熔體黏度對聚酯產(chǎn)品的影響及控制措施

＊李偉翔

（新鳳鳴集團 浙江 314513）

聚酯產(chǎn)品生產(chǎn)就有連續(xù)性強、自動化水平高的特點，過程中影響產(chǎn)品質(zhì)量的因素較多，而熔體黏度作為影響聚酯產(chǎn)品質(zhì)量的核心更是生產(chǎn)需要關(guān)注的重點。企業(yè)必須認識到影響熔體黏度的關(guān)鍵要素并積極予以有效控制，提升裝置運行的平穩(wěn)性，以此提升產(chǎn)品質(zhì)量，增加企業(yè)經(jīng)濟效益。

1.聚酯熔體概念及聚酯產(chǎn)品黏度工藝控制機理

（1）聚酯熔體概念。聚酯熔體是聚對苯二甲酸乙二醇酯熔體的簡稱，原料為乙二醇以及精對苯二甲酸，消光劑為二氧化鈦，催化劑為乙二醇銻、三氧化二銻，是在美國杜邦生產(chǎn)工藝使用下通過酯化、預(yù)縮聚和終縮聚反應(yīng)生產(chǎn)的產(chǎn)物。

（2）聚酯產(chǎn)品黏度工藝控制機理。產(chǎn)品分子質(zhì)量直接影響熔體黏度，在壓力及溫度處于某一固定范圍時，產(chǎn)品聚合度會隨著分子質(zhì)量的提升而增加，相應(yīng)的熔體黏度也將增大，因此平均相對分子質(zhì)量通過熔體黏度表現(xiàn)，若想控制熔體黏度則必須控制聚酯聚合度。聚酯裝置在原料、消光劑、催化劑條件滿足的情況下經(jīng)酯化、預(yù)縮聚和終縮聚反應(yīng)后生成聚酯產(chǎn)品。在酯化過程中，需要在保證預(yù)期酯化率的基礎(chǔ)上控制聚合度，酯化階段中聚合單體聚合度應(yīng)在2～5之間，而預(yù)縮聚反應(yīng)、終縮聚反應(yīng)的聚合度則分別為25～30、100，以此產(chǎn)出符合性能要求的產(chǎn)品。

2.聚酯熔體黏度的影響因素

(1)生產(chǎn)原料

生產(chǎn)原料是影響聚酯熔體黏度的首要因素，其中原料純度影響最大，不僅會影響配漿過程中摩爾比（乙二醇與精對苯二甲酸物質(zhì)的量比）的控制，進而影響酯化反應(yīng)程度的控制最終導(dǎo)致熔體粘度的波動，原料中的雜質(zhì)也會在很大程度上影響熔體粘度及其它相關(guān)指標，例如降低產(chǎn)品的亮度（L值偏低）、熔體偏黃等，產(chǎn)品的色相變差從而降低產(chǎn)品質(zhì)量。

(2)EG(乙二醇)/PTA(精對苯二甲酸)物質(zhì)量比

聚酯原料為乙二醇以及精對苯二甲酸，經(jīng)酯化和縮聚反應(yīng)生成熔體，摩爾比直接影響酯化反應(yīng)程度，進而影響熔體聚合度和熔體黏度，這也是上一點中生產(chǎn)原料具有重要影響作用的原因之一。纖維級聚酯產(chǎn)品更是對產(chǎn)品聚合度有較高要求，需要達到100～110之間，以此滿足性能要求，若物質(zhì)量比無法達到要求則將嚴重影響產(chǎn)品性能。

(3)真空度

真空是聚酯產(chǎn)品在縮聚反應(yīng)中的關(guān)鍵反應(yīng)條件，真空度的控制直接影響所需數(shù)均分子量，是縮聚反應(yīng)的基本條件。此外，抽取真空還能夠在很大程度上減少反應(yīng)過程中出現(xiàn)的副產(chǎn)物，如低聚物、醛等，向縮聚反應(yīng)方向進行提升熔體黏度，反之則會造成熔體黏度降低?？s聚反應(yīng)程度依賴于反應(yīng)過程中小分子的排出，此時則需要創(chuàng)造真空環(huán)境為反應(yīng)的順利進行提供保障。

(4)生產(chǎn)負荷

調(diào)整生產(chǎn)負荷是實際生產(chǎn)活動中運行裝置必須的操作，最主要的目的是調(diào)整反應(yīng)時間、對反應(yīng)的溫度、釜料位以及壓力的進行調(diào)整。控制熔體黏度過程中，聚酯生產(chǎn)逐步縮聚反應(yīng)需要通過高聚物收率滿足一定反應(yīng)程度，若反應(yīng)程度過高會造成對分子質(zhì)量過高，同樣，反應(yīng)程度過低造成對分子質(zhì)量過低。而反應(yīng)器料位的改變將會改變反應(yīng)時間，進而對反應(yīng)程度造成直接影響，以此控制相對分子質(zhì)量，調(diào)整產(chǎn)品黏度。負荷的降低將會增加反應(yīng)時間，提升反應(yīng)程度，相對分子質(zhì)量也會在此條件下變大；負荷的增加將會減少反應(yīng)時間，降低反應(yīng)程度，相對分子質(zhì)量也會在此條件下變小，以此可以得出結(jié)論，產(chǎn)品黏度受負荷調(diào)節(jié)的直接影響。在實際生產(chǎn)過程中存在黏度分析滯后、工藝條件不穩(wěn)定等問題，將會影響負荷變化率，會對產(chǎn)品黏度的控制造成不利影響。

(5)導(dǎo)生系統(tǒng)異常波動

導(dǎo)生系統(tǒng)異常波動會造成裝置反應(yīng)系統(tǒng)溫度不穩(wěn)定，而熔融縮聚反應(yīng)中溫度有極大的影響性，溫度波動直接影響酯化和縮聚反應(yīng)速度，平衡常數(shù)產(chǎn)生變化，造成反應(yīng)平衡方向不可控制。酯化及縮聚聚合反應(yīng)中溫度的作用是多重的，這就要求生產(chǎn)者在此過程中按照溫度操作曲線嚴格控制反應(yīng)溫度，保證最終聚酯產(chǎn)品質(zhì)量符合要求。此外，導(dǎo)生系統(tǒng)還可能出現(xiàn)停爐的問題，一旦發(fā)生將迅速降低反應(yīng)釜溫度，反應(yīng)速度也會驟縮，降低聚酯反應(yīng)程度，減低相對分子質(zhì)量，熔體黏度在此情況下自然降低。若停爐時間過長還會直接造成裝置停車。

(6)停留時間

停留時間在聚酯生產(chǎn)中也有重要作用，影響酯化、縮聚反應(yīng)程度，進而直接影響熔體黏度。在生產(chǎn)過程中的停留時間是反應(yīng)釜液位決定的，酯化反應(yīng)停留時間超過標準將會增加副反應(yīng)，不利于后續(xù)反應(yīng)；酯化反應(yīng)停留時間不及標準則會使反應(yīng)釜內(nèi)溫度低于乙二醇蒸氣?？s聚反應(yīng)停留時間超過標準將會提升反應(yīng)溫度，致使熔體降解，熔體黏度下降。

(7)反應(yīng)溫度

酯化釜和終縮、預(yù)縮聚釜反應(yīng)液位與熔體黏度成正相關(guān)，而其中對熔體黏度造成最大影響的是終縮聚釜液位，其它兩項釜液位相對而言影響性則較小。不僅如此，終縮聚釜液位對熔體黏度造成的影響較難通過其它因素的調(diào)整加以補償，而酯化釜、預(yù)縮聚釜液位造成的影響則能夠通過終縮聚釜攪拌轉(zhuǎn)速、真空度以及催化劑比例等的調(diào)整加以補償，減少負面影響。

(8)催化劑添加量

聚酯生產(chǎn)中若其它因素較為固定，則熔體黏度將會較大程度上受到催化劑添加量的影響，若催化劑過量添加則會造成反應(yīng)效果增強，以此提升熔體黏度；反之，催化劑不足會減少反應(yīng)效果，降低熔體黏度。

(9)反應(yīng)器液位波動

聚酯生產(chǎn)反應(yīng)過程為縮聚過程，特征為分子鏈增長、黏度上升，與解聚過程的分子鏈變短、黏度下降相反，且形成了動態(tài)平衡。在反應(yīng)初期，產(chǎn)品相對分子質(zhì)量較小，此時主要生成大分子，產(chǎn)品黏度在此情況下明顯提升。繼續(xù)反應(yīng)，縮聚速度較之前減緩，解聚速度提升，發(fā)展到某一階段將會產(chǎn)生縮聚、解聚速度相當?shù)那闆r，黏度變化逐漸不明顯。酯化反應(yīng)釜、預(yù)縮聚反應(yīng)釜相對分子質(zhì)量小、聚合度不高，此時主要為縮聚生產(chǎn)反應(yīng)；但是終聚反應(yīng)釜相對分子質(zhì)量大、聚合度較高，熔體黏度大，降解反應(yīng)、縮聚反應(yīng)競爭激烈。由此可以看出，終聚反應(yīng)器液位波動直接影響熔體黏度，因此在實際生產(chǎn)過程中必須嚴格控制終聚反應(yīng)器液位，以此控制產(chǎn)品黏度。

3.聚酯熔體黏度控制方法

(1)嚴格把控原材料質(zhì)量

在進行生產(chǎn)前工廠及企業(yè)必須要嚴格把控原材料及相關(guān)輔料質(zhì)量，加強監(jiān)管，選擇性價比最高的合格原料，最大程度減少甚至消除原料對于熔體黏度的負面影響。

(2)有效控制反應(yīng)EG/PTA物質(zhì)量比

①優(yōu)化EG/PTA物質(zhì)的量比

在熔融縮聚過程中，酯化、預(yù)縮聚、終縮聚溫度條件一致，均發(fā)生于285℃環(huán)境中，過程中易揮發(fā)單體乙二醇將出現(xiàn)含量變化，因此雖注重控制易揮發(fā)乙二醇單體，保證EG/PTA物質(zhì)量比保持在1.5～2.0:1，但是生產(chǎn)過程中的生產(chǎn)負荷、溫度、原料變化等均會影響乙二醇含量變化幅度，實際反應(yīng)工況并不固定，因此需要通過按照實際情況優(yōu)化和控制EG/PTA物質(zhì)的量比來控制熔體黏度，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

②平穩(wěn)物質(zhì)量比控制系統(tǒng)

在實際生產(chǎn)過程中，EG/PTA物質(zhì)的量比控制由專門的控制系統(tǒng)完成，專業(yè)性強、自動化程度高，要求工作人員加強對于系統(tǒng)的檢查和維護，一旦發(fā)現(xiàn)意外狀況必須予以及時有效處理，通過平穩(wěn)物質(zhì)量比控制系統(tǒng)保證EG/PTA物質(zhì)的量比符合要求。

③調(diào)節(jié)與控制穩(wěn)定EG

物質(zhì)量比涉及反應(yīng)全過程，為保證物質(zhì)量比，預(yù)聚反應(yīng)器進料處安裝了穩(wěn)定EG，既能夠促使流化式反應(yīng)，有效控制預(yù)聚物停留時間，還能夠保證易揮發(fā)組分EG含量在高溫度條件下得以平穩(wěn)控制，以此穩(wěn)定EG/PTA工藝配比，優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量。相關(guān)工作者需要在生產(chǎn)過程中注重對于穩(wěn)定EG的控制，在原料波動、生產(chǎn)負荷調(diào)整中發(fā)揮有效作用。

(3)平穩(wěn)真空系統(tǒng)

平穩(wěn)真空系統(tǒng)是控制產(chǎn)品黏度的重要舉措，反應(yīng)釜真空度的控制是影響反應(yīng)程度的關(guān)鍵，除了需要注重對于相關(guān)設(shè)備的維護和檢查以便在出現(xiàn)異常時予以及時處理以保證系統(tǒng)長周期平穩(wěn)運行外，還要考慮到工藝操作措施的完善。具體而言就是優(yōu)化反應(yīng)器工藝參數(shù)，以此優(yōu)化反應(yīng)負荷分配，保證反應(yīng)釜真空度適中，實現(xiàn)真空度靈敏調(diào)節(jié)，以此確保真空系統(tǒng)的優(yōu)質(zhì)運行，合理控制熔體黏度。

(4)嚴格控制生產(chǎn)負荷

直紡工藝的實際生產(chǎn)環(huán)節(jié)需要格外注意對于速率以及生產(chǎn)負荷的嚴格控制，這是因為黏度變化將極大增加紡絲難度，嚴重情況下甚至無法保證產(chǎn)品正常生產(chǎn)。對此，嚴格控制生產(chǎn)負荷以實現(xiàn)過程反應(yīng)的平穩(wěn)，保證黏度合理尤為關(guān)鍵。若想做到這一點，不僅要合理調(diào)節(jié)速率，還要注重兩點，一是保證產(chǎn)品黏度控制系統(tǒng)，特別是真空系統(tǒng)在生產(chǎn)過程中的平穩(wěn)運行，二是嚴格監(jiān)視實際反應(yīng)情況，加強中間品及產(chǎn)品檢測，按照檢查結(jié)果及時、合理對生產(chǎn)中的工藝參數(shù)予以調(diào)整。

(5)保持導(dǎo)生系統(tǒng)平穩(wěn)運行

導(dǎo)生系統(tǒng)平穩(wěn)運行是有效控制反應(yīng)溫度的關(guān)鍵。若發(fā)生停爐等意外事件，工作人員需要通過以下措施合理調(diào)整和控制熔體黏度，降低產(chǎn)品不合格率：①嚴格監(jiān)視實際生產(chǎn)中的反應(yīng)釜溫度，記錄反應(yīng)釜特別是酯化釜溫度并予以調(diào)節(jié)。這是因為，酯化反應(yīng)耗熱量有四大部分，具體包括物料升溫、蒸發(fā)吸收熱、反應(yīng)熱以及溶解熱，能夠占據(jù)全裝置耗熱的60%以上，因此一旦發(fā)生導(dǎo)生系統(tǒng)故障就需要及時減少低酯化釜漿料進料量，通過這一措施減少酯化耗熱量，經(jīng)三大反應(yīng)釜溫度的平衡控制熔體黏度；②生產(chǎn)恢復(fù)時需要秉承協(xié)調(diào)補償原則，對反應(yīng)釜反應(yīng)條件進行調(diào)整，達到短時間內(nèi)恢復(fù)生產(chǎn)、平穩(wěn)產(chǎn)品質(zhì)量的目的。

(6)穩(wěn)定停留時間

液位的提升會增加反應(yīng)的停留時間，對于縮聚反應(yīng)起促進作用。而在實際生產(chǎn)中，終縮聚反應(yīng)釜液位的合理降低反而能夠起到增加熔體黏度的作用。液位不穩(wěn)定或低于正常值時縮聚反應(yīng)釜發(fā)生斷料現(xiàn)象的概率增加，可能致使嚴重生產(chǎn)事故，在終縮聚負荷較高且熔體黏度較低的條件下不建議通過終聚反應(yīng)釜液位的降低起到控制熔體黏度的作用。在反應(yīng)過程中工作人員需要合理設(shè)定并密切關(guān)注反應(yīng)釜液位，確保和穩(wěn)定停留時間。在負荷條件不變的情況下，反應(yīng)釜的液位波動應(yīng)控制在（30.0±0.5）%，以此保證熔體黏度。

(7)控制反應(yīng)溫度

一般情況下，若發(fā)生酯化率偏低狀況，則多通過酯化反應(yīng)壓力、反應(yīng)溫度的提升加以改善。通常酯化反應(yīng)溫度上調(diào)1℃則反應(yīng)壓力也需要上調(diào)3kPa，反之亦然。通過液位和的調(diào)整能夠在較大程度上達到穩(wěn)定熔體黏度的目的，但是需要注意的是，若通過提升溫度保證熔體黏度則要嚴格控制上升幅度，這是因為溫度過高會造成熔體副反應(yīng)增加?？s聚溫度過高會加速熱降解，會對熔體黏度的提升產(chǎn)生不利影響，且會增加環(huán)狀物含量，不利于后續(xù)的紡絲和拉膜操作。在生產(chǎn)實際中，終聚溫度直接影響熔體黏度已成定論，一般將溫度控制在260～280℃之間。若其它負荷條件維持穩(wěn)定，若需要通過調(diào)控溫度優(yōu)化生產(chǎn)質(zhì)量，則酯化溫度波動范圍應(yīng)控制在0.5℃上下，縮聚溫度波動范圍應(yīng)控制在0.5℃上下，穩(wěn)定反應(yīng)溫度，保證產(chǎn)品黏度和質(zhì)量。

(8)嚴格控制催化劑加入量

在生產(chǎn)過程中，加入催化劑的劑量若較小則影響不大，可通過攪拌轉(zhuǎn)速以及縮聚溫度等的調(diào)節(jié)補償其對于黏度的影響，但是為確保生產(chǎn)條件的穩(wěn)定和產(chǎn)品質(zhì)量的提升，生產(chǎn)過程中也必須對催化劑加入量進行嚴格控制，要求人員嚴格遵從相關(guān)操作規(guī)程，科學(xué)添加催化劑，最大程度減少人為操作不當引發(fā)的生產(chǎn)波動，保證黏度指標穩(wěn)定。此外還要注重對于催化劑計量設(shè)備的維度，避免設(shè)備故障引發(fā)的生產(chǎn)波動。

(9)保證反應(yīng)釜液位穩(wěn)定

反應(yīng)釜液位受負荷的影響，人員需要在充分考慮各符合因素的前提下嚴格平穩(wěn)控制反應(yīng)釜液位。反應(yīng)釜液位波動正常時不會對產(chǎn)品黏度造成較大影響，即使出現(xiàn)短時間異常波動也不會影響最終產(chǎn)品質(zhì)量，長時間或大幅度的液位異常波動將會明顯影響產(chǎn)品黏度。對此，人員需要保證液位計的清洗和維護，加強對于液位計探針的管理，加強監(jiān)管，保證設(shè)備正常使用。

4.結(jié)語

聚酯生產(chǎn)過程中生產(chǎn)原料、真空度、生產(chǎn)負荷、導(dǎo)生系統(tǒng)異常波動、停留時間、反應(yīng)溫度、催化劑添加量以及反應(yīng)器液位波動均會對熔體黏度造成較大影響。在日常生產(chǎn)操作中人員必須嚴格控制關(guān)鍵點參數(shù)，保證各要素穩(wěn)定，并通過科學(xué)方法合理調(diào)整參數(shù)以優(yōu)化熔體黏度，保證產(chǎn)品符合性能要求，生產(chǎn)優(yōu)等聚酯產(chǎn)品，在提升企業(yè)經(jīng)濟效益的同時樹立優(yōu)質(zhì)品牌形象。