A polibutilén-tereftalát (PBT) egy nagy{0}}teljesítményű, hőre lágyuló poliészter, amelyet széles körben használnak olyan ágazatokban, mint az elektronika, az elektromos készülékek, az autógyártás és a gépgyártás. A polibutilén-tereftalát gyártási folyamatát az alábbiakban részletezzük.
Nyersanyag előkészítés
A polibutilén-tereftalát előállításának elsődleges nyersanyaga a tereftálsav (PTA) és az 1,4-butándiol (BDO). A PTA fehér kristályos szilárd anyag vagy por, amely nagy tisztaságot igényel – jellemzően meghaladja a 99%-ot. A BDO színtelen, viszkózus folyadék; minőségét és tisztaságát is biztosítani kell a későbbi reakció megkönnyítése érdekében. A gyártás megkezdése előtt az alapanyagokat szigorú minőségi vizsgálatnak és előkezelésnek vetik alá, hogy eltávolítsák a szennyeződéseket és a nedvességet.
Közvetlen észterezési gyártási folyamat
1. Észterezési reakció
A PTA-t és a BDO-t meghatározott mólarányban (tipikusan 1:1,1 és 1:1,5 között) egy észterező reaktorba töltjük. A reaktorban a PTA és a BDO észterezésen megy keresztül katalizátor jelenlétében, így bisz(4-hidroxibutil)-tereftalátot (BHBT) és vizet állítanak elő. A gyakori katalizátorok közé tartoznak a titán-alapú és az antimon-alapú katalizátorok; a titán alapú katalizátorokat nagy aktivitásuk és gyors reakciósebességük miatt kedvelik. A reakcióhőmérsékletet általában 220 °C és 250 °C között tartjuk, miközben a nyomást atmoszférikus vagy enyhén pozitív szinten tartjuk. A reakció során a keletkező vizet folyamatosan desztillálják le, hogy a reakció előrehaladjon.
2. Polikondenzációs reakció
Az észterezési szakaszból kapott BHBT-t egy polikondenzációs reaktorba visszük át. Magas hőmérséklet (240-260 fok) és nagy vákuum (100 Pa alatt) körülmények között a BHBT polikondenzáción megy keresztül, és polibutilén-tereftalátot és 1,4-butándiolt képez. A reakció előrehaladtával a polimer molekulatömege fokozatosan növekszik. Általában kis mennyiségű stabilizátort és antioxidánst adnak hozzá a reakció sebességének és a polimer minőségének javítása érdekében. A polikondenzációs reakció viszonylag hosszú időtartamot igényel, általában 2-4 óra.
3. Utólagos-feldolgozás
A polikondenzációs reakció befejeződése után a polimer olvadékot extrudálják a reaktorból, és utó{0}}feldolgozási lépéseken-mennek keresztül, mint például hűtés és pelletálás-, így polibutilén-tereftalát (PBT) pelleteket kapnak. A hűtést általában vízzel vagy levegővel érik el a polimer olvadék gyors megszilárdulása érdekében. A pelletizáló a lehűtött polimer szálakat egyenletes pelletekre vágja, megkönnyítve a tárolást és a szállítást.
Átészterezési gyártási folyamat
1. Átészterezési reakció
Az átészterezési eljárás dimetil-tereftalátot (DMT) és 1,4-butándiolt használ nyersanyagként. A DMT-t és az 1,4-butándiolt meghatározott arányban töltik be az átészterező reaktorba, ahol a reakció katalizátor (például acetát) jelenlétében megy végbe. A reakcióhőmérsékletet általában 180 °C és 220 °C között tartjuk; melléktermékként metanol keletkezik. A metanol folyamatos desztillációja a reakciót bisz(4-hidroxi-butil)-tereftalát képződéséhez vezeti.
2. Polikondenzáció és utó{1}}feldolgozás
Az átészterezéssel nyert bisz(4-hidroxi-butil)-tereftalát ezt követő polikondenzációs és utófeldolgozási lépései lényegében megegyeznek a közvetlen észterezési eljárással. A polikondenzációt magas-hőmérsékletű és nagyvákuum körülmények között hajtják végre, majd hűtéssel és pelletizálással kapják meg a végterméket.
A két gyártási folyamat összehasonlítása
A közvetlen észterezési eljárás előnye a viszonylag alacsony nyersanyagköltség (tereftálsav felhasználásával), a kevesebb reakciólépés és a magas gyártási hatékonyság. Ez azonban nagy nyersanyagtisztaságot igényel, és szigorú reakciókörülményeket igényel. Az átészterezési folyamat előnyös a viszonylag enyhe reakciókörülmények és az alacsonyabb nyersanyag-tisztasági követelmények. Ezzel szemben a drágább DMT-re támaszkodik, és melléktermékként metanolt termel, ami hasznosítást és kezelést tesz szükségessé.