单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,大型工艺实验,聚酯的,合成与表征,大型工艺实验聚酯的,目录,实验目的,实验原理,实验原料及设备,实验步骤,表征及测试,目录实验目的实验原理实验原料及设备实验步骤表征及测试,实验目的,掌握直接酯化法合成聚酯的工艺过程和操作要领,了解聚酯改性的常用方法，掌握原位聚合或共聚改性方法,熟悉聚酯结构和性能表征的几种常用方法，并能进行数据整理和分析,实验目的掌握直接酯化法合成聚酯的工艺过程和操作要领了解聚酯改,实验原理,本实验采用直接酯化法合成聚酯，同时在聚合反应体系中添加功能组分，采用原位聚合和共聚的方法，把功能组分引入聚酯中而制备具有一定功能的,PET,树脂。,聚酯的合成过程分为两步：,1,）酯化过程是以,PTA,和,EG,直接酯化脱水生成对苯二甲酸乙二醇酯（,BHET,）,；,2,）缩聚过程是生成的对苯二甲酸乙二醇酯之间脱,EG,生成,PET,。,实验原理本实验采用直接酯化法合成聚酯，同时在聚合反应体系中添,实验原理,（,1,）直接酯化法,酯化,实验原理（1）直接酯化法酯化,实验原理,缩聚,实验原理缩聚,实验原理,PTA,和,EG,的酯化反应可在,PTA,的氢离子自催化和催化剂存在下进行。,自催化的反应机理：原料,PTA,羟基解离的,H,+,自催化活化，,EG,进行亲核酯化反应。,第二个羟基与,EG,在,H,+,存在下的酯化机理同第一个羧基。,酯化催化反应机理,实验原理PTA和EG的酯化反应可在PTA的氢离子自催化和催化,实验原料及设备,原料：,1.,对苯二甲酸（,PTA,）（工业品）；,2.,乙二醇（,EG,）,（工业品）；,3.,硅酸正丁酯,（化学纯）,设备：,1.,反应釜主体系统,2.,电温控制系统,3.,真空系统,4.,小分子回流冷凝和释放系统,5.,出料槽,实验原料及设备原料：设备：,实验原料及设备,1.,反应釜主体系统,实验原料及设备1.反应釜主体系统,实验原料及设备,2,、电温控制系统,电温控制系统的功能主要有三种：,1,）电加热和传动电源的控制,2,）温度控制和显示：在聚酯合成中有,5,个温度参数：釜温、液温、气温、柱温和顶温。其中釜温和柱温需要控制和显示，其它三个温度仅需显示。,3,）搅拌电机转速控制及搅拌功率显示，电机搅拌功率（或电流）的变化是终止合成反应的主要判据。,实验原料及设备2、电温控制系统电温控制系统的功能主要有三种：,实验原料及设备,3,、真空系统,聚酯合成反应需在低真空下进行预缩聚反应和高真空下（,70Pa,左右）进行缩聚反应。小分子从反应液中的逸出有利于高分子链的增长，而真空负压条件下有助于小分子从反应液中的逸出。,4,、小分子回流冷凝和释放系统,在,PET,合成的酯化阶段，需要从反应体系中释放出酯化反应生成的水或醇而促进酯化反应的进行，同时要使沸点较高的反应物乙二醇保留在体系中。,实验原料及设备3、真空系统聚酯合成反应需在低真空下进行预缩聚,实验原料及设备,聚酯合成各装置实物图,图,2 2.5L,反应釜（扬州普里特化工技术,有限公司生产）,实验原料及设备 聚酯合成各装置实物图图2 2.5L反应釜,实验步骤,实验前准备工作,1,、原料准备,按,PTA/EG,1,：,2,还是,1:1.4,（摩尔比）称量,PTA,和,EG,，一般,2.5L,反应釜加入,PTA,的量为,500g,左右,，催化剂的用量根据其种类确定。,2,、检查釜加热系统和釜预热,打开电源，按,釜加热、釜保温,（绿色，此状态为不加热）“按纽”，与,柱加热,（红色，此状态为不加热）。温度控制：只要设定外釜温度，为,100,。,3,、检查反应系统的真空度,首先要关上所有的阀门，打开真空泵。观察真空规中的水银是否能爬上毛细管。一般数值到,50 mmHg,还是,70 mmH,g,就认为反应釜可以保持真空；否则，就要检查系统的真空密封性，直至达到试验要求的真空度。检查完毕后，关闭真空泵及相关的阀门。待加料。,实验步骤实验前准备工作1、原料准备2、检查釜加热系统和釜预热,实验步骤,实验过程,1,、加料,1),按照不同的原料配比要求称量,PTA,、,EG,以及钛酸正丁酯。,打开电源，,按,“釜加热”、“釜保温”与“柱加热”按钮。设定外釜温度，设为,100,。,实验步骤实验过程1、加料,实验步骤,实验过程,3,）,首先将所有的阀门,(,抽真空处的阀门、出水处阀门（两个）、真空规的阀门,),关闭，再打开真空泵。检查反应系统的真空度。观察真空规中的水银高度是否能爬上毛细管。一般数值到,50 mmHg,就可认为反应釜是保持真空的；否则，就要检查系统的真空密封性，直至达到试验要求的真空度。检查完毕后关闭真空泵及相关的阀门。,4,）,依次加入,EG,，,PTA,，,EG,。催化剂按需要在反应前或酯化结束后加入。加料结束后，拧紧加料口，检查抽真空处的阀门、出水处阀门（两个）、真空规的阀门是否关上。,实验步骤实验过程3）首先将所有的阀门(抽真空处的阀门、出水处,实验步骤,2,、酯化,1,）按控制柜上的,搅拌“按纽,”；设定釜温在,300,左右；,打开氮气瓶通,1kg,的氮气，并关上相应阀门。,2,）开始搅拌时，就记下时间，然后每,15,分钟记以下读数：功率、压力、,5,区（液温）、,4,区（气温）、,3,区（顶温）、釜温、柱温（釜温、柱温是有应用价值的，因为开始加热时温度的不稳定性，造成液温的无可比性。只有当釜温、柱温到达设定温度时，才可以比较）,实验过程,实验步骤2、酯化实验过程,实验步骤,3,）在实验期间，要注意压力的变化。当压力表的视数到,0.4MPa,时，要减缓氮气的放出速度。（压力控制在,0.4MPa,主要是由于反应釜自身的缺陷造成的，如果压力再往上反应釜密封性会受到影响），,1kg,氮气完全放出后，打开出水,下面,的阀门，此时再按控制柜上的,柱加热“按钮”（绿色）,4,）当压力表再次达到,0.4MPa,或,3,区（顶温）达到,100,时，可缓慢,出水，直至出水完全。,出水完全根据下列条件判断：,A,）看是否有水下落；,B,）达到理论出水量（出水量以,3,摩尔反应物为计量的）；,C,）压力表为,0,读数。,实验过程,实验步骤3）在实验期间，要注意压力的变化。当压力表的视数到0,实验步骤,实验过程,3,、缩聚,1,）低真空阶段：按控制柜上的,柱加热“按纽”（红色）,，减低反应釜的温度（,300,）。轻轻打开阀门。此时，一定要记下,功率,。,2,）高真空阶段：看真空规是否上柱，如上柱且过刻度线，则需要完全打开阀门。观察并注意功率值，当功率比低真空起始时功率高出,1520,格时即可结束反应，准备出料。,实验步骤实验过程3、缩聚,实验步骤,实验结束,1,、出料,通氮气消除反应系统负压，拧掉出料口螺母，引熔体流入事先放有自来水的出料槽中，通入适量氮气以保持出料速度，得到条状聚酯。,2,、洗釜,先降低釜温，或直接关闭反应釜加热按纽；温度降到,100,以下后，可以加入乙二醇，（,2.5,升的反应釜加约,1.5,升,EG,）；再加热，釜温可设定在,300,，,观察液温是否达到,200,，,此时可以开始搅拌，搅拌大约半小时。关闭“釜加热”按纽；待温度降下后，放出乙二醇。,实验步骤实验结束1、出料,注意事项,1,、实验过程中涉及到高压和电热电动设备，因而需充分注意安全,2,、在实验过程中加料（一般为酯化结束后加缩聚催化剂）要注意卸压完全；,3,、严格控制预缩聚时的真空度，以防酯化物或低聚物被带出而堵住真空系统管道。,4,、重点观察和理解如何通过某些过程参数（如酯化出水量、搅拌功率的变化）来控制聚合反应的进行；,注意事项1、实验过程中涉及到高压和电热电动设备，因而需充分注,讨论与思考,1,、在实验过程中如何控制缩聚反应速度？,2,、,PET,合成过程中可能的副反应及其控制方法？,3,、功能组分的引入对聚酯结构性能的影响？,讨论与思考1、在实验过程中如何控制缩聚反应速度？,