Технологический процесс производства пэтф

Технологический процесс производства ПЭТФ как правило осуществляется по двухавтоклавной схеме.

Стадиями производства являются:

1. Растворение ДМТФ в этиленгликоле

2. Переэтерификация

3. Поликонденсация

4. Выгрузка ПЭТФ

Первая и вторая стадии осуществляются в первом автоклаве, третья и четвёртая – во втором.

Описание стадий.

1.В автоклав (1), нагретый до 140⁰С загружается ДМТФ из бункера (3) с с помощью шнека (4), затем заливается этиленгликоль из весового мерника (2) в количестве 2,5 моля на 1 моль ДМТФ и через люк добавляется 0,01% ацетата цинка, как катализатор

Время переэтерификации исчисляется от температуры 140⁰С (температура растворения)

2.В течение 1 часа автоклав нагревается от 140⁰С до 230⁰С и при этой температуре реакционную смесь выдерживают 3-5 часов при непрерывном перемешивании в токе углекислого газа или азота. Возврат гликоля в автоклав осуществляется при помощи ректификационной колонны (5). Пары метанола охлаждаются в холодильнике (6) и конденсат собирается в приёмнике (7).

После отгонки всего метанола переэтерификация считается законченной и расплав (предварительный конденсат) через металлический сетчатый фильтр (8) в автоклав (9), где происходит поликондесация, при этом часто добавляют красители.

3.Предварительный продукт, слитый из автоклава (1), быстро нагревают до 280⁰С и при непрерывном перемешивании со скоростью 60 оборотов в минуту выдерживают при этой температуре. Избыток гликоля отгоняется, охлаждают в холодильнике (10) и собирают в приёмнике (11). После отгонки гликоля в течение 0,5-1 часа в автоклаве создают вакуум ниже 2 мм рт.ст. и проводят реакцию поликонденсации в течение 3-5 часов.

Степень поликондесации определяют по вязкости расплава: при 280⁰С она достигает 2000-5000 Пз. Контроль осущесвляется по динамометру, установленному на валу мешалки.

4.Выгрузка. Расплавленный полиэфирсжатым СО₂ выдавливается из автоклава через щелевое отверстие на барабан или в водяную баню. Лента полимера лраликом легко снимается с барабана и поступает на рубильный станок.Затем полученные кусочки (10*8*2 мм) упаковывают в герметическую металлическую тару.

Переработка отходов. Отходы подвергаются гидролизу в присутствии щёлочи или расщепляются метиловым спиртом с добавлением щелочных катализаторов для регенерации ДМТФ.

Технологическая схема производства ПЭТФ

1. автоклав для переэтерификации

2. мерник гликоля

3. бункер ДМТФ

4. шнек

5. ректификационная колонна

6. холодильник

7. приёмник метанола

8. фильтр

9. автоклав для поликонденсации

10. холодильник типа «труба в трубе»

11. приёмник гликоля

12. дроссель для выравнивания давления

13. вакуумнасос

Свойства, переработка и применение пэтф

Технические названия некоторых продуктов из ПЭТФ

Дакрон, фортрел, кронар – США;

полен, хостгфан, тревира – ФРГ;

тергаль – Франция;

терленка – Голландия;

лавсан – РФ.

На основе ПЭТФ получают плёнки и волокна. ПЭТФ – вещество белого цвета. Растворяется в фенолах, дифенилоксиде, нитробензоле и некоторых смесях фенола с тетрахлорэтаном или дихлорэтаном и др.

Технический полимер имеет средний молекулярный вес 15000-30000. ПЭТФ имеет t пл.= 255-257⁰С. В твёрдом состоянии может быть аморфным или кристаллическим, в зависимости от условий охлаждения (если быстро охладить – продукт аморфный и прозрачный), t ст.аморфн.= +67⁰С, t ст.кристалл.= +81⁰С. Плотность полимера 1,33г/см³, при 130⁰С - 1,37г/см³, при 170⁰С - 1,40г/см³.

ПЭТФ и изделия него (волокна плёнки) хорошей химической стойкостью к действию HF, фосфорной, муравьиной, уксусной, щавелевой кислот даже при высокой температуре и концентрации. Но HCl, H₂SO₄, HNO₃ разрушают его.. Щёлочи вызывают гидролиз во основном с поверхности. К окислителям устойчив.

Высокая химическая стойкость ПЭТФ обусловлена малой растворимостью и смачиваемостью. ПЭТФ вступает в реакции, свойственные полимерам: фенолиз, ацидолиз, гликолиз при нагревании в растворах.

Высокая температура (285-320⁰С) приводит к деструкции полимера. Выше 280⁰С даже в атмосфере азота происходит отщепление терефталевой кислоты, кислород ускоряет эту реакцию, а вода вызывает мгновенный гидролиз.

Плёнка

Важнейшей областью применения ПЭТФ являются плёнки и волокна. Плёнку получают из ПЭТФ методом экструзии (каландрование – высокая температура и низкая вязкость – не годится, из раствора – нерастворим в большинстве органических растворителях).

Сначала расплавленный и профильтрованный полиэфир выдавливается через длинную узкую щель, а затем быстро охлаждается водой. На этой стадии необходим точный контроль температуры и давления, так как вязкость расплавленного ПЭТФ низкая и составляет 1/5 вязкости расплава полиэтилена.

Экструдированная плёнка ПЭТФ аморфна и прозрачна, имеет блестящую поверхность, но из-за кристаллизации полимера при температуре более 80⁰С становится непрозрачной и хрупкой.

Следующая операция после экструзии – вытяжка, в результате которой происходит кристаллизация полимерных цепей. Плёнка подвергается вытяжке в двух противоположных направлениях. Скорость вытяжки плёнки зависит от температуры вытяжки, увеличиваясь с её повышением.

После вытяжки плёнка подвергается закалке для сохранения её свойств. Обычно, плёнка, нагретая до температуры, превышающей температуру вытяжки, даёт значительную усадку. Для того, чтобы предотвратить усадку, плёнка выдерживается в растянутом состоянии при повышенной температуре в течение определённого времени. В результате образования микрокристаллической структуры и стабилизации молекул плёнка становится стабильной, сохраняет прозрачность и не даёт усадки до температуры закалки, которая лежит обычно между 180⁰С и 210⁰С. Температура закалки не может быть слишком высокой, так как при высоких температурах увеличивается подвижность макромолекул и снижается эффект их ориентации.

Таким образом, процесс получения плёнки из ПЭТФ складывается их трёх стадий:

1.экструзия из расплава и получение аморфной плёнки;

2.плоскостная ориентация;

3.кристаллизация плёнки.

Толщина плёнки из ПЭТФ может быть любой: от 10 мк до 1000 мк. В зависимости от степени ориентации плёнки могут иметь различную прозрачность.

Основные свойства ПЭТФ

Плотность, г/см³ - 1,38-1,39

Температура плавления, ⁰С: 250-255

Показатель преломления, n_D²⁵ - 1,655

Прочность при растяжении, кгс/см² – 1190-1750

Относительное удлинение при разрыве, % - 70-130

Водопоглощение при 25⁰С – 0,3

за 1 неделю, %

Коэффициент теплопроводности, ккал/м*час*град. – 0,13

Удельное объёмное сопротивление,

Ом*см при 25⁰С - 1*10¹⁵-10¹⁷

при 150⁰С - 1*10¹³

Пробивная напряжённость

для плёнки, толщиной 2мкм при 25⁰С, кв/мм – 4,5

Усадка при 150⁰С,% - 3-5

Одной из важных особенностей ПЭТФ плёнки является сочетание высокой механической прочности с хорошими диэлектрическими свойствами в широком интервале температур. Свойства плёнки практически не изменяются от 20⁰С до 80⁰С, хрупкость не проявляется даже при - 50⁰С, а плёнку можно эксплуатировать до 175⁰С. Такая плёнка представляет интерес для электро- и радиотехники.

Другой отличительной особенностью является высокая термостойкость плёнки: в условиях длительного нагревания (1000 часов) при 125⁰С на воздухе прозрачность плёнки снижается всего на 10-15%.

Плёнки применяются в качестве электроизоляционного материала. Благодаря своей прозрачности (пропускает до 90% света видимой части спектра) плёнка применяется для замены стекла в оранжереях и теплицах. Механическая прочность плёнки позволяет использовать её в качестве упаковочного материала. На её основе малогабаритные конденсаторы выдерживают температуру от –60⁰С до 150⁰С.