دانلود مقاله مواد اولیه در نساجی

فصل اول
مواد اولیه
1-1- تاریخچه
پلی استرلیف پلیمری خطی مصنوعی بوده که در انگلستان توسط شیمیدان هایی بنام ژ.آر.وین فیلد و ژ.ت.دیکسون عضو جامعه کالیکو پرنیتر Calico Printer کشف و توسعه یافت .

این اقدام در واقع توسط مستقیم کارهای دبلیو .

اچ .

کاروترز بروی
پلی استرها محسوب می گردد.

در این رابطه کارخانه هایی برای تولید پلی استر تاسیس گشت .

کمپانی دوپونت امریکا امتیاز این کارخانه ها را خریداری نمود و شماره ثبتی در امریکا یعنی 2465319 را بخود اختصاص داد .

پلیمرولیف ریسیده شده آن در کارخانه کینستون Kinston واقع در کارولینای شمالی در تاریخ مارس 1953 ساخته شد .

نام تجارتی پلی استر در امریکا به داکرون موسوم گردید .

لیف و نخ فیلامنت تولیدی در انگلیس تری لن نام داشت .تری لن و داکرون از نظر ساختار شیمیایی یکی هستند .

این فرآورده از همان اوان تولید در بازار جذب گردید و هر روزه نیز به شهرتش افزوده گردید و امروزه در سرتاسر دنیا ، آن هم به اوزان نجومی تولید و به مصرف می رسد .

این لیف با ساختار شیمیایی برابری توسط هوخست انگلستان( ترویرا) ، انکالون انگلیس ( ترلنکا ) وکیل روت واقع در ایرلند شمالی بنام (لیرل ) با ماهیت شیمیایی پلی ( اتیلن ترفتالات ) تولید می گردد .

داکرون ساخت آمریکا و هم چنین فورترل تولیدی به وسیله Fibe industry نیز از شهرت کافی برخوردار است .

[1]
پلی اتیلن ترفتالات که به طور معمول PET نامیده می شود یکی از مهمترین پلیمرهای مهندسی است که برای تولید محصولات مختلفی از جمله الیاف نساجی ، نخ تایر ، بطری و ظروف ، فیلم های نواری صوتی و تصویری ، فیلمهای پزشکی اشعه ایکس ، فیلمهای بسته بندی ، اجزای مواد تزریقی و ورقه ها استفاده می شود .

میزان مصرف پلی استر بر حسب کیلو تن در جدول زیر آمده است :
سال 1990 سال 1994 سال 1998
الیاف 8500 11157 16500
بطری 1200 2460 4200
فیلم 900 1000 1200
غیره 900 1000 850
کل 11500 15617 22570

جدول (1-1) مصرف پلی استر [2]

همانطور که ملاحظه شده است نرخ رشد مصرف پلی استر 98% در سال است .

الیاف پلی استر 60% الیاف مصنوعی را تشکیل می دهد .

بررسی خواص این محصول از اهمیت خاصی برخوردار است .

وزن ملکولی یکی از این خواص مهم است که تاثیر بسزایی در کیفیت محصول ایفا می کند.

[2]




شکل (1-1 ) تولید ماهیانه الیاف پلی استر ( الیاف استیپل)[2]






شکل (1-2 ) تولید ماهیانه فیلامنت پلی استر[2]
1-2- ماهیت شیمیایی :
پلی استریک استرپلیمریک است.

استری که در اثر ایجاد واکنش بین یک دی اسید و یک دی الکل بوجود می آید اسید مذکور ترفتالیک اسید و الکل مذکور اتیلن گلایکول
می باشد.

فرمول شیمیایی این دو ماده اصلی پلی استر بصورت زیر می باشد :
T.P.A اسید ترفتالیک COOH-C6H4-COOH
EG اتیلن گلایکول OH-C2H4-OH
همان گونه که مشاهده خواهد شد الکل و اسید هر دو دارای دو ظرفیت بوده، اسید محتوی دو گروه اسید کربوکسیلیک –COOH و الکل نیز دارای دو گروه هیدروکسیل –OH می باشند .

در صورتیکه اسید و الکل، هر دو یک ظرفیتی بودند ، واکنش در همان مرحله مونومری متوقف می گردد یعنی:


شکل (1-3 )
اتیل بنزوات دارای گروههای انتهایی فعال نبوده و نهایتاً واکنش از این مرحله فراتر نمی رود.

حتی اگر یکی از ترکیبات فوق، مثلاً الکل دوظرفیتی بوده ولی دیگر جزء چنین حالتی را نداشته باشد، تنها یک استرمونومری ساده بوجود می آید یعنی :


شکل (1-4 )

و بعلاوه مقدار کمی اتیلن دی بنزوات بفرمول زیر تشکیل می گردد :


شکل (1-5 )[1]
اما اگر هر دو ، یعنی اسید و الکل دوظرفیتی باشند ، آنگاه واکنش می تواند ادامه یافته و پلیمری را ایجاد کند یعنی:




شکل (1-6 )[1]
محصول ، یعنی دی مر هنوز محتوی گروههای فعال در هر دو سر انتهایی ملکولش بوده ، لذا پلیمریزاسیون می تواند تداوم یافته و یک پلیمر سنگین ، در حدود هشتاد هسته بنزنی بوجود آید و لیف های خوبی را تولید نماید .

لیف آمریکایی ، داکرون از اسید تولید گشته و واکنش کامل را می توان بصورت زیر نوشت :


شکل (1-7 ) داکرون[1]
در مورد تولید لیف تری لن بجای استفاده از ترفتالیک اسید از دی متیل استر ترفتالیت استفاده می گردد.

احتمالاً استفاده از استربجای اسید بدلیل اساسی بودن درجه خلوص مواد فعل و انفعال کننده، ارجحیت داشته و اصولاً خالص سازی دی متیل ترفتالات در مقایسه با اسید ترفتالیک توسط تقطیر درجه حرارت های پائین ساده تر است ولی روشهای تولید اسید ترفتالیک خاص بنحو گسترده ای بهبود یافته و در حال حاضر از این اسید برای پلیمریزاسیون استفاده می کنند.

[3، 1]
در سال قبل از دهه 80 بدلیل عدم دسترسی به فن آوری تولید اسید ترفتالیک از دی متیل ترفتالات (DMT ) بعنوان ماده اصلی اولیه استفاده میشد .

ولی اکنون از اسید ترفتالیک استفاده می شود و بدلیل از بین یردن بسیاری از فرآیند های جهت تولید DMT ، محصول T.P.A ارزانتر و ایده آلتر تهیه شده و راندمان کاری بالاتری را ارائه می نماید .

در یک تحقیق بررسی شد که در صورت استفاده از اسید ترفتالیک ، 17% کمتر از DMT ، مواد مصرف می شود .

به عبارت دیگر برای تولید یک تن پلیمر ، 865 کیلوگرم اسید ترفتالیک مورد نیاز است در صورتیکه 1030 کیلوگرم DMT مورد نیاز است .

همچنین مصرف کاتالیزور نیز بسیار کمتر می باشد .

از طرفی آلودگی جانبی حاصل از انجام واکنش ها کمتر است .

[4] 1-3- تولید مواد اولیه چیپس پلی استر 1-3-1- اسید ترفتالیک این اسید از پارا – زایلن فاقد هر گونه ایزومر اورتوومتا ساخته می شود .

پارا زایلن از برش C8 نفتا که توسط تقطیر از نفت خام جدا شده ، بدست می آید .

زمانی نمی توانستند آنرا از ایزومرهای اورتوومتا توسط تقطیر جدا سازند .

دلیل آن نزدیک بودن نقطه جوش های سه ایزومربیک دیگر بوده است .

در نهایت و با استفاده از کریستالیزاسیون این جداسازی صورت پذیرفت .

پارازایلن در دمای 13 و متازایلن در دمای 48- و اورتوزایلن در دمای 25- منجمد می شوند .[1] در نهایت با اکسیداسیون پارازیلن در مجاورت اسید نیتریک (HNO3 ) و در درجه حرارت 220 و فشاری در حدود 30 اتمسفر و با بازده 90-80% تولید می گردد.

انواع دیگری T.P.A در شرق آسیا و ژاپن مصرف می شود که اصطلاحاً H.T.A یا Q.T.A نام دارند .

اما این محصولان دارای ناخالصی هستند .

روش دیگری که احتمالاً در انگلستان بکار می رود ، اکسید کردن پارا-زایلن با هوا در 200 در و در مجاورت تولوات کبالت بعنوان کاتالیزور بوده که ابتدا اسید تولوئیک تولید گشته آنگاه استری شده و تولوات میتل را تولید می کند که با تداوم اکسید اسیون ، مونومیتل ترفالات تولید می گردد .

[4و1] شکل (1-8 ) مراحل تولید اسید ترفتالیک[1] 1-3-2- اتیلن گلایکول الکل برای تولید این الکل نفت را کراکینک کرده و از این طریق اتیلن را بدست می آورند .

اتیلن در مجاورت کاتالیزور هوا اکسید اتیلن داده و تحت فرآیند هیدراتاسیون به اتیلن گلایکول تبدیل می گردد .

شکل (1-9 ) مراحل تولید اتیلن گلایکول[1] اکثر کارخانه های تولید کننده چیپس در ایران ، مونومراتیلن گلایکول الکل را از کارخانه پتروشیمی اراک خریداری کرده و اسید ترفتالیک را خود تهیه می کنند.

1-3-3- مواد دیگر دخیل در تولید چیپس پلی استر الف – کاتالیزور : کاتالیزور مورد مصرف چیپس پلی استر بیشتر نمک های عناصر منیزیم (mg ) ، منگنز (mn ) ، روی (zn ) و کلسیم (ca ) وآنتیموان (sb ) می باشد.

اکثراً از استات آنتیموان جهت کاتالیزور استفاده می گردد.

فرمول این کاتالیزور بصورت زیر می باشد: Sb(CH3COO)3 در صورت اضافه نمودن تری استات آنتیمون اسید استیک هم تولید می گردد .[5] هدف از استفاده کاتالیزور تسریع در پیشرفت واکنش بدون تاثیر در مواد واکنش می باشد .

در سالهای اخیر شرکت ICI اعلام کرده است به کاتالیزورهایی دست پیدا کرده است که موجب افزایش میزان تولید تا 25% شده است .[4] ب – مواد کدر کننده پلیمر : جهت کدر کردن رنگ چیپس های پلی استر از دی اکسید تیتانیوم Tio2 استفاده می شود .

نحوه استفاده از این ماده در کارخانه های مختلف متفاوت می باشد .

بسیاری از کارخانجات این پودر ها را در اتیلن گلایکول بصورت دیسپرس شده در می آورند و به دیگ تولید خمیر اضافه می کنند و بعضی دیگر به راکتورهای بعدی تولید اضافه می کنند.

( استریفیکاسیون II ).[5] نکته بسیار مهم در مورد استفاده از دی اکسید تیتانیوم این است که باید حتماً قبل از مصرف این پودر از فیلتر یا الک گذشته تا دانه های درشت در خود نداشته باشد و بعد از سوسپانس شدن در اتیلن گلایکول هم از یک فیلتر عبور داده می شوند تا حتی الامکان محلولی بدون ناخالصی به پروسه تغذیه گردد.

1-4- تولید پلی استر از ضایعات یکی از راههای تولید پلی استر استفاده از اضافاتی که از مراحل مختلف تولید الیاف و فیلامنت پلی استر حاصل می شود ، است .

همچنین بطری هایی که پس از مصرف دور ریخته می شود یکی از منابع تولید دوباره پلی استر است .

در یک کارخانه تولید الیاف مصنوعی بارندمان بهینه ، نیزان ضایعات حاصل از الیاف حدود 3% است و بنابراین ضایعات پلی استری حاصل از الیاف در سال 2000 در حدود 40000 تن می باشد.

میزان ضایعات بطریها هم 2/1 میلیون تن در سال است .

پس کل ضایعات 6/1 میلیون تن در سال است .

ویسکوزیته ذاتی الیاف ضایعاتی 65/0 – 55/0 و ضایعات بطری 8/0 – 7/0 است .

بنابراین این دو نوع ماده ضایعاتی ساختار متفاوتی دارند .

برای تولید الیاف پلی استر از ضایعات ، ضایعات بطری بیشتر مناسب است .

می توان پلی استر ضایعاتی را بازیابی شیمیایی کرد یعنی به مواد اولیه مناسب تبدیل کرد .

سه روش برای تجزیه شیمیایی پلی استر به اسید ترفتالیک وجود دارد : هیدرولیز فشاری با آب هیدرولیز اسیدی در حضور اسیدهای قوی غیر آلی صابونی کردن با قلیا [7] فصل دوم تولید چیپس پلی استر 2-1- مراحل تولید چیپس پلی استر و عوامل کمکی در این قسمت از مراحل تولید چیپس در کارخانه پلی استر یزد استفاده شده است .

مراحل تولید در سه راکتور صورت می پذیرد.

نمای شماتیک مراحل تولید بصورت زیر می باشد : شکل (2-1 ) مراحل تولید پلی ( اتیلن ترفتالات ) مرحله یک: در این مرحله یک دیگ تولید خمیر وجود دارد.(Paste Preparation) در این دیگ ، دومونومر ( اتیلن گلایکول – اسید ترفتالیک ) بهمراه کاتالیزور و کدر کننده در دمایی نزدیک به 40 توسط یک همزن مخلوط شده و با توجه به زمان مانده (5/4 دقیقه ) ایده آل ترین ماده قابل تغذیه به راکتور اول یعنی راکتور استریفیکاسیون انتقال می یابد .

لازم به ذکر است اسید ترفتالیک بصورت پودر و اتیلن گلایکول بصورت مایع تولید و مصرف می شوند .

همزن با تعداد دور معینی که می زند خمیر را به غلظت مناسب می رساند .

نسبت های تغذیه هم مشخص شده است .

این مرحله بدون فشار صورت می پذیرد .

خمیر تولید شده در این مرحله در لوله هایی به صورت استریفیکاسیون انتقال می یابد .

مرحله دو : در این راکتور که دو مرحله است الکل با اسید واکنش داده و استر و آب تشکیل می گردد .

شکل (2-2 ) مراحل تولید دی اتیلن گلایکول ترفتالات[5] محصول استریفیکاسیون دی اتیلن گلایکول ترفتالات است .

یک راکتور استریفیکاسیون شامل دو مرحله می باشد : مرحله اول با دمای کمتر و فشار بیشتر مرحله دوم با دمای بیشتر و فشار کمتر مرحله (2-3 ) مراحل استریفیکاسیون مونومر از استریفیکاسیون مرحله یک به استریفیکاسیون مرحله دو انتقال می یابد .

آب تولیدی و اتیلن گلایکول اضافی توسط واحد تقطیر (Process Column ) بخار و از راکتور خارج می گردد.

این واحد در صفحات بعدی توضیح داده می شود .

طبق استاندارد 90% استری شدن در مرحله اول و تا 96% استری شدن در مرحله دوم اتفاق می افتد .

در بعضی از کارخانجات هر کدام از این مراحل در یک راکتور مجزا صورت می گیرند استریفیکاسیون کامل 100% در این مرحله لازم نیست .

اولاً چون که در راکتور بعدی استریفیکاسیون کامل می گردد ثانیاً در صورت کامل شدن استریفیکاسیون در همان دو مرحله آب تولیدی زیاد خواهد شد .

ثالثاً صرف هزینه هدف نیست و نخواهد بود.

مرحله سوم : مونومر DGT از استریفیکاسیون به