周偉芳　劉　淼

摘要：近年來，德國吉瑪公司推出了液相增粘的先進方法，對于直接紡工業(yè)絲可降低生產(chǎn)成本，而且聚合物的分子量分布更加均勻。但也存在產(chǎn)能調(diào)節(jié)不靈活等缺點，一般要求整套裝置必須在75%設(shè)計產(chǎn)能負荷以上進行生產(chǎn)。到目前液相增粘還沒有真正實現(xiàn)工業(yè)化。文章闡述了滌綸工業(yè)絲用聚酯切片固相聚合技術(shù)和設(shè)備的相關(guān)特性、工作原理以及滌綸工業(yè)絲用聚酯切片增粘有固相聚合和液相增粘的途徑。

關(guān)鍵詞：滌綸工業(yè)；液相增粘；絲用聚酯切片；固相聚合技術(shù)；液相增粘

中圖分類號：TQ342 文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2009）15-0051-03

一、滌綸工業(yè)絲用聚酯切片增粘途徑簡介

滌綸工業(yè)絲用聚酯切片增粘有固相聚合和液相增粘兩種途徑。

近年來，德國吉瑪公司推出了液相增粘的先進方法，對于直接紡工業(yè)絲可降低生產(chǎn)成本，而且聚合物的分子量分布更加均勻。但也存在產(chǎn)能調(diào)節(jié)不靈活等缺點，一般要求整套裝置必須在75%設(shè)計產(chǎn)能負荷以上進行生產(chǎn)。到目前液相增粘還沒有真正實現(xiàn)工業(yè)化。

固相聚合是將分子量較低的PET切片（特性粘數(shù)約為0.675dL/g）加熱至玻璃化溫度以上，在大約低于其熔點30℃～60℃的條件下，于真空或氮氣等惰性氣氛下經(jīng)固相縮聚使相對分子質(zhì)量增大。聚酯的特性粘度增加到0.95dL/g以上，其目的是為了提高纖維的斷裂強度。特別是采用一步法，高粘度幾乎是提高纖維斷裂強度的最直接方法。由于反應(yīng)溫度低于熔融溫度，因而降解作用變緩，羥基和醛基含量較低，副產(chǎn)物乙二醇和水可借助真空或惰性氣體除去，產(chǎn)品熱穩(wěn)定性好。

固相聚合分為間歇式和連續(xù)式，間歇式固相聚合借助抽真空除去小分子副產(chǎn)物，其工藝流程短，操作靈活方便，設(shè)備投資少，適于小批量多品種生產(chǎn)，但對真空度要求甚嚴，切片傳熱效率和生產(chǎn)效率欠佳，批與批之間質(zhì)量存在差異。連續(xù)式固相聚合借助惰性氣（多使用氮氣）體除去小分子副產(chǎn)物，其工藝流程長，設(shè)備投資大，但切片傳熱效率和生產(chǎn)效率均提高，切片質(zhì)量均勻，可實現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)。

瑞士布勒（BUHLER）公司、美國HOSOKAWA BEPEX公司和意大利UOP SINCO公司都具有非常成熟的聚酯切片連續(xù)固相聚合設(shè)備和技術(shù)。中國大多數(shù)滌綸工業(yè)絲生產(chǎn)廠家普遍采用瑞士布勒（BUHLER）公司和美國HOSOKAWA BEPEX公司設(shè)備和技術(shù)，兩個廠家的工藝路線和設(shè)備各有特點，但是都可以很好的滿足滌綸工業(yè)絲生產(chǎn)的需要。

平頂山神馬實業(yè)股份有限公司是河南省唯一一家全套引進瑞士布勒固相聚合和德國巴馬格高速紡絲牽伸卷繞設(shè)備生產(chǎn)HMLS（高模量低收縮）滌綸工業(yè)絲的公司。

二、固相聚合內(nèi)容介紹

現(xiàn)主要以瑞士布勒公司固相聚合設(shè)備為例來對連續(xù)式固相聚合的設(shè)備和工作原理進行分析。

1．瑞士布勒（BUHLER）公司聚酯切片固相增粘聚合工藝流程圖，如圖1所示：

01，06，23：旋轉(zhuǎn)閥；02：結(jié)晶器；03：旋風(fēng)分離器；04，17，13：風(fēng)機；05，10，16，18，19，20，21，22：電加熱器；07：反應(yīng)器；08：過濾器；09：熱交換器；11：鉑催化劑反應(yīng)器；12，14：冷卻器；15：干燥器。

圖1聚酯切片固相增粘聚合工藝流程圖

2．沸騰床結(jié)晶器結(jié)構(gòu)圖和工作原理，如圖2所示：

（1）聚酯切片干燥結(jié)晶的主要目的：一是除去切片中的水分，避免聚酯切片在進入反應(yīng)器后在高溫條件下發(fā)生水解。二是提高切片的結(jié)晶度和軟化點，避免切片在進入反應(yīng)器后發(fā)生粘結(jié)，從而防止物料在反應(yīng)器內(nèi)結(jié)塊和因為物料粘連造成粘度不勻。由于原料切片在加工時，聚合物熔體的擠出鑄帶，是在水中急劇冷卻的，所以原料切片基本上為無定形結(jié)構(gòu)，軟化點較低，70℃～80℃便開始變軟和粘連。如果不提高其結(jié)晶度，進入反應(yīng)器后，便軟化粘連，造成阻料。三是布勒沸騰床流化床結(jié)晶器的最具特色的作用，熱空氣可以帶走原料切片中大部分的粉塵并在旋風(fēng)分離器中分離。由于粉塵較正常切片具有非常大的比表面積，所以可以在反應(yīng)后具有非常高的粘度和結(jié)晶度，所以會嚴重的影響到紡絲的可紡性以及絲條結(jié)構(gòu)和物性的均勻性。

（2）工作原理：無定形聚酯切片進入到結(jié)晶器的第1室，與此同時，熱空氣經(jīng)過器室底部的多孔板向上噴流，這樣在結(jié)晶器1室內(nèi)，既有向上噴涌的預(yù)結(jié)晶切片，也有連續(xù)向下進入一室的無定形切片。由于在器室內(nèi)，無定形切片和預(yù)結(jié)晶切片之間激烈的沸騰碰撞，所以不會出現(xiàn)切片的粘連。

當無定形切片被加熱到超過90℃以上時，便開始發(fā)生結(jié)晶，并釋放出能量。無定形的切片是清澈透明的，而結(jié)晶的切片模糊不透明的。

預(yù)結(jié)晶的切片在沸騰跳躍時超越第1室上部可調(diào)節(jié)高度的堰板進入第2室。物料在2室內(nèi)也處于沸騰狀態(tài)，但是只能通過2室的底部進入3室。切片依此向后流動，物料在進入5室后，處于沸騰跳躍狀態(tài)的結(jié)晶切片超越5室上部的堰板進入6室，完成結(jié)晶過程。

工藝氣體通過加熱器（05）被加熱到所需要的工藝溫度，氣體通過風(fēng)機（04）再循環(huán)，粉塵被旋風(fēng)分離器（03）分離去除。結(jié)晶器熱空氣循環(huán)系統(tǒng)設(shè)有補氣和排氣口，在系統(tǒng)循環(huán)氣體中逐步增加的水分和從切片中逸出的乙醛，通過排氣保持在一個合適的水平。

切片在結(jié)晶器1室的停留時間約10～15分鐘，結(jié)晶器內(nèi)總停留時間約是23分鐘；在結(jié)晶度達到40%以后即可以進入反應(yīng)器繼續(xù)反應(yīng)。

3．固相聚合屋脊式反應(yīng)器工作原理。布勒公司的屋脊式固相聚合反應(yīng)器是最具有特色的反應(yīng)器設(shè)計形式，其它公司的生產(chǎn)技術(shù)，一般都采用圓筒式反應(yīng)器。因為布勒反應(yīng)器內(nèi)部的棚架導(dǎo)流結(jié)構(gòu)類似于屋脊而得名。一般情況下，屋脊式反應(yīng)器本體分為進料段（無屋脊）、反應(yīng)段（有屋脊，可分為若干節(jié)）、冷卻段、出料段四部分。

（1）固相聚合屋脊式反應(yīng)器工作原理圖及介紹，如圖4、圖5、圖6所示：

在第一節(jié)倉中，右風(fēng)道為進風(fēng)道，左風(fēng)道為出風(fēng)道，中間有六組風(fēng)管。其中1、3、5與右風(fēng)道相通（左端密封），稱為進風(fēng)管；2、4、6與左風(fēng)道相通（右端密封），稱為出風(fēng)管。干熱空氣流從進風(fēng)口入右風(fēng)道，分三路同時進入1、3、5風(fēng)管內(nèi)，并從這些管的底部長條形開口縫溢出，轉(zhuǎn)向上，穿透切片層而上升（圖5），繼而從2、4、6出風(fēng)管下部長條形開口處進入，匯集于左風(fēng)道，并進入第二節(jié)倉。第二節(jié)倉與第一節(jié)相同，但風(fēng)向進出與第一節(jié)的相反，即左風(fēng)道是進風(fēng)道，右風(fēng)道為出風(fēng)道。以下各節(jié)則依此類推。在整個反應(yīng)器中，干熱空氣流向在同節(jié)倉中呈并聯(lián)流動；而在節(jié)與節(jié)之間則為串聯(lián)流動（圖4）。

（2）布勒固相聚合反應(yīng)器的特點：1）由于切片在反應(yīng)器內(nèi)向下流動過程中，不停的在橫向進行移動和混合，所以基本上可以保證切片在反應(yīng)器內(nèi)先進先出，停留時間基本一致，反應(yīng)的均勻性更高；2）和在圓筒式反應(yīng)器中物料互相擠壓相比，布勒反應(yīng)器由于有屋脊式棚架結(jié)構(gòu)進行支撐，所以切片之間的堆積密度更小，流動氮氣在反應(yīng)器截面上分布更均勻，更容易帶走反應(yīng)產(chǎn)物，而且在出現(xiàn)異常情況（如停電）等導(dǎo)致物料不流動的狀況時，可以最大程度避免出現(xiàn)切片結(jié)塊現(xiàn)象；3）氮氣加熱使用電加熱器，和其它公司技術(shù)使用聯(lián)苯相比，工作環(huán)境條件較好；4）工藝流程非常簡單，操作方便，維護成本低。

（3）切片在反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生的反應(yīng)

4．鉑催化燃燒反應(yīng)器（10）。從固相聚合反應(yīng)器上部出來的氮氣，帶出乙二醇、水、乙醛、二甘醇等反應(yīng)產(chǎn)物，為了促進縮聚反應(yīng)的進行，必須及時除去氮氣中含有的反應(yīng)產(chǎn)物。布勒公司采用催化燃燒的方法來去除小分子反應(yīng)產(chǎn)物。

從反應(yīng)器上部出來的氮氣，經(jīng)過過濾器（08）除去粉塵，通過熱交換器（09）時被預(yù)熱，隨后被加熱器（10）加熱到300℃以上，然后在鉑催化燃燒反應(yīng)器中發(fā)生燃燒，氮氣中的乙二醇、乙醛、二甘醇等切片反應(yīng)產(chǎn)物燃燒后生成水、CO、CO₂。

控制系統(tǒng)通過檢測鉑催化燃燒反應(yīng)器出口CO和O₂含量來自動控制燃燒需要的O₂的補充量。一般要求O₂含量≤10ppm。

5．干燥器（15）。從催化燃燒反應(yīng)器中出來的氮氣含有大量水分，在氮氣重新回到反應(yīng)器前，必須經(jīng)過干燥器除去水分。

干燥器有兩個干燥塔，分別填充有分子篩吸附劑來吸收水分。兩個干燥塔中一個在使用時，另外一個進入再生程序，再生后備用。干燥塔之間可以設(shè)定定時切換或設(shè)定氮氣露點切換兩種方式。氮氣露點要求低于-35℃。

總之，經(jīng)過固相聚合反應(yīng)后的切片，一般特性粘度控制在1.0dl/g以上，可以用于滌綸工業(yè)絲的紡絲生產(chǎn)。國內(nèi)一些使用布勒固相聚合裝置的廠家，在布勒屋脊式反應(yīng)器后面再串聯(lián)一個圓筒式反應(yīng)器，增加物料的停留時間。在投資不多的情況下，使產(chǎn)能成倍提高，取得了明顯的經(jīng)濟效益。結(jié)論：連續(xù)式固相聚合增粘是最適合滌綸工業(yè)絲生產(chǎn)的切片增粘方式；布勒固相聚合設(shè)備具有工藝流程簡單，設(shè)計獨特、操作維護方便、控制精度高等特點，生產(chǎn)切片質(zhì)量穩(wěn)定，能夠很好的滿足滌綸工業(yè)絲生產(chǎn)的需要。

參考文獻

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[2]董紀震，趙耀明，陳雪英，曾憲珉．合成纖維生產(chǎn)工藝學(xué)[M]．北京：中國紡織出版社，1994．

作者簡介：周偉芳（1975－），女，河南新密人，平頂山神馬博列麥氣囊絲公司助理工程師，質(zhì)量工程師，研究方向：生產(chǎn)工藝管理、質(zhì)量檢驗。