聚甲醛工艺知识

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,聚甲醛工艺知识,1,性能,&,用途,聚甲醛树脂，又称聚氧甲撑树脂（,polyoxymethylene Resins,，,POM,），于,50,年代由杜邦公司研制开发，是目前世界,三大通用工程塑料之一,。,聚甲醛作为性能优异的工程塑料，可分为两大类：,一是,三聚甲醛或甲醛的均聚体，称为,均聚甲醛,。均聚甲醛具有优异的刚性，拉伸强度高，单位质量的,拉伸强度高于锌和黄铜,，接近钢材，而且耐磨性能好、摩擦系数小，但是,热稳定性差、不耐酸碱,。,2,二是,三聚甲醛与少量戊环,的共聚体,，称为,共聚甲醛,，共聚甲醛加工成型的条件不象均聚甲醛那样苛刻，,加工过程热分解释放出来的甲醛气体少,，可回收再利用。因此，今后均聚甲醛发展势头将逐渐减弱，而共聚甲醛将成为今后的发展方向。目前共聚甲醛生产能力约占聚甲醛生产能力的,80,。,3,（,1,）,POM,性能,:,POM,具有,类似金属的硬度、强度和钢性,，良好的耐疲劳性，并富于弹性，此外它还有较好的,耐化学品性。,POM,以低于其他许多工程塑料的成本，正在替代一些传统上被金属所占领的市场，如,替代锌、黄铜、铝和钢,制作许多部件。,（,2,）,POM,用途,:,自问世以来，,POM,已经广泛应用于电子电气、机械、仪表、日用轻工、汽车、建材、农业等领域。,在很多新领域的应用，如医疗技术、运动器械等方面，,POM,也表现出较好的增长态势。,4,共聚甲醛生产主要工艺步骤,一、甲醛浓缩,二、三聚甲醛（,TOX,）生产,四、聚甲醛（,POM,）生产,三、二氧五（戊）环（,DOX,）生产,五、,POM,脱气造粒,5,（,1,）甲醛合成车间,煤或天然气 合成气（,CO,，,H,2,）甲醇（,CH,3,OH,）甲醛（,CH,2,O,，,g,）甲醛水溶液（,40%wt,，,Formalin,）,1,、浓缩目的,:,将,40%wt,工业甲醛浓缩至,60%,左右，用作,TOX,和,DOX,生产的原料。,2,、原料来源,:,生产浓甲醛（,60%,）的原料来自两方面：,（,2,）三聚甲醛（,TOX,）和聚甲醛（,POM,）生产中回收的含甲醛溶液,一、甲醛浓缩,6,3,、工艺理论基础,（,1,）在水溶液中，几乎所有甲醛都以,单水合物,和,聚合水合物,形式存在。,60,时，甲醛水溶液中游离,HCHO,占总量的,0.1%wt,；,100,时，甲醛水溶液中游离,HCHO,占总量的,1%wt,。,CH,2,O+H,2,O,HO-CH,2,O-H,甲二醇,HO,( CH,2,O),n,H,+,（,n-1,）,H,2,O,聚合,水合物,n HO-CH,2,O-H,7,（,2,）甲醛和水易形成共沸物,100,，,1 atm,时，,共沸组成,为,HCHO,含量,21%wt,，该组成,随温度升高和压力增大而增加,。,温度降低，压力降低，共沸物中,HCHO,含量减少，当压力低于,26.6kpa(A:,绝压,),温度大约为,65,共沸现象消失。,（,3,）自身氧化,-,还原反应,溶液中发生下列反应（,Cannizzaro,反应）：,生成的产物严重影响产品质量，加速设备腐蚀。,CH,2,O + H,2,O HCOOH + CH,3,OH,8,4,、 浓缩主要工序,甲醛的浓缩主要由下列三个工段组成，工艺流程方框图如下：,40%wtHCHO,60%wt HCHO,甲醇精馏塔,甲醛真空浓缩,甲醛加压浓缩,去,TOX,、,DOX,生产,14%wtHCHO,36-40%wt HCHO,9,减压目的：,降低共沸物中,HCHO,含量，减少水分蒸发带走,HCHO,。,14%wtHCHO,馏出液送往加压浓缩，,60%wtHCHO,釜液送往甲醇精馏塔。,（,1,）甲醛真空浓缩,10,加压目的：,提高共沸物中,HCHO,含量，,14%wtHCHO,提浓后达到,36-40%wt HCHO,，返回真空浓缩。,（,2,）甲醛加压浓缩,11,从塔顶脱除溶液中的甲醇，馏出液为,90.15%wt,甲醇溶液，釜液送,TOX,、,DOX,生产。,（,3,）甲醇精馏塔,12,1.,三聚甲醛合成,2.,挥发分分离和,TOX,浓缩,3.TOX,结晶，离心分离和熔融,4.TOX,萃取和精馏,二、三聚甲醛（,TOX,）生产,13,（,1,）多步反应,CH,2,O+H,2,O,HO-CH,2,O-H,甲二醇,HO,( CH,2,O),n,H,+,（,n-1,）,H,2,O,聚合,水合物,n HO-CH,2,O-H,2 CH,2,（,OH,）,2,HO-CH,2,O-C,H,2,OH,+,H,2,O,二聚甲醛水合物,HO-CH,2,O-C,H,2,OH + CH,2,（,OH,）,2,HO-CH,2,O- CH,2,O -C,H,2,OH,+ H,2,O,三聚甲醛水合物,1.,三聚甲醛合成,14,（,2,）三聚甲醛水合物向两个方向反应：,生成四聚甲醛,生成,TOX,（,熔点,63,）,HO,（,CH,2,O,）,3,H + CH,2,（,OH,）,2,HO,（,CH,2,O,）,4,H + H,2,O,HO,（,CH,2,O,）,3,H,（,CH,2,O,）,3,+,H,2,O,（,3,）副反应：生成以下,低沸点副产物,CH,2,O + H,2,O HCOOH,（,100.5,）,+ CH,3,OH,（,64.7,）,HCOOH + CH,3,OH HCOOCH,3,（,32,）,+ H,2,O,CH,2,（,OH,）,2,+ 2CH,3,OH,CH,3,O-CH,2,-OCH,3,（甲缩醛,41.5,）,15,（,4,）操作方式,在生成,TOX,的复杂平衡混合体系中，,TOX,平衡浓度较低，不超过,4%wt,，为了使生成,TOX,的平衡向右移动，反应产物连续从反应场所移走,。,催化剂,50%wt H,2,SO,4,间歇由计量槽加入，保证反应液中硫酸浓度为,6-10%,。,60%wt,浓缩,HCHO,TOX 17%wt,，去,浓缩,连续进料,连续出料,16,主要杂质：甲缩醛、甲醇、甲酸、甲酸甲酯,水分和低沸点副产物,蒸馏塔,TOX 17%wt,HCHO43%wt,来自反应器,含,TOX 32%wt,的甲醛溶液,65%wt TOX,溶液,稀,HCHO,溶液送往,“,甲醛浓缩,”,浓缩塔,2.,挥发分分离和,TOX,浓缩,17,理论基础：,TOX,和水形成共沸组成为,69.8% TOX, 30.2%H,2,O,的共沸物,不能通过精馏制得高纯,TOX,。,结晶分离：,TOX m.p. 62-63,可溶于水，溶解度随温度升高而增大，采用结晶分离方法，得到,90-95%wt TOX,。（,-9,乙二醇水溶液，冷冻结晶，离心分离,）,过程：,65%wt TOX,溶液,冷却结晶,离心过滤,冷冻脱盐水洗涤,晶体熔融器熔融,螺杆泵输送,去萃取,特殊设备：,三聚甲醛结晶器、三聚甲醛晶体熔融器、,TOX,结晶悬浮液输送泵（螺杆泵），离心机,。,3.TOX,结晶，离心分离和熔融,18,精馏：,90-95%wt TOX,的进料已跨过,TOX,共沸组成，使精馏得以进行,。,理论基础：,TOX,和水形成共沸组成为,69.8% TOX, 30.2%H2O,的共沸物,不能通过精馏制得高纯,TOX,。,结晶分离：,TOX,浓缩后的,65%wt TOX,溶液,，,结晶得到,90-95%wt TOX,。,90-95%wt TOX ,萃取,三塔精馏,精制三聚甲醛,99.99%wt,萃取目的：,采用,37%NaOH,溶液萃取，脱除残余,HCHO,，,HCOOH,特殊设备：,高效混合乳化萃取器,杂质含量：,H,2,O 50ppm,，,HCHO 10-20ppm,4.TOX,萃取和精馏,19,（,1,）半缩醛合成,1.,工艺理论基础,由,60%wt HCHO,和乙二醇生产,DOX,，反应分两个阶段进行。,（,2,）,DOX,合成,70-80,，,中性,2hr,，,间歇釜,100-105,，,间歇釜,对甲基苯磺酸,三、二氧五环（,DOX,）的生产,20,半缩醛合成, 贮槽 ,DOX,合成, 提浓 精馏 萃取 双塔精馏 ,精制二氧五环,（,DOX,）,99.99% wt,2.,主要生产工序,21,1,、聚合反应原理,2,、三聚甲醛共聚过程,3,、引发剂处理（钝化）与单体清除,4,、聚甲醛稳定化处理,四、聚甲醛（,POM,）的生产,22,1,、聚合反应原理,形成三价氧阳离子：氧鎓离子,形成碳阳离子活性中心,（,1,）链引发：,BF,3,-H,2,O,引发体系,23,（,2,）链增长：形成长链碳阳离子,二氧五环链增长,O-CH,2,-O-CH,2,-,O-CH,2,-O-CH,2,-CH,2,断裂,O-CH,2,-O-CH,2,-,O-CH,2,-CH,2,-O-CH,2,断裂,+,d,+,d,+,d,-,24,（,3,）链终止：,痕量水（或甲醇等杂质），链转移终止,丁缩醛终止：链转移控制分子量，并且形成热稳定的,丁氧基,而封端。,O-CH,2,-O-CH,2,(BF,3,OH) + C,4,H,9,-O-CH,2,-O-C,4,H,9,d,-,d,+,O-CH,2,-O-CH,2,-,O-C,4,H,9,+ C,4,H,9,-O-CH,2,(BF,3,OH),25,2,、三聚甲醛共聚过程,（,1,）四组分重量计量系统,典型配方,：,TOX 800.7 kg/h,DOX 24.7 kg/h,引发剂,0.28 kg/h,丁缩醛 可调,丁缩醛消耗量：,MFI 9g/10min 0.8-1.3kg/h,MFI 13g/10min 1.3-1.8kg/h,(,Melting Flow Index,熔融指数,MI),26,（,2,）三聚甲醛共聚,反应过程,：采用两级反应机，,预反应机 主反应机,串联反应,，在预反应机内主要完成原料混合、反应引发，在主反应机内完成链增长。,温度控制,：,反应机（器）为双螺杆输送机,，采用外部夹套冷却和内部螺杆内流道冷却相结合，通过预先设计软件对循环水换热量、流量等进行计量控制，达到控制反应机温度的目的。,聚合反应稳态运行条件,：,原料质量稳定,;,加料系统工作平稳,;,两级反应机温控系统无故障,27,3,、引发剂处理（钝化）与单体清除,通过加入三乙醇胺和醋酸镁的水溶液，与,B F,3,形成高度稳定的配位化合物，抵消引发剂的活性。引发剂水溶液通过喷嘴引入串联在反应机后的,螺杆输送机,内。,单体清除：,通过板式干燥器脱除聚合物粗料中的未反应三聚甲醛单体和来自钝化剂溶液的水。,残存引发剂的危害：,活性阳离子的存在会导致聚合物链发生降解。,引发剂的钝化：,28,4,、聚甲醛稳定化处理,（,1,）目的：提高,POM,树脂加工稳定性 （必须能长时间承受,190-230,温度）,抗氧化剂,（商品名：,Irganox245,）：,三聚氰胺,：,润滑剂,（,N,，,N-,次乙基,-,二硬脂酰胺）：,增白剂,（二芳基咪唑）：,（,2,）稳定化处理组分：,阻止加工中聚合物降解，提高热稳定性；,游离甲醛吸收剂，促进不稳定部分降解；,降低模具与聚合物的粘附，增加制品光滑性；,改善聚合物外观质量。,29,五、,POM,脱气、造粒,1,、脱气,（,1,）脱气目的,（,2,）脱气操作,减压，升温至,200-250,，,在三聚氰胺存在下降解。,H,O-CH,2,-O-CH,2,-O-CH,2,-CH,2,-O-,-CH,2,-CH,2,-O-,CH,2,-O-CH,2,-OH,不稳定部分,不稳定部分,H,O-CH,2,-CH,2,-O- CH,2,-O-,CH,2,-O- CH,2,-CH,2,-OH,+,HCHO,分解除去半缩醛端基,O-CH,2,-O-H,，,使链端剩下热稳定基团,O-CH,2,-CH,2,-OH,。,30,2,、造粒,聚合物,稳定化处理,脱气,和,造粒,均在,螺杆挤出机,中进行,粒料最后经干燥、离心分离、振动筛分级、褪火、包装得到成品。,螺杆挤出机,螺杆输送机,31,单螺杆挤出机,32,单螺杆挤出机的结构示意图,33,挤出机螺杆的熔融过程,34,双螺杆挤出机的结构,35,36,37,38,POM,分子链,的稳定化：封端处理措施,（,1,）封端剂封端,：,O-CH,2,-O-CH,2,(BF,3,OH) + C,4,H,9,-O-CH,2,-O-C,4,H,9,d,-,d,+,O-CH,2,-O-CH,2,-,O-C,4,H,9,+ C,4,H,9,-O-CH,2,(BF,3,OH),丁缩醛：分子量调节剂；引入热稳定端基,丁氧基,39,