher）公司开发了创新的聚酯反响器技术，可降低生产聚酯的原材料消耗和提高产率。
这种称为espre的塔式反响器可使转化费用降低26%，提高销售收益22%和改良聚酯质量。
该反响器可灵活地用于pet、ptt、pen和pbt及其共聚酯。
在新工艺中，酯化和缩聚同时在降低了压力和温度的条件下进行，有利于反响。
采用反响气体或惰性气体完成相互混合，防止了机械混合，反响体系自动进行。
利用新反响器的反响体系，可防止产生副产物和反响死区，同时可到达优化的分子量分布的目标。
目前，这种新技术除已有一套1吨/日的中型装置外，还有三套聚酯装置采用新的反响器技术，德国240吨/日装置正在建设中，荷兰180吨/日装置处于根底工程阶段，中国台湾120吨/日装置已决定采用这种反响器。
〔3〕聚酯聚合催化剂。
目前世界绝大多数pet聚酯生产装置仍采用锑类的催化剂，锑催化剂用量约占90%，其它还有锗和钛类催化剂，尽管这些锑类催化剂的催化效果很好，但随着人们认识的提高，锑的毒性问题愈来愈受到人们关注。
因此近年来pet非锑催化剂研究非常活泼。
杜邦、东洋纺、帝人、吉玛、acordis、synetix等公司纷纷推出无锑无重金属环保型催化剂。
pet非锑催化剂开发引人注目的有以下一些：
acordis公司的c-94催化剂、吉玛公司ecocat的催化剂、东洋纺绩公司新聚酯催化剂、帝人公司的新型钛类聚酯催化剂技术等。
随着人类对环保的认识和要求的提高，这类催化剂开发将有广阔的前景.
三.聚合化学反响原理
1.根本概念
粘度和特性粘度粘度是衡量液体性能的指标，表示液体流动时，分子间内摩擦阻力的大小。
是油品〔尤其是润滑油〕和高分子聚合物的重要指标之一。
粘稠液体流动时，分子间内摩擦阻力大，粘度高，流动就缓慢。
粘度可分为动力粘度〔绝对粘度〕、运动粘度和条件粘度。
动力粘度〔绝对粘度〕n是指两液体层相距1厘米，面积各为1平方厘米，相对移动速度为1厘米/秒时生产的阻力的大小，其单位为克/厘米•秒，即泊。
百分之一泊为厘泊。
物料的粘度与温度有很大关系，在说明粘度的同时需要指出温度。
例如，水在20C时的粘
度为1厘泊，聚酯熔体在280C时的粘度为3000泊左右。
运动粘度是液体的动力粘度〔绝对粘度〕n与其密度的比值，因除去了本身密度的影响，更容易反响物料的流动性能。
v=n/p
式中：
v――运动粘度，单位为厘米2/秒，即沲，百分之一为厘
T]
动力粘度〔绝对粘度〕，泊
流体的密度，克/厘米
条件粘度〔或称特性粘度〕是衡量高分子聚合物的一个指标，它是高分子聚合物平均分子量的标志，与普通粘度的含义不同，是高分子聚合物稀溶液的重要性质。
我们将高分子聚合物溶解在有机溶剂中〔例如，将聚酯溶于苯酚、1,2-二氯苯中〕，测定溶液和溶剂的粘度，计算出比浓粘度，然后利用数学外推的方法，计算出高分子聚合物溶液无限稀释状态下的比浓粘度，即条件粘度〔或称特性粘度〕。
条件粘度〔或称特性粘度〕定义的数学式为：
[n]=0imnsp/c
式中：
[n]――条件粘度〔或称特性粘度〕
nsp――增比粘度
c――溶液浓度
nsp/c――比浓粘度
nsp=〔n-n0〕/n0
式中：
n――高分子聚合物溶液的粘度
n0――纯溶剂的粘度
条件粘度〔或称特性粘度〕是高分子聚合物平均分子量的标志，可从条件粘度〔或称特性粘度〕的值计算出高分子聚合物平均分子量
〔称粘均分子量〕。
条件粘度〔或称特性粘度〕的单位是浓度的倒数，通常为分升/克。
高分子聚合物平均分子量〔称粘均分子量〕的计算式为：
式中：
M平均分子量
K、a――常数，随高分子聚合物和溶剂的不同而异消光剂的作用
化学纤维因其外表光滑，有一定的透明度，在光线的照射下，其
反射光线的强度很大，使纤维发出人的肉眼看起来不太舒服的强烈光泽，俗称极光。
如果在纤维内添加少量折射率不同的物质，使光线向不同方向进行漫射，纤维的光泽就会变暗，这种方式叫做消光，所添加的物质叫做消光剂。
消光剂的选择以其折光率与聚酯的差值越大越好，这样消光效果
好；此外还要满足以下要求：
1、消光剂的颗粒大小要均一，粒度要小于2卩m但也不宜过细;
2、在缩聚和纺丝等高温条件下及一系列化学加工过程中不发生变
化；
3、要牢固地固定在纤维内部，在纤维后处理和使用过程中不被洗去。
通常选择使用二氧化钛〔TiO2〕作为消光剂，这是因为它的折光率较大，为2.60〔空气为，纤维素为1.53〕,同时它的化学稳定性高，分散性好，且又具有不溶于水的优点，在高温下不发生变化，在后处理及洗涤时不被洗去。
聚酯产品和涤纶以聚合物内消光剂二氧化钛的含量来划分，可分
为超有光、有光、半消光和全消光等几种不同的品种。
超有光：
聚合物中不添加二氧化钛；
有光：
聚合物中含0.1%（wt）左右的二氧化钛；
半消光：
聚合物中含〜0.5%（wt）左右的二氧化钛；
全消光：
聚合物中含1.0%（wt）左右的二氧化钛。
（1）可逆反响与化学平衡
在一定条件下，既能向正反响方向，同时也能向逆反响方向进行的反响叫做可逆反响。
可逆反响在化学反响中是比拟普遍的，但其程度会因化学反响的不同而有所差异，有的化学反响的可逆性特别小，几乎只是正反响，此类反响叫做非可逆反响。
在可逆反响中，正反响和逆反响是同时进行的，随着反响的进行，正反响速度逐渐变小，同时，逆反响速度也逐渐从零增加，在此反响过程中，最后会到达正反响速度等于逆反响速度，此时的反响物浓度和生成物浓度不再变化，到达了所谓的化学平衡状态。
在一定条件下的可逆反响中，正逆反响速度相等、反响物和生成物的浓度不再随时间改变的状态叫做化学平衡。
化学平衡有如下特点：
1动化学平衡是动态的平衡，正逆反响速度相等，但正逆反响仍然在进行，反响并未停止，反响速度也不是零；
2等正反响速度等于逆反响速度；
3定一定条件下，可逆反响到达平衡时，反响物和生成物的浓度不再随时间改变，并保持一定；
4变改变外界条件（温度、压力、催化剂等），原来的化学平衡就会被破坏，平衡就会发生移动，并在新的条件下建立新的平衡
〔2〕化学平衡的移动
可逆反响从一种条件下的平衡状态改变为另一种条件下的平衡状态的过程叫做化学平衡的移动。
浓度、压力、温度等的改变均可使化学平衡发生移动。
①浓度对化学平衡的影响反响物浓度的增加或生成物浓度的减少都会使化学平衡向正反响方向移动，而反响物浓度的减少或生成物浓度的增加都会使化学平衡向逆反响方向移动。
如果反响涉及多种反响物或生成物时，只要改变任一种反响物或生成物的浓度就会对平衡移动产生影响；如果同时改变任几种反响物或生成物的浓度，那么对平衡移动的影响更大了。
②压力对化学平衡的影响对于有气体参加的可逆反响，改变压力会使气体反响分子数有变化的反响发生化学平衡的移动。
实验证明，增加反响压力，平衡向分子数〔即体积〕减小的方向移动；反之，减小反响压力，平衡向分子数〔即体积〕增加的方向移动。
对于反响物和生成物均无气体的反响，或反响前后气体体积不变的反响，压力都不会引起平衡移动。
温度对化学平衡的影响升高温度对正、逆反响速度都会发生程度不同的变化，因此化学平衡发生移动，升高温度，可使平衡向吸热反响方向移动；降低温度，可使平衡向放热反响方向移动。
④催化剂对化学平衡的影响因催化剂能够改变化学反响历程和活化能，因此催化剂仅能改变反响速度，而不能影响化学平衡的移动。
5化学平衡移动原理一一吕•查德里原理根据以上关于浓度、温度、压力对平衡移动的影响，可以概括为较普遍的规律，这就是吕•查德里原理：
如果改变影响平衡的一个条件，如温度、浓度、压力等，平衡就会向能够减弱这个改变的方向移动。
即，处于平衡状态下的反响，增加反响物浓度，平衡会向能够减弱反响物浓度的方向移动；升高温度，平衡会向能够降低问的吸热方向移动；增加压力〔对气体反响〕，平衡会向能够减小压力〔气体分子数减少〕的方向移动。
离心泵工作原理离心泵的主要工作件有叶轮、轴、螺旋形的泵壳、吸入口和排出口，动力来源于电动机。
在启动前，先用被输送的液体将泵灌满。
启动后，泵轴带动叶轮高速旋转，在离心力作用下，液体从叶轮中心被抛向叶轮外缘，在此过程液体获得能量，液体离开叶轮进入泵壳，由于流体的流道逐渐增宽，液体速度逐渐降低，便使其中局部动能转变成静压能，于是液体以较高的压强压出导管。
当液体从叶轮抛出时，叶轮进口的周围形成了低压区，而吸入液面处压强大于叶轮中心处的压强，在这个压强差的推动下，液体经吸入导管，连续不断地进入泵内，当叶轮不断旋转时，液体就源源不断地从叶轮中心吸入，并能以一定的压强连续不断地排出，输送到需要的地方，这就是离心泵的工作原理。
聚酯的结构、分子量及其分布、物理性能
1、分子结构
聚对苯二甲酸乙二酯具有以下化学式：
H0（CH—CH—00—GH—COOnCH2—CH—OH
〔1〕从它的化学式可知：
在其大分子链的两端各有一个羟基，中间有一系列苯环，它们通过酯基〔一CO—〕而与乙基〔一CH—CH—〕互相连接。
PET是具有对称性芳环结构的线型大分子，没有长大的支链。
这种结构与单体PTA或乙二醇〔EG的分子对称性有关，因此聚对苯二甲酸乙二酯〔PET大分子易于沿着纤维拉伸方向相互排列。
〔2〕PET分子链的刚性是由刚性基团〔一CO-C6H4-CO-〕所决定的，由于酯基和苯环间形成一个共轭整体，所以当大分子链围绕这个刚性基团自由旋转时，柔软的链段不能单独转动，只能与苯环作为一个共同的整体而一起振动，因此PET大分子链在一般条件下表现出很大的刚性。
〔3〕因分子内C-C键数目很大，在热运动状态下可能有无数的C-C链内旋转，从而使一个分子在空间位置上存在不同形式的构象，但为了满足紧密堆砌的要求，PET分子链一般具有两种构象：
顺式构象和反式构象。
无定形PET大分子是顺式构象：
、O/'-o-
COCH2—CH2CO
结晶时转变为反式构象：
二0二
COCH2—CHCO
〔4〕PET大分子链的结构具有高度的立构规整性，所有的芳香环几乎在一个平面上，因此具有紧密敛集能力和结晶倾向。
当PET熔体迅速冷却时，形成无定形聚合体是无色透明的固体，密度为3。
当PET结晶时就失去光泽和透明性转变为乳白色固体，完全结晶时，密度为3。
〔5〕PET分子间无特别大的定向作用力，相邻分子的原子间距均为正常范德华力。
因PET分子链节是通过酯基〔一CO—〕连接起来的，故许多重要性质均与酯键的存在有关，如在高温和水分存在下，PET大分子内的醚键易发生水解，时聚合度降低。
〔6〕因缩聚反响过程中的副反响，如热氧化降解、热裂解和水解作用等都可以产生羧基，还可能存在醚键，以致破坏PET分子结构的规整性，减弱分子间力，时熔点降低，还可能混有环状齐聚物。
瓶级聚酯切片是以间苯二甲酸〔IPA〕进行共聚改性得到的聚酯，其化学分子式类似于聚对苯二甲酸乙二酯，只是聚对苯二甲酸乙二酯分子中的局部对苯二甲酸被间苯二甲酸所取代。
2、分子量高聚物分子量的大小直接影响加工性能和纤维质量，聚酯的耐热、光、化学稳定性均与分子量有关，聚酯的分子量一般通过测定聚酯的特性粘度而得出：
[n]=KML
工业控制通常采用控制粘度作为衡量分子量大小的尺度。
聚酯的分子量分布近似符合于费洛利所提出的公式：
Wn=nX〔n—1〕〔1—X〕2
其中：
Wn聚合度为n的级分的重量分数
Xt：
时间后官能团的反响程度。
在一定温度下聚合时间越长，分子量分布幅度越宽，分子量分布宽对纤维结构的均匀性有很大影响。
聚酯的分子量：
192n+62
其中：
n：
聚合度，通常为100左右。
3、物理性能
见附录11.3.2。
4、影响因素
〔1〕影响酯化反响的主要因素
PTA与EG进行直接酯化反响所释放出的低分子物是水，易于分离。
因PTA无明显熔点，且熔点高于升华温度，二EG的沸点又低于PTA的升华温度，加上PTA不能很好地溶于EG所以直接酯化反响为非均相体系，反响仅发生在已溶解的PTA和EG之间。
反响过程中消耗的PTA由随后溶解的PTA迅速补偿，在PTA完全溶解之前，反响体系中总是PTA的饱和溶液，所以酯化反响速度与PTA浓度无关。
因这个反响很缓慢，采用提高反响温度的方法加快反应速度，因在加压下EG蒸发少，EG和PTA的配比可降低，并减少醚化反响。
一般操作压力大于一个大气压。
1EG/PTA摩尔比的影响
EG/PTA摩尔比对反响过程和产品PET的聚合度有重要影响，只
有EG和PTA在等物质的量配比条件下才能得到高聚合度的PET当
EG和PTA的物质的量趋近于1时，PET的聚合度为一极限值。
进入27-R01中浆料的EG/PTA摩尔比是控制酯化反响的重要工艺条件，EG/PTA摩尔比值过低，浆料粘度大，反响慢而不匀，摩尔比高那么意味着乙二醇浓度高，有利于提高反响速度，但另一方面，由于反响
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