[发明专利]一种用于制备聚对苯二甲酸乙二酯反应中缩聚过程的催化剂

说明书

本发明属于一种用于由对苯二甲酸和乙二醇制备聚对苯二甲酸乙二酯缩聚过程的催化剂，催化剂含有乙二醇锑、醋酸钠以及醋酸锰、醋酸钴或醋酸锌。

聚对苯二甲酸乙二酯(PET)是重要的合成纤维原料，可以纺制涤纶长丝和涤纶短纤维，无论在民用或工业都有极广的用途。同时，PET还是一种性能优良的工程塑料，可以制造聚酯瓶、聚酯薄膜等。PET无论在民用或工业都有极广的用途，因此PET的制备方法也始终很受人们的关注。

相对于早期的酯交换法，直接酯化法制备PET具有流程简单、生产成本低等诸多优点。直接酯化法又称对苯二甲酸(TPA)法，对苯二甲酸和乙二醇直接酯化生成中间体对苯二甲酸双羟乙酯(BHET)，移走体系中产生的水后BHET在催化剂的存在下进行缩聚反应得到产品PET。在酯化过程中，由于TPA中的H⁺本身具有催化作用，因此酯化过程并不需要另外加入催化剂，而在缩聚反应，现有技术则较多地采用由三氧化二锑或醋酸锑和醋酸盐组成的催化剂体系。如专利JP80-120,623介绍以磷酸盐作为稳定剂，三氧化二锑、酸酸钴和醋酸钙作为缩聚反应的催化剂通过TPA法来制备PET，据称由此制备的PET具有较好的可纺性。相对于单纯的三氧化二锑或醋酸锑来说，这种复合的催化剂体系使得缩聚反应的反应速度明显加快，然而它同时也促进了副反应的进行，因而易导致副产物增多，PET切片泛黄。

本发明的目的是提供一种用于由对苯二甲酸和乙二醇制备聚对苯二甲酸乙二酯反应中缩聚过程的催化剂，它不仅能加快缩聚反应的反应速度，同时能较好地抑制副反应的进行，得到的PET切片具有较好的色泽。

本发明提供的催化剂为含有乙二醇锑、化合物A和醋酸钠的组合物，其中化合物A为醋酸锰、醋酸钴或醋酸锌中的一种或两种以上的混合物，各组份的量以催化剂应用于上述反应时聚对苯二甲酸乙二酯的理论产量来计，各自基于聚对苯二甲酸乙二酯的理论产量，其中乙二醇锑为锑离子的量是20～800ppm，最好为150～650ppm；化合物A为锰、钴或锌离子的总量是10～200ppm，最好为20～150ppm；醋酸钠为钠离子的量是1～100ppm，最好为2～50ppm。

与现有技术相同，反应中还可以加入适量的磷酸三甲酯作为稳定剂，这将有助于改善PET产品的质量。而催化剂无论在投料时加入或在缩聚反应前加入都是可以的

与现有技术相比，本发明的优点在于不仅加快了缩聚反应的反应速度，而且能有效地抑制副反应的进行，得到的PET产品具有较好的色泽。

下面将通过实施例来对本发明作进一步的描述。

在实施例中，采用本催化剂进行缩聚反应得到产品PET切片的特性粘度用乌氏粘度计测试，溶剂为25℃的苯酚和四氯乙烷混合物，苯酚∶四氯乙烷＝1∶1(重量比)。切片的色相由L、a、b值表示，其中L为透明度指数，a为蓝色指数，b为黄色指数，按照GB/T14190-93标准，采用自动色差仪，光源D65、10°视野，自动测定x、y、z系统的数值，并转换到L、a、b系统来表示色度数据。

实施例1～10：

制备过程在带有搅拌的间歇式反应釜中进行，反应釜连接一精馏装置。反应原料对苯二甲酸和乙二醇以摩尔比1∶1.3投入反应釜，加入所需量的催化剂体系，并加入40ppm的磷酸三甲酯。反应开始时向反应釜中充入0.1～0.2Mpa(表压)的氮气。随着反应的进行，通过调节精馏装置顶部的出水阀开度，维持系统压力在0.2MPa(表压)左右。当反应温度升高至220～240℃，反应生成的水和夹带的乙二醇蒸汽进入精馏装置进行分离，排出水而回流乙二醇。待排出的水量接近理论值时反应温度升至250～265℃，此时标志酯化反应基本结束。遂将系统压力由常压降至负压，并维持在130Pa以下，反应温度升至250℃～290℃，缩聚反应完成后停止搅拌。产物经铸带、切粒，最终得到产品PET切片。

缩聚反应所用的催化剂及其用量见表1，各组份的量均基于聚对苯二甲酸乙二酯的理论产量，缩聚反应的反应时间和产品的分析数据见表2。表1.

          催化剂体系          催化剂用量(ppm)  实施例1    乙二醇锑/醋酸锰/醋酸钠       Sb/Mn/Na＝400/60/20  实施例2    乙二醇锑/醋酸锰/醋酸钠       Sb/Mn/Na＝300/50/10  实施例3    乙二醇锑/醋酸钴/醋酸钠       Sb/Co/Na＝400/60/20  实施例4    乙二醇锑/醋酸锌/醋酸钠       Sb/Zn/Na＝400/60/10  实施例5    乙二醇锑/醋酸锰/醋酸钴/醋酸钠       Sb/Mn/Co/Na＝350/45/45/20  实施例6    乙二醇锑/醋酸锰/醋酸钴/醋酸钠       Sb/Mn/Co/Na＝267/35/35/10  实施例7    乙二醇锑/醋酸锰/醋酸钴/醋酸锌    /醋酸钠       Sb/Mn/Co/Zn/Na＝350/45/45/20/20  实施例8    乙二醇锑/醋酸锰/醋酸钴/醋酸锌    /醋酸钠       Sb/Mn/Co/Zn/Na＝267/35/35/10/4.5  实施例9    乙二醇锑/醋酸锰/醋酸钴/醋酸锌    /醋酸钠       Sb/Mn/Co/Zn/Na＝267/25/25/10/4.5  实施例10    乙二醇锑/醋酸锰/醋酸钴/醋酸锌    /醋酸钠       Sb/Mn/Co/Zn/Na＝267/29/29/10/9表2.缩聚时间  (min)   特性粘度    (dl/g)     L     a   b  实施例1    110    0.693    65.1    -1.7   5  实施例2    126    0.685    77.5    -0.2   5  实施例3    115    0.690    80.8    0.7   4  实施例4    122    0.679    79.9    0.6   5  实施例5    110    0.681    79.7    -0.7   2  实施例6    120    0.678    83.7    -0.9   2  实施例7    95    0.678    85.1    -0.4   1  实施例8    102    0.686    77.2    1.5   4  实施例9    125    0.707    78.3    1.1   4  实施例10    110    0.693    84.4    -0.7   2