Polybutyleentereftalaat (PBT) is een hoogwaardige thermoplastische polyester- die veel wordt gebruikt in sectoren als de elektronica, elektrische apparaten, de automobielindustrie en machines. Het productieproces voor polybutyleentereftalaat wordt hieronder gedetailleerd beschreven.
Voorbereiding van grondstoffen
De belangrijkste grondstoffen voor de productie van polybutyleentereftalaat zijn tereftaalzuur (PTA) en 1,4-butaandiol (BDO). PTA is een witte kristallijne vaste stof of poeder die een hoge zuiverheid vereist, doorgaans meer dan 99%. BDO is een kleurloze, stroperige vloeistof; de kwaliteit en zuiverheid ervan moeten ook worden gewaarborgd om de daaropvolgende reactie te vergemakkelijken. Voordat de productie begint, ondergaan de grondstoffen strenge kwaliteitstests en voorbehandeling om onzuiverheden en vocht te verwijderen.
Productieproces voor directe verestering
1. Veresteringsreactie
PTA en BDO worden in een veresteringsreactor geladen in een specifieke molaire verhouding (typisch variërend van 1:1,1 tot 1:1,5). In de reactor ondergaan PTA en BDO verestering in aanwezigheid van een katalysator om bis(4-hydroxybutyl)tereftalaat (BHBT) en water te produceren. Veel voorkomende katalysatoren zijn typen op basis van titanium- en antimoon-; Op titanium gebaseerde katalysatoren hebben de voorkeur vanwege hun hoge activiteit en snelle reactiesnelheden. De reactietemperatuur wordt in het algemeen tussen 220 en 250 graden gehouden, waarbij de druk op atmosferische of enigszins positieve niveaus wordt gehouden. Tijdens de reactie wordt het geproduceerde water continu afgedestilleerd om de reactie vooruit te helpen.
2. Polycondensatiereactie
Het uit de veresteringsstap verkregen BHBT wordt overgebracht naar een polycondensatiereactor. Onder omstandigheden van hoge temperatuur (240–260 graden) en hoog vacuüm (lager dan 100 Pa) ondergaat de BHBT polycondensatie om polybutyleentereftalaat en 1,4-butaandiol te vormen. Naarmate de reactie vordert, neemt het molecuulgewicht van het polymeer geleidelijk toe. Kleine hoeveelheden stabilisatoren en antioxidanten worden doorgaans toegevoegd om de reactiesnelheid en de polymeerkwaliteit te verbeteren. De polycondensatiereactie vereist een relatief lange duur, in het algemeen variërend van 2 tot 4 uur.
3. Na-verwerking
Na voltooiing van de polycondensatiereactie wordt de polymeersmelt uit de reactor geëxtrudeerd en ondergaat deze na-verwerkingsstappen-zoals afkoelen en pelletiseren- om polybutyleentereftalaat (PBT)-pellets te verkrijgen. Koeling wordt meestal bereikt via water of lucht om de polymeersmelt snel te laten stollen. Een pelletiseermachine snijdt de gekoelde polymeerstrengen in uniforme pellets, wat opslag en transport vergemakkelijkt.
Omestering productieproces
1. Transesterificatiereactie
Bij het omesteringsproces worden dimethyltereftalaat (DMT) en 1,4-butaandiol als grondstoffen gebruikt. DMT en 1,4-butaandiol worden in specifieke verhoudingen in de omesteringsreactor geladen, waar de reactie verloopt in aanwezigheid van een katalysator (zoals een acetaat). De reactietemperatuur wordt in het algemeen tussen 180 en 220 graden gehouden; methanol ontstaat als bijproduct. Continue destillatie van de methanol drijft de reactie in de richting van de vorming van bis(4-hydroxybutyl)tereftalaat.
2. Polycondensatie en na-naverwerking
De daaropvolgende polycondensatie- en na{0}}verwerkingsfasen voor het via omestering verkregen bis(4-hydroxybutyl)tereftalaat zijn in wezen dezelfde als die bij het directe veresteringsproces. Polycondensatie wordt uitgevoerd onder hoge-temperaturen en vacuümomstandigheden, gevolgd door afkoelen en pelletiseren om het eindproduct te verkrijgen.
Vergelijking van de twee productieprocessen
Het directe veresteringsproces biedt de voordelen van relatief lage grondstofkosten (met behulp van tereftaalzuur), minder reactiestappen en een hoge productie-efficiëntie. Het vereist echter een hoge zuiverheid van de grondstoffen en brengt strenge reactieomstandigheden met zich mee. Het heresteringsproces profiteert van relatief milde reactieomstandigheden en lagere zuiverheidseisen voor grondstoffen. Omgekeerd is het afhankelijk van het duurdere DMT en ontstaat methanol als bijproduct, waardoor terugwinning en behandeling noodzakelijk zijn.