Разновидности инженерных пластиков. Полибутилентерефталат (PBT). Часть 1

Термопластичные смолы охватывают ряд таких, как PBT, PC, полиамид, полиацеталь и модифицированный PPO. Они могут быть классифицированы в соответствии с их кристаллическим состоянием: полукристаллические (PBT, полиамид и полиацеталь) и аморфные (PC и модифицированный PPO). Полукристаллические термопласты демонстрируют сбалансированные физические свойства, а также термическую и химическую стойкость. Среди полукристаллических конструкционных полимеров полиацетали проявляют самую высокую кристалличность, и эта структура показывает высокую жесткость, хорошее сопротивление ползучести и низкий коэффициент трения. Хотя полиацеталь обладает сбалансированными механическими свойствами, он показывает более низкую температуру плавления и легковоспламеняющуюся составляющую по сравнению с ПБТ и полиамидами. Основным отличием полиамида от ПБТ является скорость поглощения влаги. Более высокая скорость влагопоглощения полиамида неблагоприятна для некоторых применений, которые требуют высокой стабильности размеров. При низком влагопоглощении смола PBT обладает более устойчивыми характеристиками и демонстрирует незначительное изменение размеров, физических и электрических свойств в зависимости от факторов окружающей среды.

Полимер PBT получают реакцией поликонденсации между 1,4-бутандиолом и терефталевой кислотой (TPA) или 1,4-бутандиолом и диметилтерефталатом (DMT) в присутствии катализатора этерификации. Мономеры получают с помощью ряда различных коммерческих процессов. Терефталевая кислота, диметилтерефталат и 1,4-бутандиол получают из нефтехимического сырья, такого как параксилол и ацетилен. Полимеризация PBT требует двухстадийного процесса реакции. Первая стадия представляет собой реакцию этерификации 1,4-бутандиола с ТРА или реакцию переэтерификации 1,4-бутандиола с DMT (ДМТ) с образованием бис-гидроксибутилтерефталата BHBT (БГБТ). Когда на молекулу существует только одна терефталатная единица, образуется BHBT. Но в действительности на стадии переэтерификации образуется не только BHBT, но и ряд олигомеров, содержащих два или более терефталатных звеньев. В зависимости от молярного соотношения 1,4-бутандиола к DMT или TPA, загруженного в первую реакцию, относительные количества BHBT и его олигомеров могут быть изменены.

Из-за высоких температур во время второй стадии происходит окислительное термическое разложение и пожелтение. Эти реакции разложения устанавливают верхний предел молекулярной массы, который может быть реализован обычной реакцией конденсации расплава. Высокомолекулярные ПБТ сорта для экструзионных применений обычно получают дальнейшей поликонденсацией в дополнительном твердотельном процессе при температуре в диапазоне +15-40 °С (это ниже температуры плавления ПБТ) в вакууме или в атмосфере инертного газа. Твердофазная реакция проводится отдельно, обычно сводя к минимуму деградацию и изменение цвета высокомолекулярного PBT. Для коммерческой полимеризации PBT можно использовать как периодический, так и непрерывный процесс. Когда требуется множество различных сортов PBT, предпочтительным является периодический процесс, однако для крупного коммерческого производства ПБТ мощностью более 20 тысяч тонн непрерывный процесс является более экономичным. Из-за разного времени пребывания, необходимого для стадий реакции, промышленные периодические процессы обычно проводятся в нескольких реакторах.

Обычно задействованы два реактора: реактор с обменом сложного эфира (EI), предназначенный для извлечения метанола или воды, и реактор поликонденсации (PC), предназначенный для управления полимеризацией и наращивания молекулярной массы путем удаления избытка 1,4-бутандиола, а также летучих побочных продуктов. Во время реакции с обменом сложного эфира (EI) температуру повышают до примерно +210 °С, и давление регулируют примерно при условиях окружающей среды. Побочный продукт этерификации — вода или метанол — удаляется через технологическую колонну во время реакции, а 1,4-бутандиол кипятят с обратным охлаждением. На стадии PC поликонденсация является реакцией равновесия, чтобы сдвинуть химическое равновесие в сторону полимеризации. Побочный продукт 1,4-бутандиол удаляют в вакууме. Конечную молекулярную массу PBT можно контролировать, устанавливая время реакции на предварительно определенное значение или останавливая реакцию при фиксированном уровне вязкости расплава. После реакции сосуд опорожняется под давлением инертного газа или механическим насосом, а конечные волокна PBT охлаждаются водой и режутся на гранулы. Во время периодического процесса, путем контроля времени реакции, типов и содержания мономеров, добавок и условий реакции, легко достижимы различные молекулярные массы и конкретные сорта PBT.