聚酯合成部分的實驗講義

大型工藝實驗--聚酯的合成與表征目錄實驗目的實驗原理實驗原料及設(shè)備實驗步驟表征及測試實驗目的掌握直接酯化法合成聚酯的工藝過程和操作要領(lǐng)了解聚酯改性的常用方法，掌握原位聚合或共聚改性方法熟悉聚酯結(jié)構(gòu)和性能表征的幾種常用方法，并能進行數(shù)據(jù)整理和分析實驗原理本實驗采用直接酯化法合成聚酯，同時在聚合反應體系中添加功能組分，采用原位聚合和共聚的方法，把功能組分引入聚酯中而制備具有一定功能的PET樹脂。聚酯的合成過程分為兩步：1）酯化過程是以PTA和EG直接酯化脫水生成對苯二甲酸乙二醇酯（BHET）；2）縮聚過程是生成的對苯二甲酸乙二醇酯之間脫EG生成PET。實驗原理（1）直接酯化法酯化實驗原理縮聚實驗原理PTA和EG的酯化反應可在PTA的氫離子自催化和催化劑存在下進行。自催化的反應機理：原料PTA羥基解離的H+

自催化活化，EG進行親核酯化反應。第二個羥基與EG在H+

存在下的酯化機理同第一個羧基。酯化催化反應機理實驗原料及設(shè)備原料：1.對苯二甲酸（PTA）（工業(yè)品）；2.乙二醇（EG）（工業(yè)品）；3.硅酸正丁酯（化學純）設(shè)備：1.反應釜主體系統(tǒng)2.電溫控制系統(tǒng)3.真空系統(tǒng)4.小分子回流冷凝和釋放系統(tǒng)5.出料槽實驗原料及設(shè)備1.反應釜主體系統(tǒng)實驗原料及設(shè)備2、電溫控制系統(tǒng)電溫控制系統(tǒng)的功能主要有三種：1）電加熱和傳動電源的控制2）溫度控制和顯示：在聚酯合成中有5個溫度參數(shù)：釜溫、液溫、氣溫、柱溫和頂溫。其中釜溫和柱溫需要控制和顯示，其它三個溫度僅需顯示。3）攪拌電機轉(zhuǎn)速控制及攪拌功率顯示，電機攪拌功率（或電流）的變化是終止合成反應的主要判據(jù)。實驗原料及設(shè)備3、真空系統(tǒng)聚酯合成反應需在低真空下進行預縮聚反應和高真空下（70Pa左右）進行縮聚反應。小分子從反應液中的逸出有利于高分子鏈的增長，而真空負壓條件下有助于小分子從反應液中的逸出。4、小分子回流冷凝和釋放系統(tǒng)在PET合成的酯化階段，需要從反應體系中釋放出酯化反應生成的水或醇而促進酯化反應的進行，同時要使沸點較高的反應物乙二醇保留在體系中。實驗原料及設(shè)備

聚酯合成各裝置實物圖圖22.5L反應釜（揚州普里特化工技術(shù)有限公司生產(chǎn)）實驗步驟實驗前準備工作1、原料準備按PTA/EG＝1：2還是1:1.4（摩爾比）稱量PTA和EG，一般2.5L反應釜加入PTA的量為500g左右，催化劑的用量根據(jù)其種類確定。2、檢查釜加熱系統(tǒng)和釜預熱打開電源，按釜加熱、釜保溫（綠色，此狀態(tài)為不加熱）“按紐”，與柱加熱（紅色，此狀態(tài)為不加熱）。溫度控制：只要設(shè)定外釜溫度，為100℃。3、檢查反應系統(tǒng)的真空度首先要關(guān)上所有的閥門，打開真空泵。觀察真空規(guī)中的水銀是否能爬上毛細管。一般數(shù)值到50mmHg還是70mmHg就認為反應釜可以保持真空；否則，就要檢查系統(tǒng)的真空密封性，直至達到試驗要求的真空度。檢查完畢后，關(guān)閉真空泵及相關(guān)的閥門。待加料。實驗步驟實驗過程1、加料1)按照不同的原料配比要求稱量PTA、EG以及鈦酸正丁酯。打開電源，按“釜加熱”、“釜保溫”與“柱加熱”按鈕。設(shè)定外釜溫度，設(shè)為100℃。實驗步驟實驗過程3）首先將所有的閥門(抽真空處的閥門、出水處閥門（兩個）、真空規(guī)的閥門)關(guān)閉，再打開真空泵。檢查反應系統(tǒng)的真空度。觀察真空規(guī)中的水銀高度是否能爬上毛細管。一般數(shù)值到50mmHg就可認為反應釜是保持真空的；否則，就要檢查系統(tǒng)的真空密封性，直至達到試驗要求的真空度。檢查完畢后關(guān)閉真空泵及相關(guān)的閥門。4）依次加入EG，PTA，EG。催化劑按需要在反應前或酯化結(jié)束后加入。加料結(jié)束后，擰緊加料口，檢查抽真空處的閥門、出水處閥門（兩個）、真空規(guī)的閥門是否關(guān)上。實驗步驟2、酯化1）按控制柜上的攪拌“按紐”；設(shè)定釜溫在300℃左右；打開氮氣瓶通1kg的氮氣，并關(guān)上相應閥門。2）開始攪拌時，就記下時間，然后每15分鐘記以下讀數(shù)：功率、壓力、5區(qū)（液溫）、4區(qū)（氣溫）、3區(qū)（頂溫）、釜溫、柱溫（釜溫、柱溫是有應用價值的，因為開始加熱時溫度的不穩(wěn)定性，造成液溫的無可比性。只有當釜溫、柱溫到達設(shè)定溫度時，才可以比較）實驗過程實驗步驟3）在實驗期間，要注意壓力的變化。當壓力表的視數(shù)到0.4MPa時，要減緩氮氣的放出速度。（壓力控制在0.4MPa主要是由于反應釜自身的缺陷造成的，如果壓力再往上反應釜密封性會受到影響），1kg氮氣完全放出后，打開出水下面的閥門，此時再按控制柜上的柱加熱“按鈕”（綠色）4）當壓力表再次達到0.4MPa或3區(qū)（頂溫）達到100℃時，可緩慢出水，直至出水完全。出水完全根據(jù)下列條件判斷：A）看是否有水下落；B）達到理論出水量（出水量以3摩爾反應物為計量的）；C）壓力表為0讀數(shù)。實驗過程實驗步驟實驗過程3、縮聚1）低真空階段：按控制柜上的柱加熱“按紐”（紅色），減低反應釜的溫度（300℃）。輕輕打開閥門。此時，一定要記下功率。2）高真空階段：看真空規(guī)是否上柱，如上柱且過刻度線，則需要完全打開閥門。觀察并注意功率值，當功率比低真空起始時功率高出15~20格時即可結(jié)束反應，準備出料。實驗步驟實驗結(jié)束1、出料通氮氣消除反應系統(tǒng)負壓，擰掉出料口螺母，引熔體流入事先放有自來水的出料槽中，通入適量氮氣以保持出料速度，得到條狀聚酯。2、洗釜

先降低釜溫，或直接關(guān)閉反應釜加熱按紐；溫度降到100℃以下后，可以加入乙二醇，（2.5升的反應釜加約1.5升EG）；再加熱，釜溫可設(shè)定在300℃，觀察液溫是否達到200℃，此時可以開始攪拌，攪拌大約半小時。關(guān)閉“釜加熱”按紐；待溫度降下后，放出乙二醇。注意事項1、實驗過程中涉及到高壓和電熱電動設(shè)備，因而需充分注意安全2、在實驗過程中加料（一般為酯化結(jié)束后加縮聚催化劑）要注意卸壓完全；3、嚴格控制預縮聚時的真空度，以防酯化物或低聚