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化工(huàgōng)化纖基礎(chǔ)知識(shí)主講(zhǔjiǎng):于欣精品資料一、化纖(huàxiān)是什么?化學(xué)纖維(ChemicalFibers)是指以天然或人工高分子物質(zhì)為原料制成的纖維。化學(xué)纖維可根據(jù)原料來(lái)源的不同(bùtónɡ),分為再生纖維和合成纖維等。精品資料(一)再生(人造(rénzào))纖維(ArtificialFiber)用纖維素和蛋白質(zhì)等天然高分子化合物為原料,經(jīng)化學(xué)加工制成高分子濃溶液,再經(jīng)紡絲和后處理而制得的紡織纖維。1、再生纖維素纖維用天然纖維素為原料的再生纖維,由于它的化學(xué)組成和天然纖維素相同而物理結(jié)構(gòu)已經(jīng)改變(gǎibiàn),所以稱再生纖維素纖維。粘膠纖維是以天然棉短絨、木材為原料制成的,它具有幾個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)。精品資料粘膠纖維(zhānjiāoxiānwéi)的優(yōu)點(diǎn)是:(1)手感柔軟光澤好,粘膠纖維像棉纖維一樣柔軟,絲纖維一樣光滑。(2)吸濕性、透氣性良好,粘膠纖維的基本化學(xué)成份與棉纖維相同(xiānɡtónɡ),因此,它的一些性能和棉纖維接近,不同的是它的吸濕性與透氣性比棉纖維好,可以說(shuō)它是所有化學(xué)纖維中吸濕性與透氣性最好的一種。(3)染色性能好,由于粘膠纖維吸濕性較強(qiáng),所以粘膠纖維比棉纖維更容易上色,色彩純正、艷麗,色譜也最齊全。
粘膠纖維最大的缺點(diǎn)是濕牢度差,彈性也較差,織物易折皺且不易恢復(fù);耐酸、耐堿性也不如棉纖維。精品資料2、富強(qiáng)(fùqiáng)纖維俗稱虎木棉、強(qiáng)力人造棉。它是變性的粘膠纖維(zhānjiāoxiānwéi)。富強(qiáng)纖維同普通粘膠纖維(zhānjiāoxiānwéi)(即人造棉、人造毛、人造絲)比較起來(lái),有以下幾個(gè)主要特點(diǎn):(1)強(qiáng)度大,也就是說(shuō)富強(qiáng)纖維織物比粘膠纖維(zhānjiāoxiānwéi)織物結(jié)實(shí)耐穿。(2)縮水率小,富強(qiáng)纖維的縮水率比粘膠纖維(zhānjiāoxiānwéi)小1倍。(3)彈性好,用富強(qiáng)纖維制做的衣服比較板整,耐折皺性比粘膠纖維(zhānjiāoxiānwéi)好。(4)耐堿性好,由于富強(qiáng)纖維的耐堿性比粘膠纖維(zhānjiāoxiānwéi)好,因此富強(qiáng)纖維織物在洗滌中對(duì)肥皂等洗滌劑的選擇就不像粘膠纖維(zhānjiāoxiānwéi)那樣嚴(yán)格。精品資料3、蛋白(dànbái)纖維以大豆為原料故亦稱大豆纖維。(上世紀(jì)90年代國(guó)內(nèi)新開(kāi)發(fā)產(chǎn)品)(1)手感柔軟,像棉纖維一樣柔軟,絲纖維一樣光滑。(2)吸濕性、透氣性良好(liánghǎo)。(3)染色性能一般。所以市面上銷(xiāo)售產(chǎn)品均為淺色內(nèi)衣。精品資料(二)合成纖維(héchéngxiānwéi)(SyntheticFiber)合成纖維是由合成的高分子化合物制成的。常用的合成纖維有滌綸、錦綸、腈綸、維綸、丙綸、氯綸(lǜlún)、氨綸等。精品資料1.滌綸(dílún)滌綸的學(xué)名叫聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)和包括80年代開(kāi)發(fā)的聚對(duì)苯二甲酸丁二醇脂(PBT),近來(lái)開(kāi)發(fā)聚對(duì)苯二甲酸丙二醇脂(PTT)簡(jiǎn)稱聚酯纖維。滌綸是我國(guó)的商品名稱,國(guó)外有稱“大可綸”,“特利綸”,“帝特綸”等。滌綸由于原料易得、性能優(yōu)異、用途廣泛、發(fā)展非常迅速,現(xiàn)在的產(chǎn)量已居化學(xué)纖維(huàxuéxiānwéi)的首位。在世界范圍內(nèi)約占55%左右,國(guó)內(nèi)約占80%以上。精品資料1.滌綸(dílún)滌綸的優(yōu)點(diǎn):它的彈性比任何纖維都強(qiáng);強(qiáng)度和耐磨性較好,由它紡織的面料不但牢度比其它纖維高出3~4倍,而且挺括、不易變形,有"免燙"的美稱;滌綸的耐熱性也是較強(qiáng)的;具有(jùyǒu)較好的化學(xué)穩(wěn)定性,在正常溫度下,都不會(huì)與弱酸、弱堿、氧化劑發(fā)生作用。精品資料1.滌綸(dílún)滌綸的缺點(diǎn):染色性能差。吸濕性極差,由它紡織(fǎngzhī)的面料穿在身上發(fā)悶、不透氣。另外,由于纖維表面光滑,纖維之間的抱合力差,經(jīng)常摩擦之處易起毛、結(jié)球。其35%短纖維和65%棉混紡纖維織成布,俗稱“的確涼”。后續(xù)將對(duì)滌綸作比較詳細(xì)介紹,此處不再多述。精品資料2.錦綸(jǐnlún)錦綸是我國(guó)的商品名稱(也是當(dāng)時(shí)(dàngshí)我國(guó)第一種能由錦西化工廠自己生產(chǎn)單體的化纖產(chǎn)品,故定名為“錦綸”),它的學(xué)名叫聚酰胺纖維;有錦綸-6、錦綸-66、錦綸-1010等不同品種。錦綸在國(guó)外的商品名又稱“尼龍(Nylon)”,“耐綸”,“卡普綸(Caplon)”,“阿米綸”等。錦綸是世界上最早的合成纖維品種,由德國(guó)法本公司于1939年開(kāi)發(fā)成功尼龍—6,并投入工業(yè)化生產(chǎn)。40年代風(fēng)靡上海灘的美國(guó)“玻璃絲襪”即是杜邦公司的尼龍—66代表作。精品資料2.錦綸(jǐnlún)由于性能優(yōu)良,原料資源豐富,因此一直是合成纖維產(chǎn)量最高的品種。直到(zhídào)1970年以后,由于聚酯纖維的迅速發(fā)展,才退居合成纖維的第二位。在世界范圍內(nèi)約占35%左右,國(guó)內(nèi)約占15%左右。錦綸的最大優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度高、耐磨性好,它的強(qiáng)度及耐磨性居所有纖維之首。精品資料2.錦綸(jǐnlún)錦綸的缺點(diǎn)與滌綸一樣,吸濕性和通透性都較差。在干燥環(huán)境下,錦綸易產(chǎn)生靜電,短纖維織物也易起毛、起球。錦綸的耐熱、耐光性都不夠好,熨燙承受溫度應(yīng)控制在140℃以下。此外,錦綸的保形性差,用其做成的衣服不如滌綸挺括,易變形。但它可以隨身附體,是制做各種體形衫的好材料。1)纖維民用絲:長(zhǎng)絲—尼龍面料(塔夫綢)、襪子等短絲—呢絨毛線配料、造紙毛毯等工業(yè)用絲:簾子布、漁網(wǎng)(yúwǎnɡ)、繩纜、降落傘地毯絲(BCF):錦綸地毯鬃絲:釣魚(yú)線、搭扣拉鏈2)薄膜:流延膜、雙向拉伸膜(BOPA6)3)工程塑料:鐵路、汽車(chē)、電動(dòng)工具、電器儀表精品資料簡(jiǎn)單介紹尼龍(nílóng)—6生產(chǎn)過(guò)程:從石油分離中獲得的苯為原料,經(jīng)加氫得到環(huán)己烷、液態(tài)環(huán)己烷在催化劑存在下進(jìn)行空氣氧化,產(chǎn)生環(huán)己酮和環(huán)己醇、再將環(huán)己醇脫氫也得到環(huán)己酮。環(huán)己酮經(jīng)羥胺肟化、貝克曼轉(zhuǎn)位得到粗己內(nèi)酰胺,將其精制后獲得產(chǎn)品己內(nèi)酰胺(Caplonlactam)。目前國(guó)內(nèi)僅有四家生產(chǎn)工廠:南京帝斯曼(DSM)公司、石家莊煉化己內(nèi)酰胺廠、湖南巴陵石化鷹山石化廠和浙江巨化公司錦綸廠。正在建設(shè)的是浙江恒逸集團(tuán)己內(nèi)酰胺有限公司(yǒuxiànɡōnɡsī)。己內(nèi)酰胺聚合生成聚己內(nèi)酰胺,經(jīng)造粒(切片)、萃取、干燥,紡絲獲得錦綸—6(尼龍—6)。精品資料再簡(jiǎn)單介紹尼龍—66生產(chǎn)(shēngchǎn)過(guò)程:前面部分與上相同,環(huán)己烷氧化(yǎnghuà)得到的環(huán)己酮和環(huán)己醇混合物簡(jiǎn)稱KA油,經(jīng)硝酸氧化(yǎnghuà)獲得粗己二酸、將其精制后獲得產(chǎn)品精己二酸。二個(gè)丙烯腈經(jīng)電解偶聯(lián)得到己二腈,己二腈再進(jìn)行加氫制得己二胺。將己二酸和己二胺混合進(jìn)行縮聚,獲得尼龍—66。紡絲得到錦綸—66。精品資料3.腈綸(jīnglún)腈綸是國(guó)內(nèi)的商品名稱,其學(xué)名為聚丙烯腈纖維(xiānwéi)。國(guó)外又稱“奧綸”,“考特爾”,“德拉綸”等。腈綸的外觀呈白色、卷曲、蓬松、手感柔軟,酷似羊毛,多用來(lái)和羊毛混紡或作為羊毛的代用品,故又被稱為“合成羊毛”,亦稱“膨體紗”。腈綸的吸濕性不夠好,但潤(rùn)濕性卻比羊毛、絲纖維(xiānwéi)好。它的耐磨性是合成纖維(xiānwéi)中較差的,腈綸纖維(xiānwéi)的熨燙承受溫度在130℃以下。精品資料簡(jiǎn)單介紹腈綸生產(chǎn)(shēngchǎn)過(guò)程:從石油分離中獲得的丙烯為原料與氫氰酸反應(yīng)生成丙烯腈,丙烯腈聚合生成聚丙烯腈,將其紡成短纖維即是腈綸。(少有(shǎoyǒu)長(zhǎng)絲)主要生產(chǎn)廠商:中石油撫順石化公司、蘭州石化公司,中石化上海金山石化公司。精品資料4.維綸(wéilún)維綸的學(xué)名為聚乙烯醇縮甲醛纖維。國(guó)外又稱“維尼綸”,“維納爾”等。維綸潔白如雪,柔軟似棉,因而常被用作天然棉花的代用品,人稱“合成棉花”。維綸的吸濕性能是合成纖維中吸濕性能最好的。另外,維綸的耐磨性、耐光性、耐腐蝕性都較好。最大缺點(diǎn)是染色性能差,其成品布顏色單調(diào)——只有一個(gè)淺灰。國(guó)內(nèi)工廠北京有機(jī)化工廠、上海金山石化二分廠、石家莊維尼綸廠、吉林省四平聯(lián)合(liánhé)化工廠和貴州有機(jī)化工廠、湖南維尼綸廠、福建紡織化纖集團(tuán)維綸廠、蘭州新西部維尼綸有限公司、中石化四川維尼綸廠(重慶長(zhǎng)壽)等。采用電石法生產(chǎn)該產(chǎn)品的北京、吉林、湖南、貴州、石家莊五家工廠早已經(jīng)停業(yè)。精品資料5.氯綸(lǜlún)氯綸的學(xué)名為聚氯乙烯纖維。國(guó)外有“天美龍”,“羅維爾”之稱。氯綸的優(yōu)點(diǎn)較多,耐化學(xué)腐蝕性強(qiáng);導(dǎo)熱性能比羊毛還差,因此(yīncǐ),保溫性強(qiáng);電絕緣性較高,難燃。另外,它還有一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn),即用它織成的內(nèi)衣褲可治療風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎或其它傷痛,而對(duì)皮膚無(wú)刺激性或損傷。氯綸的缺點(diǎn)也比較突出,即耐熱性極差。一般生產(chǎn)長(zhǎng)絲。而聚偏氯乙烯纖維大多以短纖維為主。精品資料6.氨綸(ānlún)氨綸的學(xué)名為聚氨酯彈性纖維,國(guó)外又稱“萊卡(Lycra)”,“斯潘齊爾”等。它是一種(yīzhǒnɡ)具有特別的彈性性能的化學(xué)纖維,1959年開(kāi)始工業(yè)化生產(chǎn),并成為發(fā)展最快的一種(yīzhǒnɡ)彈性纖維。其代表性生產(chǎn)廠商:美國(guó)杜邦公司干法和日本東洋紡濕法。精品資料6.氨綸(ānlún)氨綸彈性優(yōu)異,伸長(zhǎng)率300—500%。而強(qiáng)度比乳膠絲高2~3倍,線密度也更細(xì),并且更耐化學(xué)降解。氨綸的耐酸堿性、耐汗、耐海水性、耐干洗(ɡànxǐ)性、耐磨性均較好。氨綸纖維一般不單獨(dú)使用,而是少量地?fù)饺肟椢镏?,如與其它纖維合股或制成包芯紗,用于織制彈力織物。精品資料6.氨綸(ānlún)原料:20%MDI(二苯甲烷(jiǎwán)二異氰酸酯)+80%PTMG(聚丁二醇)生產(chǎn)廠商:干法:上海青浦杜邦濕法:山東煙臺(tái)氨綸,江蘇連云港(杜鐘)、常熟(泰光)、江陰(雙良),浙江蕭山(舒爾姿)、嘉興(曉星)、瑞安(華峰)、紹興(五環(huán))、海寧(新高纖維)、諸暨、義烏、余姚等等。精品資料7.丙綸(bǐnglún)聚丙烯纖維。丙綸的優(yōu)點(diǎn)耐化學(xué)腐蝕性強(qiáng);其缺點(diǎn)是吸濕性差、抗靜電性能不良。因此,服裝用已經(jīng)不見(jiàn)蹤影,其長(zhǎng)絲都用于織造(zhīzào)工業(yè)濾布和地毯絲(BCF)制成丙綸地毯。中空長(zhǎng)纖維制作超濾膜。短絲用作土工布(無(wú)紡布)精品資料8.其它(qítā)其它尚有聚乙烯纖維(乙綸)、聚四氟乙烯纖維(氟綸)、聚間苯二甲酰間苯二胺纖維(芳綸1414)、聚酰亞胺纖維、碳素纖維、酚醛纖維等等。20世紀(jì)50年代開(kāi)展(kāizhǎn)合成纖維的改性研究,主要是用物理和化學(xué)方法改善合成纖維的吸濕、染色、抗靜電、阻燃、抗污、抗起球等性質(zhì)??傊?,合成纖維向著差別化纖維和功能性纖維發(fā)展。精品資料8.其它(qítā)為了達(dá)到(dádào)上述目的開(kāi)發(fā)出以下各種不同形態(tài)和特性的纖維:(1)異型纖維“三異一空”即異截面、異徑、異收縮和中空(2)復(fù)合纖維錦滌復(fù)合絲(3)變形纖維DTYATY(4)有色纖維(5)離子型纖維陽(yáng)離子可染精品資料8.其它(qítā)(6)超細(xì)纖維(7)海島纖維(8)阻燃纖維(添加溴系或氮系阻燃劑)(9)抗靜電纖維(10)抗污纖維(添加納米材料(nàmǐcáiliào))(11)特種纖維芳綸1414、聚酰亞胺纖維、碳素纖維等精品資料二、聚酯纖維生產(chǎn)(shēngchǎn)聚酯纖維是由二元醇和二元酸聚酯線型大分子所構(gòu)成的合成纖維。1941年英國(guó)卡利科印染工作者協(xié)會(huì)(CPA)協(xié)議選用對(duì)稱芳香族二元酸——對(duì)苯二甲酸和乙二醇縮聚,制成了聚對(duì)苯二甲酸乙二醇脂(英文Polyester縮寫(xiě)PET),并成功(chénggōng)地在實(shí)驗(yàn)室中將其制成了有實(shí)用價(jià)值的聚酯纖維。并被命名為特麗綸(Terylene)。1942年CPA取得專利權(quán)。1946年美國(guó)杜邦公司購(gòu)買(mǎi)了CPA專利,且于1951年開(kāi)始建廠,1953年建成世界上第一個(gè)聚酯纖維生產(chǎn)工廠,年生產(chǎn)能力16000噸。其商品名定為達(dá)克綸(Dacron)。精品資料二、聚酯纖維生產(chǎn)(shēngchǎn)1947年英國(guó)帝國(guó)化學(xué)工業(yè)公司(I.C.I)從CPA購(gòu)得除美國(guó)外的全世界專利權(quán)。并分別于1949年和1955年建成年產(chǎn)1000噸中試工廠和5000噸生產(chǎn)工廠。商品名仍為特麗綸。此后,德國(guó)赫斯特公司(H?echst)、恩卡.格拉斯道夫(EnaGlanzstoff)公司,法國(guó)隆布利(Rh?ne-Poulene)公司,意大利蒙德迪松(Montedison)公司以及日本東麗和帝人公司均引進(jìn)了英國(guó)I.C.I(CPA)技術(shù)。并于50年代后期投入(tóurù)生產(chǎn),從此聚酯纖維在世界范圍內(nèi)走上了快速發(fā)展的道路。精品資料聚酯用途(yòngtú)分為纖維和非纖維二大類(lèi)非纖維應(yīng)用包括薄膜、容器(róngqì)和工程塑料。目前,非纖用聚酯發(fā)展很快,世界上非纖用聚酯已占聚酯需求總量的20%~30%。2010年世界聚酯產(chǎn)能約為6825萬(wàn)噸,其中亞洲及遠(yuǎn)東地區(qū)約為4832萬(wàn)噸。實(shí)際產(chǎn)量約為5372萬(wàn)噸,其中亞洲及遠(yuǎn)東地區(qū)約為3612萬(wàn)噸。而中國(guó)產(chǎn)量就達(dá)2356萬(wàn)噸。精品資料1.纖維(xiānwéi)用聚酯民用絲:長(zhǎng)絲—滌綸(dílún)面料、經(jīng)編織物短絲—滌棉布料、滌腈毛混紡、滌麻混紡、噴膠棉及滌棉填充料、無(wú)紡布工業(yè)用絲:簾子布、各類(lèi)帆布、硬繩線、漁網(wǎng)、工業(yè)縫紉線、纜繩、輸送帶、安全帶、吊裝帶、牽引帶、緊固帶、燈、箱廣告布、土工織物纖維用聚酯:全世界3352其中:短絲1379長(zhǎng)絲1972亞洲及遠(yuǎn)東2817其中:短絲1124長(zhǎng)絲1693精品資料2.非纖維(xiānwéi)用聚酯薄膜流延膜、雙向拉伸膜(BOPET)—攝影(shèyǐng)膠片片基、包裝膜、印刷膜、鍍鋁膜、燙金膜、亞光膜、高透明膜、高強(qiáng)度金拉線膜、膠帶膜、絕緣膜、護(hù)卡膜、電容膜等。
精品資料2.非纖維(xiānwéi)用聚酯塑料:飲料、礦泉水、食油等包裝瓶工程塑料(ɡōnɡchénɡsùliào):電子電器、汽車(chē)、輕工、機(jī)械等非纖用聚酯全世界塑料1613薄膜175亞洲及遠(yuǎn)東562106精品資料(一)聚酯纖維性能(xìngnéng)1、強(qiáng)度高。短纖維強(qiáng)度為2.6~5.7cN/dtex,高強(qiáng)力纖維為5.6~8.0cN/dtex。由于吸濕性較低,它的濕態(tài)強(qiáng)度與干態(tài)強(qiáng)度基本相同。耐沖擊強(qiáng)度比錦綸高4倍,比粘膠纖維高20倍。
2、彈性好。彈性接近羊毛,當(dāng)伸長(zhǎng)5%~6%時(shí),幾乎可以完全恢復(fù)。耐皺性超過(guò)其他纖維,即織物不折皺,尺寸穩(wěn)定性好。彈性模數(shù)為22~141cN/dtex,比錦綸高2~3倍。
3、耐熱性和熱穩(wěn)定性在合成纖維織物中是最好的。
4、滌綸表面光滑,內(nèi)部(nèibù)分子排列緊密。精品資料(一)聚酯纖維性能(xìngnéng)5、耐磨性好。耐磨性僅次于耐磨性最好的錦綸,比其他天然纖維和合成纖維都好。
6、耐光性好。耐光性僅次于腈綸。
7、耐腐蝕??赡推讋?、氧化劑、烴類(lèi)、酮類(lèi)、石油產(chǎn)品及無(wú)機(jī)酸。耐稀堿,不怕霉,但熱堿可使其分解(fēnjiě)。
8、染色性較差,但色牢度好,不易褪色。精品資料(二)聚酯纖維品種(pǐnzhǒng)滌綸的大類(lèi)品種有短纖維、拉伸絲、變形絲、裝飾用長(zhǎng)絲、工業(yè)用長(zhǎng)絲以及(yǐjí)各種差別化纖維。精品資料1.滌綸(dílún)短纖維(1)按物理性能區(qū)分:高強(qiáng)低伸型、中強(qiáng)中伸型、低強(qiáng)中伸型、高模量型、高強(qiáng)高模量型(2)按后加工要求區(qū)分:棉型、毛型、麻型、絲型(3)按用途區(qū)分:服裝用、絮棉用、裝飾(zhuāngshì)用、工業(yè)用(4)按功能區(qū)分:陽(yáng)離子可染、吸濕、阻燃、有色、抗起球、抗靜電(5)按纖維截面區(qū)分:異型絲、中空絲。精品資料2.滌綸(dílún)長(zhǎng)絲(1)初生絲:未拉伸(lāshēn)絲(低速紡絲)(LOY)、半預(yù)取向絲(中速紡絲)(MOY)、預(yù)取向絲(高速紡絲)(POY)、高取向絲(超高速紡絲)(HOY)(2)拉伸(lāshēn)絲:拉伸(lāshēn)絲(低速拉伸(lāshēn)絲)(DY)、全拉伸(lāshēn)絲(紡絲拉伸(lāshēn)一步法)(FDY)、全取絲(紡絲一步法)(FOY)(3)變形絲:常規(guī)變形絲(TY)、拉伸(lāshēn)變形絲(DTY)、空氣變形絲(ATY)。精品資料(三)聚酯生產(chǎn)工藝
PET主要用途為合成纖維、聚酯薄膜、聚酯包裝(bāozhuāng)瓶和工程塑料。用途不同,對(duì)特性黏度要求也不同,常規(guī)PET特性黏度為0.66~0.68dL/g,瓶用為0.75~0.95dL/g,紡高強(qiáng)纖維為0.90~1.5dL/g,工程塑料為0.8~1.05dL/g。新開(kāi)發(fā)的超高分子量PET纖維特性黏度達(dá)2~3dL/g。精品資料(三)聚酯生產(chǎn)工藝
其生產(chǎn)工藝路線很多。PET制造大致分為二個(gè)階段,第一階段是由基本原料對(duì)二甲苯、甲苯、鄰苯二甲酸酐等制取聚酯中間體對(duì)苯二甲酸二甲脂(DMT)或?qū)Ρ蕉姿?TPA)。第二階段是由對(duì)苯二甲酸二甲脂或?qū)Ρ蕉姿岷鸵叶?EG)進(jìn)行酯化或酯交換,生成聚酯單體(dāntǐ)——對(duì)苯二甲酸雙羥乙酯(BHET),進(jìn)而縮聚成PET。精品資料1.聚酯中間體生產(chǎn)工藝
制造聚酯中間體DMT或PTA的主要(zhǔyào)原料對(duì)二甲苯(PX)。由于當(dāng)時(shí)技術(shù)條件限制而無(wú)法從石油煉制中大量獲得情況下;50年代末和60年代采用煤煉焦副產(chǎn)品鄰二甲苯(OX)、萘和甲苯為基本原料生產(chǎn)聚酯中間體。精品資料(1)第一(dìyī)亨格爾法以萘或鄰二甲苯(OX)為基本原料,經(jīng)氧化制得鄰苯二甲酸酐(簡(jiǎn)稱苯酐);苯酐與氫氧化鉀(KOH))反應(yīng)生成鉀鹽;該鹽在催化劑作用下進(jìn)行高溫轉(zhuǎn)位(zhuǎnwèi)或歧化轉(zhuǎn)變成對(duì)苯二甲酸二鉀,再用甲醇酯化(或置換)生成DMT。該法由于不易大型化和連續(xù)化,又需價(jià)格昂貴的KOH,故已被淘汰。精品資料(2)第二(dìèr)亨格爾法以甲苯為基本原料經(jīng)氧化制得苯甲酸,與氫氧化鉀(KOH))反應(yīng)生產(chǎn)苯甲酸鉀;將其在催化劑作用下進(jìn)行(jìnxíng)高溫歧化得到對(duì)苯二甲酸二鉀和苯。前者再用甲醇酯化(或置換)生成DMT。同上理由且生成等分子苯,不易處理,亦已停產(chǎn)。精品資料(3)對(duì)二甲苯(PX)氧化(yǎnghuà)酯化法(威頓法)制取DMT首先,在130—140oC、0.1—0.5bar條件下進(jìn)行(jìnxíng)鈷催化空氣氧化成對(duì)甲基苯甲酸(PT酸),接著用甲醇(CH3OH)酯化生成對(duì)甲基苯甲酸甲酯(PT脂);再將PT脂進(jìn)一步氧化成對(duì)苯二甲酸單甲酯(MMT),最后再用甲醇酯化MMT生成對(duì)苯二甲酸二甲脂(DMT)。本法已基本上被淘汰。精品資料(4)對(duì)二甲苯(PX)氧化(yǎnghuà)制取對(duì)苯二甲酸(PTA)隨著石油化工技術(shù)的不斷進(jìn)步,與煉油裝置和乙烯生產(chǎn)裝置大型化同時(shí)出現(xiàn)的聯(lián)合芳烴裝置,為獲得大量苯、甲苯、混合二甲苯和乙苯(BTX)提供了可能?;旌隙妆降亩ㄏ虍悩?gòu)化技術(shù)成功使直接獲得對(duì)二甲苯變得非常容易,為大規(guī)模、連續(xù)化生產(chǎn)PTA提供了可能。(見(jiàn)原油到合成纖維例圖)特別是阿莫科(Amoco)公司開(kāi)發(fā)的高溫氧化法,以其工藝先進(jìn)、流程較短、產(chǎn)品質(zhì)量高,而得以大量采用(cǎiyòng),是目前主流方法。其簡(jiǎn)要生產(chǎn)過(guò)程如下:精品資料(4)對(duì)二甲苯(PX)氧化(yǎnghuà)制取對(duì)苯二甲酸(PTA)PX在溶劑醋酸(HAc)中,160oC、12—15bar條件下進(jìn)行催化空氣氧化,得到粗對(duì)苯二甲酸(CTA),經(jīng)結(jié)晶分離回收溶劑后;CTA再經(jīng)加氫精制、結(jié)晶、干燥獲得產(chǎn)品—精對(duì)苯二甲酸(PTA)。單套裝置生產(chǎn)(shēngchǎn)規(guī)模已從本世紀(jì)初30—40萬(wàn)噸提高到中期60萬(wàn)噸,到目前已達(dá)到120—150萬(wàn)噸。(介紹有關(guān)工廠簡(jiǎn)況)精品資料2.聚酯單體(dāntǐ)(BHET)制造方法制造聚酯中間體DMT或PTA的主要原料對(duì)二甲苯(PX)。由于當(dāng)時(shí)技術(shù)條件限制而無(wú)法從石油煉制中大量獲得情況下;50年代末和60年代采用(cǎiyòng)煤煉焦副產(chǎn)品鄰二甲苯(OX)、萘和甲苯為基本原料生產(chǎn)聚酯中間體。精品資料(1)DMT和EG的酯交換法
在聚酯生產(chǎn)早期,由于對(duì)苯二甲酸在常用溶劑中難溶,受熱時(shí)有升華和脫羧現(xiàn)象,精制困難,一般先制成DMT再提純使用。DMT和EG的酯交換法歷史長(zhǎng)、技術(shù)成熟、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。1964年前生產(chǎn)BHET幾乎全部采用此法;但是,由于PTA轉(zhuǎn)化為DMT后再和EG反應(yīng)不如PTA直接酯化合理,而且這種方法(fāngfǎ)還付產(chǎn)甲醇,需增加回收設(shè)備,經(jīng)濟(jì)上不如直接酯化合理。但只有當(dāng)1965年阿莫科(Amoco)公司開(kāi)發(fā)成功直接酯化法后,漸被淘汰。精品資料(2)PTA和EG的直接(zhíjiē)酯化法直接酯化法工業(yè)化較晚,其原因是:(1)PTA精制困難;(2)PTA和EG為非均相反應(yīng),反應(yīng)既難均勻,反應(yīng)速率又慢;(3)PET產(chǎn)品中二甘醇含量較高,色相較差。1965年后這些問(wèn)題相繼獲得解決,本法才得到快速發(fā)展,并成為目前PET的最主要生產(chǎn)方法。其主要優(yōu)點(diǎn)是:①原料費(fèi)用降低(jiàngdī)。生產(chǎn)1kg聚酯需要的DMT理論值為1.01kg,而PTA理論值僅為0.865kg。因此,從理論需要量看DMT將比PTA多17%。②不副產(chǎn)甲醇,可省去甲醇回收設(shè)備。③酯化反應(yīng)可以不用催化劑,聚合物的熱穩(wěn)定性好。④更適合于生產(chǎn)高粘度聚酯。精品資料(3)
PTA和EO(環(huán)氧乙烷)加成法加成法從理論上看最為經(jīng)濟(jì),乙二醇是由環(huán)氧乙烷加水而成;實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)亦非常成功。但由于環(huán)氧乙烷在常壓下的沸點(diǎn)僅10.7oC,通常情況下為氣體,運(yùn)輸比較困難;同時(shí)反應(yīng)副產(chǎn)的乙二醇處理麻煩(máfan),故而至今未見(jiàn)大規(guī)模生產(chǎn)精品資料3.聚酯單體(dāntǐ)(BHET)的縮聚聚酯中間體DMT或PTA和EG通過(guò)脂交換或酯化反應(yīng)生成對(duì)苯二甲酸雙羥乙脂(BHET),再經(jīng)縮聚反應(yīng)即可制得聚對(duì)苯二甲酸乙二脂(PET)。由于(yóuyú)在當(dāng)前采用PTA和EG直接酯化法大工業(yè)生產(chǎn)中,聚酯單體(BHET)生產(chǎn)和其縮聚反應(yīng)是同時(shí)在一條連續(xù)生產(chǎn)線中完成的,很難將聚酯單體制造和縮聚這二個(gè)過(guò)程分開(kāi)來(lái)進(jìn)行,也不可能從過(guò)程中得到對(duì)苯二甲酸雙羥乙酯(BHET)這種中間體。所以,隨著直接酯化法廣泛運(yùn)用,酯交換法逐步被淘汰。精品資料3.聚酯單體(dāntǐ)(BHET)的縮聚縮聚反應(yīng)有三種方法:溶液和懸浮縮聚法、熔融縮聚法和固相縮聚法。目前世界各國(guó)均采用熔融縮聚。縮聚又分為間歇法和連續(xù)法兩大類(lèi)。前者由于產(chǎn)量小、批次間差異造成質(zhì)量不穩(wěn)定;隨著(suízhe)工業(yè)裝置大型化已被淘汰。精品資料(1)直接(zhíjiē)酯化連續(xù)縮聚本法主要分為以下五個(gè)步驟(bùzhòu):①漿料配置②酯化③預(yù)縮聚④縮聚⑤乙二醇回收(見(jiàn)聚酯生產(chǎn)流程)精品資料聚酯生產(chǎn)流程直接酯化法采用PTA與EG直接酯化生產(chǎn)PET。PTA法分為間歇和連續(xù)工藝兩種,連續(xù)生產(chǎn)工藝由于優(yōu)勢(shì)明顯,目前已占主導(dǎo)地位。連續(xù)工藝又分為五釜流程、三釜流程和近年來(lái)開(kāi)發(fā)的二釜流程。采用五釜生產(chǎn)工藝的有吉瑪Zimmer、鐘紡、伊文達(dá)Inventa公司;采用三釜生產(chǎn)工藝的有杜邦DuPont公司;采用二釜生產(chǎn)工藝的有意大利NOY公司。這些生產(chǎn)工藝縮聚工藝條件基本相似,主要(zhǔyào)酯化工藝差別較大。精品資料聚酯生產(chǎn)流程五釜流程有5個(gè)反應(yīng)器,酯化工藝有兩個(gè)串聯(lián)的反應(yīng)器,稱為第一酯化釜、第二酯化釜,縮聚工序?yàn)?個(gè)反應(yīng)器,為預(yù)縮聚釜、縮聚釜和后縮聚釜。工藝特點(diǎn)是:原料EG/PTA之比較低,使產(chǎn)品中二甘醇(DEG)含量低;各級(jí)反應(yīng)條件適中,聚合度分配合理,產(chǎn)品質(zhì)量較高。三釜流程有3個(gè)反應(yīng)器,酯化工藝有一個(gè)(yīɡè)反應(yīng)器,稱為酯化釜,縮聚工序?yàn)閮蓚€(gè)反應(yīng)器,為預(yù)縮聚釜和終縮聚釜。工藝特點(diǎn)是:原料EG/PTA之比較高(1.8~1.95),酯化反應(yīng)溫度較高(275~280℃),反應(yīng)時(shí)間較短。精品資料聚酯生產(chǎn)流程五釜與三釜生產(chǎn)工藝各有自己的特點(diǎn)。兩者縮聚工藝基本相同,區(qū)別在于酯化工藝。五釜流程采用較低溫度和壓力,而三釜流程則采用高EG/PTA摩爾比和較高的酯化溫度,強(qiáng)化反應(yīng)條件,加快反應(yīng)速度,縮短了反應(yīng)停留時(shí)間??偟姆磻?yīng)時(shí)間五釜流程約為6~lOh(其中酯化為5.5h),三釜流程為3.5~4h(其中酯化為1.5h)。二釜工藝有兩個(gè)反應(yīng)器,由意大利NOY公司推出。由一個(gè)預(yù)反應(yīng)釜和一個(gè)終聚釜組成;預(yù)反應(yīng)釜分上、中、下3部分,下部相當(dāng)于第一酯化釜,中部相當(dāng)于第二酯化釜,上部相當(dāng)于預(yù)聚釜。該工藝流程(ɡōnɡyìliúchénɡ)短、設(shè)備少、節(jié)能、占地小,但反應(yīng)器之間完全剛性連接,沒(méi)有緩沖余地,一旦某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題就會(huì)影響全裝置,生產(chǎn)柔性小,目前使用還不多。精品資料聚酯生產(chǎn)流程我國(guó)五釜生產(chǎn)技術(shù)和裝置從Zimmer公司引進(jìn)投產(chǎn)的有北京燕山石化公司、江蘇儀化股份有限公司、廣東汕頭海洋公司、廣東汕頭聚酯廠、黑龍江阿城滌綸廠、江蘇儀化股份有限公司三廠、遼陽(yáng)石化化纖公司、上海聯(lián)吉合纖有限公司、天津石化公司等。從瑞士Inventa公司引進(jìn)的有廣東佛山化纖聯(lián)合總公司、福建廈門(mén)利恒股份有限公司、廣東珠海裕華股份有限公司、廣東開(kāi)平滌綸企業(yè)集體股份有限公司、浙江化纖聯(lián)合股份有限公司、湖北昌豐化纖工業(yè)有限公司、四川廣漢化纖有限公司、湖南金迪化纖有限責(zé)任公司等。三釜生產(chǎn)技術(shù)和裝置引進(jìn)的有上海石化公司、廣東廣州亞美聚酯有限公司、海南興業(yè)聚酯有限公司、四川自貢聚酯有限公司、浙江杭州化纖、江蘇蘇州杜邦聚酯有限公司、山東淄博滌綸廠、河南洛陽(yáng)石化總廠等。從日本鐘紡公司引進(jìn)的有上海石化公司、濟(jì)南化纖總公司、烏魯木齊石化總廠。本公司有一套揚(yáng)州惠通設(shè)計(jì)的120kt/a五釜直接酯化連續(xù)縮聚(suōjù)生產(chǎn)裝置。其中二臺(tái)酯化釜、二臺(tái)預(yù)縮聚(suōjù)釜、一臺(tái)終縮聚(suōjù)釜(后二臺(tái)縮聚(suōjù)釜為臥式釜)。精品資料(2)連續(xù)(liánxù)固相縮聚法(SSP,SolidStatePolycondensation)在20世紀(jì)70年代中期又開(kāi)發(fā)出了PET固相縮聚增黏技術(shù),其工藝也有間歇和連續(xù)之分。1999年,DuPont公司推出了一種新的PET聚合物生產(chǎn)專利技術(shù),這種生產(chǎn)技術(shù)被稱為“新一代”P(pán)ET技術(shù),或簡(jiǎn)稱(jiǎnchēng)NG3,專門(mén)用于生產(chǎn)瓶用高分子量的PET樹(shù)脂。高分子量的PET樹(shù)脂廣泛應(yīng)用于碳酸飲料瓶、礦泉水瓶、熱灌裝飲料瓶、食品包裝材料、非食品包裝材料及工業(yè)絲(高強(qiáng)纖維)。瓶用PET的基本要求是特性黏度要達(dá)到0.80~0.88,較纖維級(jí)的0.65左右為高;因?yàn)橐c食品接觸,乙醛(AA)含量要低于1×10-6以下,瓶片的加工性能要好。在20世紀(jì)70年代中期開(kāi)發(fā)出了PET固相縮聚增黏技術(shù),一般有3種方法。精品資料(2)連續(xù)(liánxù)固相縮聚法(SSP,SolidStatePolycondensation)①延長(zhǎng)聚酯熔融聚合過(guò)程。這種方法需要(xūyào)較長(zhǎng)的縮聚時(shí)間,隨著高聚物分子量的增長(zhǎng),熔體黏度呈指數(shù)增高,攪拌功率增大,流體輸送條件更嚴(yán)格;長(zhǎng)時(shí)間反應(yīng)和270℃以上的高溫,使聚合物降解的概率增加,易引起各種副反應(yīng),產(chǎn)品質(zhì)量變差,乙醛含量增高(0.005%~0.015%),但這種方法生產(chǎn)成本較低,適合單一品種、大型化、連續(xù)化生產(chǎn)過(guò)程。②使用擴(kuò)鏈劑。這種方法反應(yīng)速度快、時(shí)間短。但擴(kuò)鏈劑一般熱穩(wěn)定性差,也會(huì)引起副反應(yīng)或產(chǎn)生不需要(xūyào)的副產(chǎn)物。精品資料(2)連續(xù)(liánxù)固相縮聚法(SSP,SolidStatePolycondensation)③固相縮聚法。分兩步進(jìn)行,首先用常規(guī)方法產(chǎn)出特性黏度為0.67左右的PET切片,加熱至PET的玻璃化溫度(77~80℃)以上、熔點(diǎn)以下(約10~40℃),在真空(zhēnkōng)或用惰性氣體(如氮?dú)?固相縮聚法增黏,由于反應(yīng)溫度大大低于熔融溫度,從而降解作用顯著降低,羧基和醛基含量較低,副產(chǎn)物如EG、水可借助真空(zhēnkōng)或惰性氣體除去。產(chǎn)品具有熱穩(wěn)定性能好等優(yōu)點(diǎn),特別適用于生產(chǎn)工業(yè)絲和各種聚酯瓶等產(chǎn)品,因而是目前主要使用的方法。精品資料(2)連續(xù)(liánxù)固相縮聚法(SSP,SolidStatePolycondensation)④NG3工藝瓶用PET生產(chǎn)技術(shù)不斷改進(jìn)和優(yōu)化,最著名的是1999年DuPont公司推出了一種新的PET生產(chǎn)專利技術(shù),被稱為杜邦“新一代”P(pán)ET技術(shù),簡(jiǎn)稱NG3。NG3是第一種專門(mén)生產(chǎn)高黏度PET的工藝。在NG3工藝中,酯化反應(yīng)不變,縮聚不是在減壓下進(jìn)行,而是在常壓下進(jìn)行。NG3工藝先制得較低黏度(特性黏度為0.28,聚合度為25~30)的中間體,送至回旋式顆料成形機(jī)制成半圓粒狀顆粒--“錠劑”,接著以帶溝槽的傳送帶輸出。切片在輸送過(guò)程中,已經(jīng)過(guò)預(yù)結(jié)晶,具有足夠(zúgòu)強(qiáng)度,可直接送往結(jié)晶器和SSP反應(yīng)器,固態(tài)下進(jìn)行聚合制得特性黏度在0.80以上的瓶片。在此之前,很多聚酯生產(chǎn)廠家都曾嘗試過(guò)這種工藝,但都失敗了,主要原因是都未能將低分子量的聚合物制成顆粒"錠劑";杜邦公司則采用專利技術(shù)實(shí)現(xiàn)了將低分子量聚合物制成錠的過(guò)程。精品資料同傳統(tǒng)的高黏度(niándù)聚合工藝不同,NG3工藝具有一系列特點(diǎn)。①反應(yīng)停留時(shí)間縮短50%~65%,從而大大減少產(chǎn)品的降解,提高產(chǎn)品的質(zhì)量。②實(shí)現(xiàn)了將低分子量聚合物制成。錠劑,過(guò)程。這種微粒生成技術(shù)使得PET球具有獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu),從而使材料具有一定的強(qiáng)度,以便(yǐbiàn)進(jìn)行后續(xù)的固相聚合。這是NG3技術(shù)的核心,這種結(jié)構(gòu)可以有效地減少反應(yīng)設(shè)備,并且在進(jìn)行固相聚合前減少結(jié)晶時(shí)間。
精品資料同傳統(tǒng)的高黏度聚合工藝不同,NG3工藝具有(jùyǒu)一系列特點(diǎn)。③工藝簡(jiǎn)化、生產(chǎn)和投資成本降低。NG3只采用二釜連續(xù)聚合,取消許多常規(guī)工藝中的工序,如采用真空系統(tǒng)、精制設(shè)備、噴淋冷凝器和熱冷凝物受槽等。這種新工藝可使新裝置的投資降低40%;采用NG3技術(shù)的裝置單線能力可達(dá)到200kt/a。NG3工藝生產(chǎn)的樹(shù)脂質(zhì)量可以達(dá)到或超過(guò)其他技術(shù)生產(chǎn)的樹(shù)脂。NG3樹(shù)脂用于下游生產(chǎn)時(shí),有以下優(yōu)勢(shì):速度/產(chǎn)率高、模塑加工周期短、生產(chǎn)能力/產(chǎn)量可提高3%~6%,極好的透明性和光澤性,非常適合于包裝市場(chǎng),反應(yīng)(fǎnyìng)中的環(huán)三聚物和其他一些低聚物含量比其他工藝降低了50%,因此NG3樹(shù)脂非常適于生產(chǎn)熱灌裝瓶,制成的瓶強(qiáng)度更好,樹(shù)脂分子量分布較窄,加工性能更好。由于NG3法的突出優(yōu)勢(shì),在瓶級(jí)PET樹(shù)脂方面會(huì)帶來(lái)重大的沖擊。NG3法以規(guī)模的經(jīng)濟(jì)性、投資和操作上顯著的成本優(yōu)勢(shì)將會(huì)取代現(xiàn)有的技術(shù)。精品資料本公司共建有五套連續(xù)式流動(dòng)床固相縮聚法生產(chǎn)裝置。其中從日本東麗公司引進(jìn)二套分別10kt/a和15kt/a裝置;大連合纖所設(shè)計(jì)三套分別30kt/a和2×50kt/a裝置。
一般過(guò)程包括5個(gè)工序:預(yù)結(jié)晶和結(jié)晶、預(yù)熱切片、固相縮聚、冷卻和循環(huán)氮?dú)鈨艋?。固相縮聚工藝有固定床生產(chǎn)工藝、連續(xù)式流動(dòng)床生產(chǎn)工藝和間歇式真空法生產(chǎn)工藝。所用聚酯切片與纖維級(jí)聚酯切片不同,原料中加有少量(1%~4%)的間苯二甲酸(IPA)和多種添加劑。添加了IPA可破壞PET大分子的規(guī)整性,從而使黏度和熔點(diǎn)下降,結(jié)晶速率也會(huì)降低,這有利于產(chǎn)品透明度的提高(tígāo),并使所產(chǎn)瓶用PET可在較低溫度下加工,不僅節(jié)能,還可減少AA的產(chǎn)生。精品資料預(yù)結(jié)晶(jiéjīn
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