Katalysatoren op Basis vun Antimon

Polyesterfaser (PET) ass déi gréisst Varietéit vu synthetesche Faseren. Kleeder aus Polyesterfaser si bequem, knaschteg, einfach ze wäschen an dréchnen séier. Polyester gëtt och wäit verbreet als Rohmaterial fir Verpackungen, Industriegarn a Konschtstoff benotzt. Dofir huet sech Polyester weltwäit séier entwéckelt, mat enger duerchschnëttlecher jäerlecher Rate vu 7% an enger grousser Produktioun.

D'Polyesterproduktioun kann wat de Prozess ugeet an Dimethylterephthalat (DMT)- an Terephthalsäure (PTA)-Weeër opgedeelt ginn, a wat de Betrib ugeet an intermittéierend a kontinuéierlech Prozesser. Onofhängeg vum gewielte Produktiounsprozess erfuerdert d'Polykondensatiounsreaktioun d'Benotzung vu Metallverbindungen als Katalysatoren. D'Polykondensatiounsreaktioun ass e Schlësselschrëtt am Polyesterproduktiounsprozess, an d'Polykondensatiounszäit ass den Engpass fir d'Verbesserung vum Rendement. D'Verbesserung vum Katalysatorsystem ass e wichtege Faktor fir d'Qualitéit vum Polyester ze verbesseren an d'Polykondensatiounszäit ze verkierzen.

UrbanMines Tech. Limited ass eng féierend chinesesch Firma, déi sech op d'Fuerschung an Entwécklung, d'Produktioun an d'Liwwerung vun Antimontrioxid, Antimonacetat an Antimonglycol am Polyesterkatalysatorberäich spezialiséiert huet. Mir hunn eng grëndlech Fuerschung iwwer dës Produkter duerchgefouert - d'Fuerschung an Entwécklungsofdeelung vun UrbanMines resüméiert elo d'Fuerschung an d'Uwendung vun Antimonkatalysatoren an dësem Artikel, fir eise Clienten ze hëllefen, d'Produktiounsprozesser flexibel anzewenden, ze optimiséieren a fir eng ëmfaassend Konkurrenzfäegkeet vu Polyesterfaserprodukter ze suergen.

Inlännesch an auslännesch Geléiert gleewen allgemeng, datt d'Polyester-Polykondensatioun eng Kettenverlängerungsreaktioun ass, an de katalytesche Mechanismus gehéiert zu der Chelatkoordinatioun, déi erfuerdert, datt de Katalysatormetallatom eidel Orbitaler liwwert, fir sech mam Boupaar vun Elektronen vum Carbonylsauerstoff ze koordinéieren, fir den Zweck vun der Katalyse z'erreechen. Fir d'Polykondensatioun, well d'Elektronewollekendicht vum Carbonylsauerstoff an der Hydroxyethylestergrupp relativ niddreg ass, ass d'Elektronegativitéit vun de Metallionen während der Koordinatioun relativ héich, fir d'Koordinatioun an d'Kettenverlängerung ze erliichteren.

Folgend kënnen als Polyesterkatalysatoren benotzt ginn: Li, Na, K, Be, Mg, Ca, Sr, B, Al, Ga, Ge, Sn, Pb, Sb, Bi, Ti, Nb, Cr, Mo, Mn, Fe, Co, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Zn, Cd, Hg an aner Metalloxiden, Alkoholater, Carboxylater, Borater, Halogeniden an Aminen, Harnstoff, Guanidinen, schwefelhalteg organesch Verbindungen. D'Katalysatoren, déi de Moment an der industrieller Produktioun benotzt a studéiert ginn, sinn awer haaptsächlech Verbindungen aus der Sb-, Ge- an Ti-Serie. Eng grouss Zuel vu Studien huet gewisen, datt: Ge-baséiert Katalysatoren manner Niewewierkungen hunn a PET vun héijer Qualitéit produzéieren, awer hir Aktivitéit ass net héich, si hunn wéineg Ressourcen a si sinn deier; Ti-baséiert Katalysatoren hunn eng héich Aktivitéit a séier Reaktiounsgeschwindegkeet, awer hir katalytesch Niewewierkunge si méi offensichtlech, wat zu enger schlechter thermescher Stabilitéit an enger gieler Faarf vum Produkt féiert, a si kënnen am Allgemengen nëmme fir d'Synthese vu PBT, PTT, PCT, etc. benotzt ginn; Sb-baséiert Katalysatoren si net nëmme méi aktiv. D'Produktqualitéit ass héich, well Sb-baséiert Katalysatoren méi aktiv sinn, manner Niewewierkungen hunn a méi bëlleg sinn. Dofir gi se wäit verbreet benotzt. Ënnert hinnen sinn déi am meeschte verbreet Sb-baséiert Katalysatoren Antimontrioxid (Sb2O3), Antimonacetat (Sb(CH3COO)3), etc.

Wann ee sech d'Entwécklungsgeschicht vun der Polyesterindustrie ukuckt, kënne mir feststellen, datt méi wéi 90% vun de Polyesteranlagen op der Welt Antimonverbindungen als Katalysatoren benotzen. Bis zum Joer 2000 hat China e puer Polyesteranlagen agefouert, déi all Antimonverbindungen als Katalysatoren benotzt hunn, haaptsächlech Sb2O3 an Sb(CH3COO)3. Duerch déi gemeinsam Efforte vun der chinesescher wëssenschaftlecher Fuerschung, Universitéiten a Produktiounsdepartementer goufen dës zwee Katalysatoren elo komplett am Inland produzéiert.

Zënter 1999 huet déi franséisch Chimiefirma Elf en Antimonglycol [Sb2(OCH2CH2CO)3]-Katalysator als verbessert Produkt vun traditionelle Katalysatoren op de Maart bruecht. Déi produzéiert Polyesterchips hunn eng héich Wäissheet a gutt Spinnbarkeet, wat grouss Opmierksamkeet vun nationalen Katalysatorfuerschungsinstituter, Entreprisen a Polyesterhersteller a China op sech gezunn huet.

I. Fuerschung an Uwendung vun Antimontrioxid
D'USA sinn ee vun den éischte Länner, déi Sb2O3 produzéiert an agesat hunn. Am Joer 1961 huet de Verbrauch vu Sb2O3 an den USA 4.943 Tonnen erreecht. An den 1970er Joren hunn fënnef Firmen a Japan Sb2O3 mat enger Gesamtproduktiounskapazitéit vu 6.360 Tonnen pro Joer produzéiert.

Déi wichtegst Fuerschungs- an Entwécklungseenheete vu China fir Sb2O3 sinn haaptsächlech a fréiere staatleche Betriber an der Provënz Hunan a Shanghai konzentréiert. UrbanMines Tech. Limited huet och eng professionell Produktiounslinn an der Provënz Hunan etabléiert.

(I). Method fir d'Produktioun vun Antimontrioxid
D'Produktioun vun Sb2O3 benotzt normalerweis Antimonsulfidäerz als Rohmaterial. Als éischt gëtt Metallantimon preparéiert, an duerno gëtt Sb2O3 mat Metallantimon als Rohmaterial produzéiert.
Et ginn zwou Haaptmethoden fir Sb2O3 aus metalleschen Antimon ze produzéieren: direkt Oxidatioun an Stickstoffzersetzung.

1. Direkt Oxidatiounsmethod
Metallantimon reagéiert mat Sauerstoff ënner Erhëtzung fir Sb2O3 ze bilden. De Reaktiounsprozess ass wéi follegt:
4Sb＋3O2＝＝2Sb2O3

2. Ammonolyse
Antimonmetall reagéiert mat Chlor fir Antimontrichlorid ze synthetiséieren, dat dann destilléiert, hydrolyséiert, ammonolyséiert, gewäsch an gedréchent gëtt fir dat fäerdegt Sb2O3 Produkt ze kréien. Déi grondleeënd Reaktiounsgläichung ass:
2Sb＋3Cl2＝＝2SbCl3
SbCl3＋H2O＝＝SbOCl＋2HCl
4SbOCl＋H2O＝＝Sb2O3·2SbOCl＋2HCl
Sb2O3·2SbOCl＋OH＝＝2Sb2O3＋2NH4Cl＋H2O

(II). Uwendungen vun Antimontrioxid
Déi Haaptanwendung vun Antimontrioxid ass als Katalysator fir Polymerase a Flammhemmendmëttel fir synthetesch Materialien.
An der Polyesterindustrie gouf Sb2O3 fir d'éischt als Katalysator benotzt. Sb2O3 gëtt haaptsächlech als Polykondensatiounskatalysator fir den DMT-Wee an den fréie PTA-Wee benotzt a gëtt allgemeng a Kombinatioun mat H3PO4 oder senge Enzymen benotzt.

(III). Problemer mat Antimontrioxid
Sb2O3 huet eng schlecht Léislechkeet an Ethylenglykol, mat enger Léislechkeet vun nëmmen 4,04% bei 150°C. Dofir, wann Ethylenglykol fir d'Virbereedung vum Katalysator benotzt gëtt, huet Sb2O3 eng schlecht Dispergabilitéit, wat liicht zu engem iwwerschëssege Katalysator am Polymerisatiounssystem féiere kann, zyklisch Trimere mat héijem Schmelzpunkt generéiere kann a Schwieregkeeten beim Spinnen verursaache kann. Fir d'Léislechkeet an d'Dispergabilitéit vum Sb2O3 an Ethylenglykol ze verbesseren, gëtt allgemeng ugeholl, en iwwerschëssege Ethylenglykol ze benotzen oder d'Opléisungstemperatur op iwwer 150°C ze erhéijen. Wéi och ëmmer, iwwer 120°C kënnen Sb2O3 an Ethylenglykol Ethylenglykol-Antimon-Ausfällung produzéieren, wa se laang Zäit zesumme wierken, an Sb2O3 kann an der Polykondensatiounsreaktioun zu metalleschen Antimon reduzéiert ginn, wat zu "Niwwel" a Polyesterchips féiere kann an d'Produktqualitéit beaflosse kann.

II. Fuerschung an Uwendung vun Antimonacetat
Virbereedungsmethod vun Antimonacetat
Ufanks gouf Antimonacetat duerch d'Reaktioun vun Antimontrioxid mat Essigsäure hiergestallt, an Essigsäureanhydrid gouf als Dehydratiounsmëttel benotzt fir d'Waasser, dat duerch d'Reaktioun entstanen ass, opzehuelen. D'Qualitéit vum fäerdege Produkt, dat mat dëser Method kritt gouf, war net héich, an et huet méi wéi 30 Stonnen gedauert, bis Antimontrioxid sech an Essigsäure opgeléist huet. Méi spéit gouf Antimonacetat hiergestallt andeems Metallantimon, Antimontrichlorid oder Antimontrioxid mat Essigsäureanhydrid reagéiert goufen, ouni datt en Dehydratiounsmëttel gebraucht gouf.

1. Antimontrichlorid-Method
Am Joer 1947 hunn den H. Schmidt et al. a Westdäitschland Sb(CH3COO)3 preparéiert andeems se SbCl3 mat Essigsäureanhydrid reagéiert hunn. D'Reaktiounsformel ass wéi follegt:
SbCl3+3(CH3CO)2O==Sb(CH3COO)3+3CH3COCl

2. Antimonmetallmethod
Am Joer 1954 huet den TAPaybea aus der fréierer Sowjetunioun Sb(CH3COO)3 preparéiert andeems hien metallescht Antimon a Peroxyacetyl an enger Benzolléisung reagéiert huet. D'Reaktiounsformel ass:
Sb＋(CH3COO)2==Sb(CH3COO)3

3. Antimontrioxid-Method
Am Joer 1957 huet de F. Nerdel aus Westdäitschland Sb2O3 benotzt fir mat Essigsäureanhydrid ze reagéieren fir Sb(CH3COO)3 ze produzéieren.
Sb2O3＋3（CH3CO）2O＝＝2Sb（CH3COO）3
Den Nodeel vun dëser Method ass, datt d'Kristaller sech zu grousse Stécker zesummesetzen a fest un der bannenzeger Mauer vum Reaktor hänke bleiwen, wat zu enger schlechter Produktqualitéit a Faarf féiert.

4. Method mat Antimontrioxid-Léisungsmëttel
Fir d'Nodeeler vun der uewe genannter Method ze iwwerwannen, gëtt normalerweis en neutralt Léisungsmëttel während der Reaktioun vu Sb2O3 an Essigsäureanhydrid bäigefüügt. Déi spezifesch Virbereedungsmethod ass wéi follegt:
(1) Am Joer 1968 huet den R. Thoms vun der amerikanescher Mosun Chemical Company e Patent iwwer d'Virbereedung vun Antimonacetat publizéiert. Am Patent gouf Xylol (o-, m-, p-Xylol oder eng Mëschung dovun) als neutralt Léisungsmëttel benotzt fir fein Kristaller vun Antimonacetat ze produzéieren.
(2) Am Joer 1973 huet d'Tschechesch Republik eng Method fir d'Produktioun vu feinem Antimonacetat mat Toluol als Léisungsmëttel erfonnt.

 

III. Vergläich vun dräi Katalysatoren op Basis vun Antimon