近期,化工市场各种原料涨价,包括生产PBAT的关键原料BDO,这对PBAT的价格影响较大,生物降解行业将进入艰难时刻。今天小编再给大家介绍一下PBAT的生产工艺以及现状。
PBAT是以1,4-丁二醇(BDO)、己二酸(AA)、对苯二甲酸(PTA)或对苯二甲酸二醇酯(DMT)为原料,通过直接酯化或酯交换法而制得。
化学结构式
从其化学结构式可知,PBAT是己二酸丁二醇酯(BT)和对苯二甲酸丁二醇酯(BT)的共聚物。兼具PBA(聚己二酸丁二醇酯)和PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)的特性,既有较好的力学性能,又有较高的延展性和断裂伸长率,还具有优良的生物降解性,是一种全生物可降解塑料。
PBAT的制备有三种酯化方式:共酯化、分酯化和串联酯化。制备流程图及主要工艺参数如下图1、图2、图3所示。
图1 共酯化流程示意图
图2 分酯化流程示意图
图3 串酯化流程示意图
2020年5月,普立特工程研发中心与工程部共同实施的PBAT合成新工艺获得验证。
PBAT成品(2020.05.26)-POLYTEX技术
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,流程简图如下:
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。
2020是生物降解塑料普及元年,2021年是PBAT产能爆发年,由于上游原料价格的上涨,PBAT产能情况可能没有那么乐观。
文章参考资料:

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