Polybutylene terephthalate (PBT) là một loại polyester nhiệt dẻo hiệu suất cao-được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như điện tử, thiết bị điện, sản xuất ô tô và máy móc. Quy trình sản xuất polybutylene terephthalate được trình bày chi tiết dưới đây.
Chuẩn bị nguyên liệu thô
Nguyên liệu chính để sản xuất polybutylene terephthalate là axit terephthalic (PTA) và 1,4-butanediol (BDO). PTA là chất rắn hoặc bột kết tinh màu trắng đòi hỏi độ tinh khiết cao - thường vượt quá 99%. BDO là chất lỏng nhớt, không màu; chất lượng và độ tinh khiết của nó cũng phải được đảm bảo để tạo điều kiện thuận lợi cho phản ứng tiếp theo. Trước khi bắt đầu sản xuất, nguyên liệu thô phải trải qua quá trình kiểm tra chất lượng và tiền xử lý nghiêm ngặt để loại bỏ tạp chất và độ ẩm.
Quy trình sản xuất este hóa trực tiếp
1. Phản ứng este hóa
PTA và BDO được nạp vào lò phản ứng este hóa theo tỷ lệ mol cụ thể (thường nằm trong khoảng từ 1:1.1 đến 1:1.5). Bên trong lò phản ứng, PTA và BDO trải qua quá trình este hóa với sự có mặt của chất xúc tác để tạo ra bis(4-hydroxybutyl) terephthalate (BHBT) và nước. Các chất xúc tác phổ biến bao gồm các loại dựa trên-titan và antimon-; Chất xúc tác gốc titan được ưa chuộng vì hoạt tính cao và tốc độ phản ứng nhanh. Nhiệt độ phản ứng thường được duy trì trong khoảng từ 220 độ đến 250 độ, với áp suất được giữ ở mức khí quyển hoặc hơi dương. Trong suốt quá trình phản ứng, nước tạo ra được chưng cất liên tục để thúc đẩy phản ứng về phía trước.
2. Phản ứng đa ngưng tụ
BHBT thu được từ giai đoạn este hóa được chuyển đến thiết bị phản ứng đa ngưng tụ. Trong điều kiện nhiệt độ cao (240–260 độ) và chân không cao (dưới 100 Pa), BHBT trải qua quá trình polycondensation để tạo thành polybutylene terephthalate và 1,4-butanediol. Khi phản ứng diễn ra, trọng lượng phân tử của polyme tăng dần. Một lượng nhỏ chất ổn định và chất chống oxy hóa thường được thêm vào để nâng cao tốc độ phản ứng và chất lượng polymer. Phản ứng đa ngưng tụ đòi hỏi thời gian tương đối dài, thường từ 2 đến 4 giờ.
3. Xử lý hậu kỳ
Sau khi hoàn thành phản ứng đa ngưng tụ, polyme tan chảy được đùn ra khỏi lò phản ứng và trải qua-các bước xử lý sau{1}}chẳng hạn như làm mát và tạo hạt-để tạo ra các viên polybutylene terephthalate (PBT). Việc làm mát thường được thực hiện thông qua nước hoặc không khí để nhanh chóng đông cứng polyme nóng chảy. Máy ép viên cắt các sợi polymer đã nguội thành các viên đồng nhất, tạo điều kiện thuận lợi cho việc lưu trữ và vận chuyển.
Quy trình sản xuất este hóa chéo
1. Phản ứng chuyển hóa este
Quá trình transester hóa sử dụng dimethyl terephthalate (DMT) và 1,4-butanediol làm nguyên liệu thô. DMT và 1,4-butanediol được nạp vào lò phản ứng chuyển hóa este theo tỷ lệ cụ thể, trong đó phản ứng diễn ra với sự có mặt của chất xúc tác (chẳng hạn như axetat). Nhiệt độ phản ứng thường được duy trì trong khoảng từ 180 độ đến 220 độ; metanol được tạo ra như một sản phẩm phụ. Việc chưng cất liên tục metanol sẽ thúc đẩy phản ứng hướng tới sự hình thành bis(4-hydroxybutyl) terephthalate.
2. Đa ngưng tụ và xử lý hậu{1}}
Các giai đoạn polycondensation và hậu xử lý-tiếp theo đối với bis(4-hydroxybutyl) terephthalate thu được thông qua quá trình este hóa chéo về cơ bản giống như các giai đoạn trong quá trình este hóa trực tiếp. Quá trình đa ngưng tụ được thực hiện trong điều kiện-nhiệt độ cao và chân không cao, sau đó làm mát và tạo hạt để thu được sản phẩm cuối cùng.
So sánh hai quy trình sản xuất
Quá trình este hóa trực tiếp mang lại lợi ích là chi phí nguyên liệu thô tương đối thấp (sử dụng axit terephthalic), ít bước phản ứng hơn và hiệu quả sản xuất cao. Tuy nhiên, nó đòi hỏi độ tinh khiết nguyên liệu cao và đòi hỏi các điều kiện phản ứng nghiêm ngặt. Quá trình chuyển hóa este được hưởng lợi từ điều kiện phản ứng tương đối nhẹ và yêu cầu về độ tinh khiết của nguyên liệu thô thấp hơn. Ngược lại, nó dựa vào DMT đắt tiền hơn và tạo ra metanol làm sản phẩm phụ, đòi hỏi phải thu hồi và xử lý.