Polybuteenitereftalaatti (PBT) on -tehokas termoplastinen polyesteri, jota käytetään laajalti elektroniikassa, sähkölaitteissa, autoteollisuudessa ja koneissa. Polybuteenitereftalaatin tuotantoprosessi on kuvattu alla.
Raaka-aineen valmistus
Polybuteenitereftalaatin valmistuksen pääraaka-aineet ovat tereftaalihappo (PTA) ja 1,4-butaanidioli (BDO). PTA on valkoinen kiteinen kiinteä aine tai jauhe, joka vaatii korkean puhtauden, tyypillisesti yli 99 %. BDO on väritön, viskoosi neste; sen laatu ja puhtaus on myös varmistettava myöhemmän reaktion helpottamiseksi. Ennen tuotannon aloittamista raaka-aineet läpikäyvät tiukat laatutestit ja esikäsittelyn epäpuhtauksien ja kosteuden poistamiseksi.
Suora esteröintituotantoprosessi
1. Esteröintireaktio
PTA ja BDO ladataan esteröintireaktoriin tietyllä moolisuhteella (tyypillisesti välillä 1:1,1 - 1:1,5). Reaktorin sisällä PTA ja BDO esteröidään katalyytin läsnä ollessa, jolloin muodostuu bis(4-hydroksibutyyli)tereftalaattia (BHBT) ja vettä. Yleisiä katalyyttejä ovat titaani-- ja antimoni-pohjaiset tyypit; titaanipohjaisia katalyyttejä suositaan korkean aktiivisuuden ja nopeiden reaktionopeuksiensa vuoksi. Reaktiolämpötila pidetään yleensä välillä 220 - 250 astetta paineen ollessa ilmakehän tai hieman positiivinen. Koko reaktion ajan tuotettua vettä tislataan jatkuvasti pois reaktion ajamiseksi eteenpäin.
2. Polykondensaatioreaktio
Esteröintivaiheesta saatu BHBT siirretään polykondensaatioreaktoriin. Korkeassa lämpötilassa (240–260 astetta) ja suuressa tyhjiössä (alle 100 Pa) BHBT:ssä tapahtuu polykondensaatio, jolloin muodostuu polybuteenitereftalaattia ja 1,4-butaanidiolia. Reaktion edetessä polymeerin molekyylipaino kasvaa vähitellen. Pieniä määriä stabilointiaineita ja antioksidantteja lisätään tyypillisesti parantamaan reaktionopeutta ja polymeerin laatua. Polykondensaatioreaktio vaatii suhteellisen pitkän keston, yleensä 2 - 4 tuntia.
3. Jälki-käsittely
Polykondensaatioreaktion päätyttyä polymeerisula ekstrudoidaan reaktorista ja läpikäy -jälkikäsittelyvaiheet-, kuten jäähdytyksen ja pelletoinnin-, jolloin saadaan polybuteenitereftalaatti (PBT) -pellettejä. Jäähdytys saavutetaan yleensä veden tai ilman avulla polymeerisulan nopeaksi jähmettämiseksi. Pelletointikone leikkaa jäähtyneet polymeerisäikeet yhtenäisiksi pelleteiksi, mikä helpottaa varastointia ja kuljetusta.
Transesteröinnin tuotantoprosessi
1. Transesteröintireaktio
Transesteröintiprosessissa käytetään raaka-aineina dimetyylitereftalaattia (DMT) ja 1,4-butaanidiolia. DMT ja 1,4-butaanidioli panostetaan vaihtoesteröintireaktoriin tietyissä suhteissa, jossa reaktio etenee katalyytin (kuten asetaatin) läsnä ollessa. Reaktiolämpötila pidetään yleensä 180 - 220 asteen välillä; metanolia syntyy sivutuotteena. Metanolin jatkuva tislaus ajaa reaktion kohti bis(4-hydroksibutyyli)tereftalaatin muodostumista.
2. Polykondensaatio ja jälkikäsittely
Seuraavat polykondensaatio- ja jälkikäsittelyvaiheet vaihtoesteröinnillä saadulle bis(4-hydroksibutyyli)tereftalaatille ovat olennaisesti samat kuin suorassa esteröintiprosessissa. Polykondensaatio suoritetaan korkeassa-lämpötilassa ja korkeassa tyhjiössä, minkä jälkeen jäähdytetään ja pelletoidaan lopputuotteen saamiseksi.
Kahden tuotantoprosessin vertailu
Suora esteröintiprosessi tarjoaa etuja suhteellisen alhaiset raaka-ainekustannukset (käyttämällä tereftaalihappoa), vähemmän reaktiovaiheita ja korkea tuotantotehokkuus. Se vaatii kuitenkin korkeaa raaka-aineen puhtautta ja vaatii tiukat reaktio-olosuhteet. Vaihtoesteröintiprosessi hyötyy suhteellisen miedoista reaktio-olosuhteista ja alhaisemmista raaka-aineen puhtausvaatimuksista. Sitä vastoin se luottaa kalliimpaan DMT:hen ja tuottaa metanolia sivutuotteena, mikä vaatii talteenottoa ja käsittelyä.