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聚酯树脂颜色b值的影响因素探究

浏览次数: 发布日期:2019-10-12 11:15

搅拌式反应釜列管式冷凝器专业厂家无锡天骥化工设备2019年10月12日讯  通过对聚酯树脂生产过程中工艺和条件的控制,主要探究原料单体、投料量、修正量、真空度、反应温度对成品聚酯树脂颜色b值的影响,并通过台式测色仪来确定聚酯树脂颜色b值。应用统计的方法,对产品A分析并确定了影响颜色b值的主要因素, 提出了相应控制方法, 为同类产品生产控制提供借鉴。

关键字:聚酯树脂;工艺与控制;颜色b值  

 

0 引言   

相比于传统涂料,粉末涂料具有节能、环保、经济、高效的特点。粉末涂料在涂装使用过程中,几乎没有溶剂的挥发,最大限度地减少了VOC的排放。在国家相关政策的积极支撑下,粉末涂料市场需求量持续增长,粉末涂料行业不断发展壮大。聚酯树脂一直是粉末涂料的重要原料,其品质、性能等直接影响粉末涂料的使用。

聚酯树脂颜色b值是聚酯树脂质量的一个重要指标,它直接影响粉末涂料最终形成的涂膜的色泽和色彩等一系列性能。聚酯树脂颜色用b值表征,b值越大表示聚酯颜色越黄。大家从实际生产着手,针对企业产品A分析了影响聚酯颜色b值的可能因素,应用统计的方法,确定主要因素,探求相应且有效的控制方法来降低聚酯产品颜色b值,从而提高产品质量和增加企业效益。

1 原料单体的影响控制

原料单体的质量是保证聚酯质量和其颜色b值的基础。由于涉及的产品多,且不同产品所用原料各不相同,大家挑选常规产品A作为研究对象。产品A的主要原料单体为新戊二醇(NPG)和精对苯二甲酸(PTA)。

1.1 新戊二醇(NPG)

NPG是聚酯树脂生产的主要原料。目前新戊二醇生产工艺主要分为加氢法和歧化法。其中加氢工艺整体的流程较短,成品的收率较高,纯度也较高,但是加氢工艺前期投资较大。歧化法克服了投资大的缺点,但相比于加氢法,纯度会较低。本文挑选了5家供应商的NPG,采用Q/3201 BYC 62—2018标准对其进行了纯度的分析。然后用5家供应商的NPG合成产品A,最后通过Hunterlab企业的台式测色仪测试产品A颜色b值,得到表1结果。

表1 不同供应商的NPG生产的聚酯树脂颜色

供应商

NPG纯度/%

产品A颜色b

1

2

3

4

5

 

99.482

99.736

99.257

99.557

99.433

7.21

7.32

7.29

7.10

7.25

试验结果表明,NPG的纯度对最终产品A颜色b值的影响较小。试验中还发现纯度的差异对产品其他技术指标会有影响,如酸值、黏度等。

 

1.2 精对苯二甲酸(PTA)

精对苯二甲酸(PTA)是以二甲苯为原料的液相氧化法与加氢精制法等工艺制得。市场上大部分的精对苯二甲酸还是用于生产聚酯纤维,聚酯树脂每年消耗的PTA占比虽然不多,但也是PTA的重要下游产业。本文挑选了两家供应商的样品作为对比生产产品A,得到的结果见表2。

表2不同供应商的PTA生产的聚酯树脂颜色

供应商

PT酸含量/(mg·kg-1

4-CBA含量/(mg·kg-1

产品A颜色b

160

160

12

15

6.82

6.99

PTA中的杂质对甲基苯甲酸(PT酸)和对羧基苯甲醛(4-CBA)的含量对产品A颜色b值有一定程度影响。对羧基苯甲醛的含量高,聚酯树脂中醛基含量就会高,容易形成双键从而引起支链反应;对甲基苯甲酸含量高,会影响聚酯的链连接使得分子量降低。实际生产结果表明PTA的影响差异不大,不是引起聚酯颜色b值增大的主要原因。

2 工艺条件的影响与控制

生产工艺的控制对聚酯质量是最直接的影响因素。产品A的生产过程大致分为两步,第一步酯化:投料量大、反应温度过高、物料反应时间长、酯化效率低,使环化反应等副反应更多且更易发生。第二步缩聚:抽真空能促进酯化反应更完全,但同时也会产生副反应。为了达到产品A相应的技术指标,大家通常还会在出料前进行修正。所以大家将从投料量、修正量、真空度、反应温度4个方面进行研究。

2.1 投料量

在实际生产中为了提高产量,很多企业会选择直接增加投料量的方法来实现。但是随着投料量的增加,反应釜的搅拌功能和控温技术的差异就容易造成反应釜中物料反应的不均,增加反应的不可控性从而造成聚酯颜色b值的升高。研究发现,产品A在反应釜中不同投料百分比下,聚酯颜色b值表现出的是非线性的结果。如表3所示,在投料量较高时,物料在反应釜中停留时间长,产品的低分子含量、聚合度、均匀性等平衡容易被打破,给生产工艺的控制增加不稳定性,从而影响聚酯内部的分子结构造成聚酯产品颜色的加深;在投料量低时,由于整体热能效率的提高,使得物料反应加剧,在有利于正反应进行的同时也增加了更多的副反应,所以在较低投料量下,聚酯树脂颜色的b值也会升高。

表3不同投料量下生产的聚酯树脂颜色b

投料量/%

产品A颜色b

66

72

76

80

83

7.87

7.25

6.95

6.82

7.44

2.2 修正量

聚酯树脂是由不同的多元酸、多元醇缩合而成,具有重复单元结构为 (—R1—OCO—R2—OCO—)n 的聚合物。多元酸和多元醇因其自身物理性质的差异,在实际生产中,在较高反应温度下沸点较低的醇和酸会因挥发而出现损失的情况,从而造成成品的技术指标不合格,为了弥补这个系统误差,大家会在最后进行修正。根据生产的经验,依据实际值与目标值的差值得出相应的修正量。通过统计近50个批次的修正量与之相对应的聚酯颜色b值得到表4的数据,不同修正量与批次聚酯颜色b值的平均值并没有直接的相关性。但是试验发现,修正量较低时,聚酯其他技术指标更加稳定,相对产品A颜色也不会出现明显发黄的批次。修正量较高时,产品的稳定性会较差。

表4不同修正量下生产的聚酯树脂颜色b

修正量

对于批次数

产品A颜色b值(批次平均)

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

5

8

9

7

6

9

4

6.79

6.92

6.81

7.01

7.22

6.78

7.15

2.3 真空度

真空度是聚酯树脂生产控制中一个重要指标。真空度指的是气体在真空状态下的稀薄程度。真空表是用于测量负压的,就是设备内的压强系数低于大气的压强系数。所以把真空表的读数称为真空度。真空度的数值显示出的是系统实际的压强数值低于大气的压强数值,因此真空表的读数得到的真空度应该是一个相对真空度。所以,相对真空度是个负值。本文采用的真空度指的是真空表读数。

通常认为在真空度高的情况下,有利于体系中小分子的减少,加快酯化反应的进行;在真空度低的情况下,聚酯的结构链长变短,端羧基含量变高,聚酯颜色容易发黄,b值偏大。表5是反应釜不同真空度与产品A颜色b值的对应统计结果。结果表明,高的真空度有利于产品A颜色b值的控制。实际生产中真空度(真空表读数)应控制在-0.11最合适,既保证了产品A颜色b值的稳定性,又符合了设备使用的实际情况。在实际生产中,在确保真空度达到要求的同时,也要时刻注意防止空气进入反应系统中。加强对日常生产设备密封性的检查,定期进行维护和保养。

表5 不同真空度下生产的聚酯树脂颜色b

真空度

产品A颜色b

-0.08

-0.09

-0.10

-0.11

-0.12

9.92

8.76

8.52

8.12

7.50

2.4 反应温度

试验进行中物料反应的温度对酯化程度影响较大,提高反应的温度不仅可以加快反应,同时也可以增大PTA在反应体系中的溶解度,从而进一步促进了酯化反应的进行和提高了酯化效率。但是升高温度的同时副反应也更易产生,从而使得副产物增多,引起树脂的发黄。根据热力学的定律,反应中升高反应的温度必将加速反应的速度,同时想要加速反应趋向平衡,必须把温度提高到一个最适宜的点。反应体系达到动态平衡后,就需要严格的控制温度了,不能超过设定的温度。这样做既能获得较稳定的产品,又还可以防止各种副反应的产生。

表6 不同反应温度下生产的聚酯树脂颜色b

反应初始温度/℃

反应进行温度/℃

反应最高温度/℃

产品A颜色b

237

237

238

239

237

237

240

241

240

241

240

242

242

242

242

242

243

243

8.12

8.26

9.01

9.87

8.35

8.42

为了更方便地研究反应温度对最终产品颜色b值的影响,主要控制并统计3个反应温度:反应初始温度、反应进行温度、反应最高温度,结果见表6。对比之后可以看出,各个阶段的反应温度对产品A颜色b值都有一定程度的影响,其中初始反应温度对产品A颜色影响最大。在选择最佳的反应温度后,反应最高温度也需要控制,反应温度过高也会使得产品颜色b值的升高。

3 结语

控制原料单体的品质与合适的投料量是保证产品颜色b值稳定的前提,生产工艺控制中真空度与反应温度是主要影响因素。生产中应严格控制反应温度,通过改善硬件设施提高真空度来提高产品颜色b值的稳定性。 大家仅仅针对企业产品A做出了一系列研究,并最终确定了产品A颜色b值的主要影响因素为真空度和反应温度。对同类产品的生产有一定的借鉴作用,同时也有局限性。

 

(详见《现代涂料与涂装》2019-9期)

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