简述聚酯类家族中PTT长丝的性能特点及生产工艺分析

作者 顾超英

一、概述

聚酯以其优良的物理机械性能和可回用性而受到世人注目。除了作为涤纶的基本原料，聚酯还在包装业、电子电器部件、医疗器械、建筑、航空、汽车等领域发挥着日益重要的作用，保持了非常迅猛的发展势头，被誉为“二十世纪最伟大的发明”。而PTT　（聚对苯二甲酸-1，3-丙二醇酯）又名PPT，PTMT，是一种新型聚酯材料，最近几年中已逐渐实现了工业化生产。传统的1，3-丙二醇合成路线是以丙烯醛为原料，通过水合作用制取，近年来已被环氧乙烷原料取代。另一种合成方法以丙三醇为原料通过发酵作用来制备1，3-丙二醇（PDO），因为生产工艺过程较繁锁而不受欢迎。目前，世界上大多采取环氧乙烷碳基化法来合成PDO。PTT是半结晶状的热塑性聚酯，可经由DMT或PTA的工艺路线合成。

另外，由于PTT长丝与各类纤维混纺所得织物具有氨纶包缠丝交织的织物一样的弹性，氨纶虽用量较少，但价格较贵，PTT的价格与氨纶比较起来要低一些，在产品的价格竞争上具有一定的优势；氨纶用量少，一般只占纤维用量的4％-8％，与其它纤维呈包缠形式，但若包缠不好，则染色后会产生“色花”，而PTT与其它纤维包缠的形式较少，产生织物“色花”的可能性较少，所以PTT具有较好的开发前途。有关专家预测：在不久的将来，PTT纤维将逐步替代涤纶、锦纶和氨纶而成为21世纪大型纤维。

二、PTT纤维的发展历史回顾

PBT和PTT纤维都是在1940年就已发明出来了，它们的问世年代与其他主要合纤相差无几，而PTT聚合物早在1941年就申请了专利，但是在1990年代实现PDO商品化生产后，PTT才被以较为经济的方法生产，壳牌以CORTERRA的注册商标生产和销售这种聚合物。虽然早在1941年研究PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）树脂时就已成功地在实验室合成PTT，但直至20世纪90年代PTT才实现工业化，原因是制备PTT的主要原料1，3－丙二醇单体工业化较难。上世纪20世纪90年代，国际上几家大公司相继在1，3－丙二醇合成新工艺上取得突破，从而使PTT 生产进入工业化开发阶段。由于工业化1，3－丙二醇装置建成投产，各纤维厂商纷纷加入PTT开发行列。目前美国、欧洲、日本、韩国及我国台湾都已开始工业化生产PTT，并掀起开发热潮，但世界PTT生产能力主要集中在美国。而我国内地PTT工业化生产尚处于立项阶段，但从地毯、纺织品及工程塑料市场容量看，具有广阔的前景。随着PTT工艺不断完善，生产成本下降和应用市场开拓，它将在性能、价格上与PET、PBT（聚对苯二甲酸丁二醇酯）和PA66等竞争。国家产业部门已将发展PTT列入“十一五” 合纤结构调整规划。我国1，3－丙二醇开发也处于起步阶段，其实但直到近几年石化公司才研制成适合工业化生产的较短和较经济的聚合物生产工艺流程。瑞士Rieter纺织设备公司和法国Rieter ICBT公司与聚合物生产厂商及其客户以及其他相关厂商合作研制成适用于PBT和PTT新纤维的加工设备。这些设备包括：地毯纱(BCF)用直接并捻机，衣料用牵伸一加弹机(DTY) ，喷气加弹机(ATY)和衣料用倍捻机。PBT和PTT丝并捻采用无气圈并捻机，装有一个表面光滑无粗糙接缝的290mm直径加捻罩，加捻罩/圆盘直径比接近1(例如280／200)。1670dtex纱线标准运转参数为转速6400rpm每英寸4个捻(4tpi)。为使锭子启动时纱线断头率降到最低专门研制成一种纺丝油剂。

三、PTT的聚合过程

1.1，3-丙二醇的合成

　　由于长期以来，作为其重要原料之一的 l，3一丙二醇(PDO)单体价格昂贵，致使PTT无法工业化生产。通常PDO有3条制备路线， ①以丙烯醛为原料(Degussa)；②以环氧乙烷为原料(Shell)； ③以丙三醇为原料(DuPont)。

　　传统的PDO合成路线是以丙烯醛为原料，通过水合作用来制取，现在已被以环氧乙烷为原料所取代。而以丙三醇为原料通过发酵作用来制备PDO，因为生产过程的凌乱而失去吸引力。目前国产的PDO单体经过上海石化的实验证明，其效果尚不如从国外进口的PDO原料，如聚合物的色泽。

2.PTT合成的工艺路线研究

　　PTT如同PET及PBT相似，也就是说PTT也是半结晶性热塑性聚酯，可以经过DMT或PTA路线聚合得到：

2.1苯二甲酸二甲酯(DMT)与 PDO酯交换，继而缩聚制得PTT(DMT法)

　　酯交换法在温度140-220℃，采用 Ti系催化剂，先脱除甲醇，缩聚升温至270℃并减压到5kPa缩聚。

2.2苯二甲酸(PTA)与PDO直接酯化(PTA法)

　　由 国际上的Zimmer公司与 Degussa公司研究开发的直接酯化法生产工