Методы гранулирования ПЭТ

Гранулированный ПЭТ получают различными методами в зависимости от способа литья расплава.

При сухом способе литья расплав полимера выдавливается через щелевую фильеру в виде широкой ленты на движущийся стальной транспортер, который охлаждается снизу водой, или отливается в специальные формы (ковши). При этом происходит медленное охлаждение расплава, сопровождающееся кристаллизацией ПЭТ. Ленты и блоки полимера измельчаются в дробильных мельницах. Полученный гранулят, состоящий из кусочков полимера неправильной формы различных и небольшого количества пыли, просеивается и направляется в смесители гранулята и затем в бункера прядильных машин. Основным недостатком сухого литья является получение гранулята неправильной формы.

При мокром способе литья расплав выдавливается в виде ленты на поверхность вращающегося барабана и затем охлаждается водой или в виде жилки в ванну с водой. При этом способе литья в результате быстрого охлаждения получается аморфный полимер. При рубке ленты получаются гранулы полимера прямоугольной формы, а при рубке жилки – цилиндрической формы. Наиболее целесообразным является последний способ. Полученный гранулят направляется в сушилку, т.к. при производстве ПЭ волокон для получения волокна высокого качества в прядильный цех должен подаваться гранулят, содержащий не более 0,01% влаги. При мокром способе литья гранулы содержат значительное количество влаги (5 – 10%), которое должно быть удалено перед формованием.

4.1. Состояние и перспективы развития пр-тва ПЭФ в-н и нитей.

Среди СВ лидирует ПЭФ в-на, производимые во всем мире на 745 установках в кол-ве 15млн т на 1997г. прирост за один только год достиг почти 15%. Мировой объем ПЭФ в-н возрастает за счет микрофилам. нитей (в Яп., ЗЕв, США), высокопрочных нитей техн. назначения, штап. в-н и т.д.

Быстрый рост пр-тва ПЭФ в-н обусловлен доступностью исходного сырья и их ценными св-ми. В ближайшие 10 лет ожидается прирост мощностей и производства всех видов ПЭФ материалов, причем наиболее высокие темпы прогнозируются для ПЭФ волокон - около 2 млн. т/год.

Анализ спроса и предложения на основные виды сырья и ПЭФ материалы предполагает до 2014 г. заметные колебания в уровне загрузки мощностей, особенно в период 2004-2007 гг. После 2008 г. эти уровни относительно стабилизируются. Для сырьевых продуктов загрузка мировых мощностей составит 85...95%. Причем макс. она прогнозируется для ТФК и мин. – для ДМТ. Снижение уровня загрузки мощностей в период 2004-2007 г, связано с ростом цен на нефть и нефтехимическое сырье, с дефицитом параксилола, ТФК и моноэтиленгликоля (МЭГ), а также планируемым строительством новых пред-тий.

В мире еще сохранились пред-тия, в том числе ОАО «МХ», производящие ДМТ. В 2004 г. мировые мощности по его произ-тву претерпевают спад (на 0,5 млн. т. До 2008 г. они сохранятся по прогнозу практически на одном уровне - 4,4 млн.т/год. Спрос на ДМТ в мире (особенно для ПЭФ в-н и нитей) в будущем не возрастет выше 3,5-3,6 млн. т/год. Сегодня из 38,7 млн. т ПЭФ только 3,4 млн.т производят из ДМТ. Новое развитие ПЭФ продукции всех видов будет основано полностью на ТФК в качестве основного сырья. Произ-лям ДМТ крайне сложно рассчитывать на изначальную прибыль, ибо конкуренция с ТФК, обеспеч-щей снижение себест-ти произ-тва ПЭТ на 10-12%, бессмысленна. Поэтому значительное кол-тво произ-лей ДМТ, особенно для переработки его в ПЭФ волокна, вынуждены будут прекратить свою дея-сть. В мировой стр-ре фабричного потребления превалируют ПЭФ волокна и хлопок(рис1). . Как видим, ПЭФ волокно, сохраняя позиции лидера, явл-ся единст. в-ном с растущей долей потребления, чем оказывает наибольшее влияние на развитие и потенциал смежных отраслей. А в России на почве кратковременных финансовых выгод, появилась альтернатива ПЭФ волокну, но не в виде в-на, а в виде бутылок из ПЭТ. На стихийное расширение их произ-тва идут и без того ограниченные ресурсы исходного сырья, в первую очередь, ПК и МЭГ. Темпы увеличения спроса на химические волокна в КНР впечатляют: в 2003 г. - на 7,8%; в 2004 г. - на 9,4%; в 2005г. - ожидается рост на 7%. По сравнению с 2004 г. потребление ПЭФ в-н к 2010 г. в Китае планируется увеличить на 58% (для сравнения, хлопковых - на 12%). Растущий спрос на ПЭФ в-на в Китае сопровождается интенсивным вводом новых мощностей, к-рые к 2010 г. должны увеличиться по сравнению с 2000 г. в 3,7 раза. В Европе за этот же период объем потребления перечисленных здесь видов волокон практически не изменится.

4.2.ПЭФ нити на основе поли(этилентерефталата), поли(пропилентерефталата), поли(бутилентерефталата), поли(гидрокиалканоата).

ПЭФ назв. в-на, получаемые из полиэфиров – полимеров, макром-лы к-рых содержат эфирные группы –(С=О)–О–. Впервые волокнообр. ПЭФ - ПЭТ был получен в 1941г англ. ученым Уинфолдом и Диксоном из аромат. дикарбоновой к-ты(терефталевой) и ЭГ. Осн. пром. значение имеют ПЭФ в. из полиэтилентерефталата (ПЭТ). ПЭФ в. получают также на основе хим. Модиф-ного ПЭТ (со-полиэфирные волокна) и в значительно меньших кол-вах - из поликарбонатов, полиэтиленоксибензоата, поликсилилен-гликольтерефталата, жидкокристаллич. полиэфиров, поли-гликолидов и др. Получение: ПЭФ в. формуют из расплава, используя ПЭТ с мол. м. (20-25)·103 (жгут и текстильные нити) или с мол. м. (30-40)·103 (техн. нити). В ПЭТ должно содержаться (% по массе): влаги не более 0,01; диэтиленгликоля не более 1,0; сухого остатка не более 0,06; ТiO2 от 0,05 до 2; красителя от 0,4 до 2,0; концевых групп СООН не более 40 г-экв/т; вязкость расплава должна составлять 200-700 Па·с (280 °С).

ПЭТ перерабатывают по периодич. схеме (из гранулята) и по непрерывной (прямое формование из расплава ПЭТ после его синтеза). Обычно гранулят ПЭТ плавят при 280-320 °С в экструдерах, производительность к-рых достигает 1-15 кг/мин.

Синтез ПЭТ осущ. в две стадии :синтез ДГТ и поликонденсации ДГТ.

1.1.Переэтерификация ДМТ ЭГ-лем.

1.2.Этерификация ТФК ЭГ-лем.

2 Поликонденсация ДГТ Характеризуется высокой термостойкостью расплава (~290°С); деструкция на воздухе начинается при т-ре на 50 °С ниже, чем в инертной среде. Эксплуатац. св-ва сохраняются в диапазоне от — 60 до 170°С. ПЭТ не явл. Единств. ПЭФ-ром, пригодным для про-тва высококаческтвенных в-н. для этой цели м.б. использованы эфиры др. ароматических к-т и алифатических гликолей.

Полипропилетерефтаталат (ППТ) ПЭФ-ры, полученные конденсационной полим-цией продукта р-ции диола с дикарбоновой к-той, м.б. сформованы в нить, пригодную для ковровой ткани. Известен способ получения комплексной ПЭФ нити, вкл-щий расплавление полимера ПЭФ-ра, в качестве к-го исп-т ППТ, формование в-н, охлаждение, соединение волокон в нить, вытягивание нити, обработку воздушной струей, намотку нити. Синтетический материал ППТ объединяет в себе лучшие свойства нейлона и полиэстра. В сравнении с другими конкурентами этот полимер на ощупь напоминает шерсть, легко окрашивается, долгое время хранит яркость цвета, не линяет, эластичен и упруг.

Полибутилентерефталат(ПБТ) В отличие от ПЭТ, ПБТ - быстро кристаллизующийся полимер; макс. степень кристалл-ости 60%. Обладает высокой прочностью, жесткостью и твердостью, стоек к ползучести, хороший диэлектрик. Данный полиэфир обладает хорошими антифрикционными свойствами. Коэффициент трения у ПБТ значительно меньше, чем у поли-e-капроамида и полиформальдегида. В отличие от ПА, у ПБТ, благодаря незначительному водопоглощению, сох-тся в усл-ях повышенной влажности высокие электроизоляционные и мех. св-тва. При длительном контакте с водой и водными рас-ми солей (напр., NaHCO3, Na2CO3, NaHSO3, KCl) полиэфир подвергается гидролитической деструкции: скорость пр-са при комн. т-ре мала, но возрастает при повышенных температурах (от 800C). Данный полиэфир перераб. преимущ. литьем под давлением, значительно реже экструзией. Важное преимущество данного вещества перед другими термопластами (ПЭТ, поликарбонатами, полисульфонами) - хорошие технологические свойства, связанные с высокой скоростью кристаллизации при низких т-рах (30-1000C) и высокой текучестью р-ва. Литьевым ПБТ и композ-ми мат-ми на его основе заменяют металлы (цинк, бронзу, алюминий) и реактопласты в произ-тве деталей электротехнического (высоковольтные детали систем зажигания, штепсельные разъемы, держатели щеток, корпуса катушек реле и т.д.), конструкц. (нап., корпуса, обоймы, шестерни, подшипники) и декоративного (детали отделки, жалюзи и др.) назначений в автомобилестроении, электротехнике, электронике, бытовой технике. Из экструзионного ПБТ изготовляют пленки, стержни, трубки, профили, волокно.

Полигидрокиасиалканоаты.В-но из продукта поликонденсации терефталевой к-ты или ее диметилового эфира и 1,4-бис-(гидроксиметил)циклогексана (кодель, вес-тан;рис1) плавится при более высокой т-ре (ок. 295 °С), обладает меньшими пиллингом (распушиванием) и плотн. (1,220 г/см3), лучшей накрашиваемостью, более высокой теплостойкостью, чем волокно из ПЭТ.

Текстильные нити из полиэтиленоксибензоата (А-Телл; ф-ла 2), получ-ого поликонденсацией этилового эфира n-гидроксибензойной к-ты, стойки к УФ облучению. По сравнению с волокном из ПЭТ они более устойчивы в воде, к-тах и щелочах, обладают высокой усадкой в кипящей воде (до 30%), лучшей накрашиваемостью, однако размягчаются и плавятся (соотв. при 185 и 223 °С) при более низких т-рах; модуль деформации растяжения 4-8 ГПа.

В-на формуют из р-ва, подвергают ориентационному вытягиванию и термофиксации. Выпускают в-на в виде нитей, жгута и штапельного в-на. Имеет шелкоподобный гриф, хорошо смешиваются с шерстью, хлопком и др.

4.3. Номенклатура полиэфирных волокон и нитей

Название данного вида синт. в-н определено хим. природой полимера – сложного эфира, из к-го получают эти в-на. К сложным ПЭФ-рам относятся ВМВ-ва с общей ф-лой (OR’OOCR’’CO)_n, макром-лы к-рых состоят из элементарных звеньев, соед-х между собой сложноэфирной связью–(С=О)–О–. Для получения ПЭФ в-н нашли практическое применение полимеры на основе аромат. к-т и алифат. гликолей.

ПЭФ в-на на основе ПЭТ выпускают под названиями лавсан (быв.СССР); терилен (Англия); дакрон, фортел (США); тетерон курарэй (Япония); тревира, диолен, гризутен (Германия); элана, торлен (Польша); терленка (Нидерланды); тергаль (Франция) и т.д.

ПЭФ в-на произ-т также на основе хим. модиф. ПЭТ (со-ПЭФ в-на): викрон, дакрон-62 и 64 (США); грилен (Швейцария), лавсан – И (быв.СССР), тетерон-89(Япония). Другие ПЭФ в-на, отличающиеся по хим сос-ву известны под торговыми названиями кодель (США), вестен (Германия), А-телл (Япония). К ПЭФ относятся в-на, получаемые из поликарбонатов, напр. лексан (США), продуктов переработки лигнина – ванилина и щавелевой к-ты (США).