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新型生物降解材料一PBAT的连续生产工艺
所属分类:环保可降解行业新闻
发布日期:2018-06-16
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0 前言聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)是一种具有发展前途的共聚酯产品,具有良好的薄膜性能,优异的柔韧性和生物降解性能,其热稳定性能好和力学性能优良。可以进行注塑、挤塑、吹塑等多种加工形式,广泛用于片材、地膜、包装、发泡以及其他地方。尤其是在目前环境污染严重的前提下,白色塑料垃圾以及农业用地膜不可降解,造成了土壤的使用性能严重下降,使用可降解的塑料已经成为以后的发展趋势。PBAT可由己二酸(...
0 前言
聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)是一种具有发展前途的共聚酯产品,具有良好的薄膜性能,优异的柔韧性和生物降解性能,其热稳定性能好和力学性能优良。可以进行注塑、挤塑、吹塑等多种加工形式,广泛用于片材、地膜、包装、发泡以及其他地方。尤其是在目前环境污染严重的前提下,白色塑料垃圾以及农业用地膜不可降解,造成了土壤的使用性能严重下降,使用可降解的塑料已经成为以后的发展趋势。
PBAT可由己二酸(AA)、对苯二甲酸(PTA)和1,4丁二醇(BDO),在催化剂的作用下直接酯化后熔融缩聚而成。直接酯化法工艺合理、流程短、生产效率高、投资少、产品品质稳定。原料消耗及能量消耗低,生产过程中BDO能够直接回用,减少对环境的污染。
目前国外生产的生物降解塑料主要采用的是二步法,即通过引入扩链剂,增加分子质量。而扩链剂的引入将会对产品的品质产生影响,尤其是在食品领域的安全性能有影响。惠通公司通过与国内知名科研机构合作,成功开发出直接连续酯化熔融缩聚工艺技术,不使用扩链剂,并且成功实现工业化生产,产品品质优良。
1 工艺特点
在连续直接酯化生产工艺过程中,AA、PTA与BDO按照一定的比例,配置成浆料,经过酯化、预缩聚、终缩聚和增黏釜等过程,生产出PBAT。其工艺特点如下:
(1)整个生产过程中,需要采用高效催化剂;
(2)PBAT缩聚反应过程中会发生副反应,主要是由于BDO醚化生成四氢呋喃(THF);
(3)PBAT的玻璃化温度较低,气温较高时,容易结块,降解。必须在包装之前进行干燥,然后采用惰性气体包装。
(4)PBAT在缩聚生产过程容易产生低聚物,此低聚物易随真空管道被带入到喷淋系统,造成喷淋系统真空管道堵塞;必须及时将低聚物去除,保持生产平稳。
2 生产工艺
惠通公司与国内知名科研机构共同开发,结合PBAT的特点,成功开发出直接连续酯化法生产工艺,其流程简图如图1所示。
PBAT连续生产工艺流程简图
PBAT连续生产工艺流程简图
图1 PBAT连续生产工艺流程简图
其操作特点如下:
(1)为了减少BDO的副反应发生,减少THF的生成,降低原料消耗,整个酯化反应在真空条件下进行,降低了酯化反应温度;同时也降低了能耗。
(2)由于原料的活性较低问题,采用了高性能催化剂;由于此催化剂的易水解失活的特性,由原来传统催化剂液面以上的加入方式,改为液面下加入,解决了以上问题。
(3)在缩聚过程中,生成的低聚物易随真空气相管道带人到喷淋系统中,造成系统堵塞。为此在气相管道上设置旋风分离收集系统,将生成的低聚物通过旋风分离器收集捕捉,其尾气进入BDO喷淋循环系统。
(4)酯化反应过程中,虽然可以降低副反应发生的程度,但是不能够避免其发生;酯化废水的主要成分是THF及水。由于THF属于低毒性,但是其高浓度易对人体产生危害,如果直接排放至污水处理,将会对污水处理系统内的细菌产生危害。为此设置了THF回收装置,将THF与水进行分离处理,经过回收装置处理后的,其THF的质量分数可达到99.95%以上,直接销售;其废水中的THF质量分数控制在0.05%左右;同时将此部分废水送至废水汽提塔进行汽提,将其中THF及其他有机物提取出来,通过管道送至燃气锅炉燃烧。
(5)由于PBAT玻璃化温度较低,如采用传统水下拉条切粒,易造成黏结、缠刀,导致生产不稳。为此专门用水下模头切粒的方式,可通过水下输送管道的长短和切粒水的温度,来控制切片粒子的成型和结晶程度;同时由于PBAT易降解的特性,生产的切片粒子输送至干燥塔进行干燥,然后冲氮气进行保护,包装。
(6)针对PBAT的特性,分子链增长难、黏度高、流动性差等特点,惠通公司采用惠通独家专利技术的立式液相增黏釜,可使物料的动力黏度由目前350Pa·S增加到1000Pa·S以上,分子链随之增长;同时由于黏度很高,需采用螺杆出料的方式,来保证生产的稳定性。
(7)由于在生产PBAT过程中,有THF蒸气产生,为此在缩聚装置内局部地区设置了轴流风机加强装置通风能力,同时还设置可燃有害气体检测和报警装置,现场设计个人防护面具和呼吸器等安全装备;THF回收装置采取全敞开式混凝土框架结构,使有害气体不易积聚。
3 结语
目前PBAT连续直接酯化缩聚生产工艺已经成功用于工业化生产,产品品质优良。该项技术成功开发具有重大意义:
(1)针对PBAT的特性,采用惠通独家专有液相增黏技术,解决熔体增黏的难题,同时此技术也可推广至其他高分子聚合工艺;
(2)针对PBAT的工艺生产的特点,特别设计了低聚物收集捕捉系统,解决了真空管道堵塞问题,保证了生产的稳定;
(3)由于PBAT生物降解特性,其应用于日常生活,将大大降低“塑料”对环境的污染,可实现土地连续性使用问题。
上一页:PBAT/淀粉生物降解塑料的制备及其应用