聚酯的合成与表征大型工艺实验讲义编者孙宾
聚酯的合成与表征 大型工艺实验讲义 编 者 孙 宾
一、实验目的案酯的合成主要有直接酯化法和酯交换法。本实验采用直接酯化法，以对苯二甲酸（PTA）和乙二醇（EG）为原料，在2.5L聚酯合成釜中，经酯化和缩聚反应合成聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）树脂。并通过在聚合反应体系中添加功能组分，采用原位聚合或共聚的方法，把功能组分引入到聚酯中而制备具有一定功能的PET树脂。用粘度法、差示扫描量热法（DSC)、光学解偏振法和热台偏光显微镜等手段和方法测试和表征合成产物的分子量、热性能和结晶性能等结构性能参数，进一步分析案合反应主要工艺参数，如原料配比（PTA/EG摩尔比）、反应温度（包括酯化反应温度和缩聚反应温度）、真空度、催化剂种类和用量等对聚酯分子量、端羧基含量、色度b值等物理和化学性能指标的影响；分析功能组分的引入对酯合成工艺（如酯化反应和缩聚反应过程）及其热性能和结晶性能（包括玻璃化转变温度Tg、熔点Tm、结晶速度等）的影响。通过上述合成和测试表征试验及其数据的整理和分析，达到以下目的：1）掌握直接酯化法合成聚酯的工艺过程和操作要领；2）了解案酯改性的常用方法，掌握原位聚合或共案改性方法；3）熟热悉聚酯结构和性能表征的儿种常用方法，井能进行数据整理和分析。二、实验原理
一、实验目的 聚酯的合成主要有直接酯化法和酯交换法。本实验采用直接酯化法，以对苯二甲酸 （PTA）和乙二醇（EG）为原料，在 2.5L 聚酯合成釜中，经酯化和缩聚反应合成聚对苯二 甲酸乙二醇酯（PET）树脂。并通过在聚合反应体系中添加功能组分，采用原位聚合或共聚 的方法，把功能组分引入到聚酯中而制备具有一定功能的 PET 树脂。 用粘度法、差示扫描量热法（DSC）、光学解偏振法和热台偏光显微镜等手段和方法测 试和表征合成产物的分子量、热性能和结晶性能等结构性能参数，进一步分析聚合反应主要 工艺参数，如原料配比（PTA/EG 摩尔比）、反应温度（包括酯化反应温度和缩聚反应温度）、 真空度、催化剂种类和用量等对聚酯分子量、端羧基含量、色度 b 值等物理和化学性能指 标的影响；分析功能组分的引入对聚酯合成工艺（如酯化反应和缩聚反应过程）及其热性能 和结晶性能（包括玻璃化转变温度 Tg、熔点 Tm、结晶速度等）的影响。 通过上述合成和测试表征试验及其数据的整理和分析，达到以下目的： 1）掌握直接酯化法合成聚酯的工艺过程和操作要领； 2）了解聚酯改性的常用方法，掌握原位聚合或共聚改性方法； 3）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。 二、实验原理
(二) 缩聚（二）缩聚催化剂、稳定剂和催化稳定剂
(二) 缩聚 (二) 缩聚催化剂、稳定剂和催化稳定剂
三、实验设备（装置）和样品聚酯合成实验室设备包括：反应釜主体系统、电温控制系统、真空系统、小分子回流冷凝和释放系统、出料槽。1、反应釜主体系统图1为反应釜主体系统的简图，其主要部分的名称如图所示。搅拌电机顶部法兰轴密封组件压力表接口回流冷凝柱+真空系统小分子氮气入口真空规接口连接口释放口★反应釜腔体加料口出料口反应釜座架图1反应釜主体系统的示意图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：在聚酯合成中涉及到釜温、液温、气温、柱温和顶温五个温度，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。3、真空系统
三、实验设备（装置）和样品 聚酯合成实验室设备包括：反应釜主体系统、电温控制系统、真空系统、小分子回流冷 凝和释放系统、出料槽。 1、反应釜主体系统 图 1 为反应釜主体系统的简图，其主要部分的名称如图所示。 图 1 反应釜主体系统的示意图 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：在聚酯合成中涉及到釜温、液温、气温、柱温和顶温五个温度，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。 3、真空系统 搅拌电机 轴密封组件 小分子 释放口 回流冷凝柱 真空系统 连接口 反应釜腔体 出料口 加料口 氮气入口 真空规接口 压力表接口 反应釜座架 顶部法兰
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）进行缩聚反应真空负压条件下有助于小分子从反应液中的逸出而有利于高分子链的增长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。聚酯合成各装置实物图见图2。图2聚酯合成各装置实物图四、实验步骤（一）制备（合成）步骤实验前准备工作1、原料准备按PTA/EG=1：2（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，按签加热、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
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， 真空负压条件下有助于小分子从反应液中的逸出而有利于高分子链的增长 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。 聚酯合成各装置实物图见图 2。 图 2 聚酯合成各装置实物图 四、实验步骤 （一）制备（合成）步骤 ◆实验前准备工作 1、原料准备 按 PTA/EG＝1：2（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