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固相缩聚工艺

/solid phase polycondensation/
条目作者张龙贵

张龙贵

最后更新 2023-08-19
浏览 150
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在原料熔点或软化温度以下、玻璃化转变温度以上进行的缩聚反应。

英文名称
solid phase polycondensation
所属学科
化工

固相缩聚工艺是20世纪60年代开发的新型缩聚反应工艺。固相缩聚工艺已从早期的真空转鼓式间歇工艺发展成90年代小规模连续化生产工艺;从连续法一次结晶发展成大规模连续化二次结晶工艺。

固相缩聚工艺的反应温度高于玻璃化转变温度,使低聚物分子链有较强的运动能力,有利于链增长,同时要低于熔融温度,这样预聚体结晶粒子不会发生粘连团聚。此时,聚合物分子链虽处于固定状态,但末端基团活性高而扩散相互靠近,发生反应,生成的副产物借助吹扫气体或真空从体系移除。釆用固相缩聚工艺可以制备高分子量、性能优异的聚合物。

固相缩聚工艺已成为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)工业化生产的主要方法。PET分子链末端基具有足够活性而分子链不断裂,扩散碰撞链增长,副产物借助吹扫气或真空从反应体系中移出,减少了副产物产生和聚合物降解,获得高分子量、品质优异的聚合物产品。

与熔融缩聚相比,固相缩聚工艺是在固体颗粒内无定形区进行的反应,生成的小分子从颗粒内部扩散到气相中,再由气相带出系统。其他缩聚工艺相比,固相缩聚工艺具有以下特点:①反应温度大幅降低,固相缩聚反应温度低于预聚体熔点温度,有效地抑制副反应发生和聚合物热降解,有利于分子量提高。②大幅提高产品分子量,改善产品力学性能。③避免熔融缩聚反应后期高黏熔体搅拌,节能降耗。④工艺简单,间歇操作、连续操作均可。⑤反应平稳,反应可控性好,非高压,设备材料成本低。

固相缩聚工艺专利商主要有美国比派克斯公司、瑞士布勒公司、日本东丽公司、美国杜邦公司,上述公司均以连续化工艺为主,主要分为干燥、预结晶、结晶、固相缩聚、冷却等步骤,预结晶和结晶工序是不同工艺的主要差异。固相缩聚工艺主要有比派克斯工艺和布勒工艺。                         

采用卧式搅拌桨式预结晶器,夹套油加热,搅拌桨将切片打向器壁进而吸收能量,加热油温度为220℃,切片温度为175℃。通过调节出口处搅拌桨叶片角度实现切片在结晶器中的停留时间,为5~7分钟。此外,通入小流量氮气,带走水分和小分子。比派克斯固相缩聚工艺设有热处理设备,即退火螺杆。与其他工艺相比,比派克斯工艺在反应器底部采用了一种独特的机械出料装置,进一步消除切片黏结,物料在流化床冷却器冷却。

采用沸腾床预结晶器,结晶器采用卧式流化床结构。布勒工艺的特点是结晶温度低,结晶时间长,采用无机械搅拌结晶设备,粉尘量少。与比派克斯工艺相比,布勒工艺的结晶器出口温度较低,采用一个预热器将切片温度提升至聚合温度,升温中也可以进行固相缩聚反应。与比派克斯不同,布勒工艺在反应器底部未加装机械出料装置,而采用一个出料锥,改善了切片流场分布,使之更接近于平推流。物料同样在流化床冷却器中冷却。

固相缩聚工艺在向连续化大产量发展的同时,也出现了基于熔融聚合工艺与固相缩聚工艺基础上的优化整合新工艺,并进一步优化结晶工艺,使之在结晶工序中形成更有利于固相缩聚的新晶型。

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