聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）的合成
一、实验目的和要求
1.掌握PET合成工艺流程；
2.了解PET加工设备的基本结构及各部分的作用，掌握设备基本操作。

二、实验原理
PET属于聚酯，是单体间通过酯基相互连接的一类聚合物。

常见的酯化反应类型包括：○1醇和羧酸的直接酯化；○2醇-酯的酯交换反应；○3羧酸-酯的酯交换反应；○4酯和酯的酯交换反应；○5酰氯和醇的酯化反应；○6酸酐和醇的酯化反应。

反应方程式如下：
上述反应中，除酰氯与醇的反应外，大多属于平衡反应，其平衡常数与单体的性质有关，通常较低，要获得高分子量的聚酯，必须使
反应副产物（水、醇、酸）等从聚合体系中排出，使反应平衡向有利于聚合反应的方向进行。

如果使用酰氯，由于酯化反应平衡常数大，通常可以看作是不平衡反应。

因此聚酯化反应可分为两大类：适于醇-羧酸、醇-酯、羧酸-酯等聚合体系的高温熔融聚合和适于酰氯等高活性单体的低温溶液聚合。

三、实验原材料和仪器设备
1.原材料
对苯二甲酸（PTA），乙二醇（EG），催化剂、热稳定剂。

2.仪器设备
5L反应釜 1台
温控系统 1台
蒸馏系统 1套
分馏系统 1套
缓冲罐 1个
真空泵 1台
手套 1付
切粒机 1台
冷却水槽 1个PET加工设备主体结构如下：
（1）反应釜。

由搅拌电动机、减速机构和轴承等组成。

具有保证合成过程中搅拌、制品质量的稳定性以及保证能够变速作用。

（2）分馏系统。

在酯化阶段将反应生成的水与乙二醇分离，保
证酯化反应的转化率。

（3）蒸馏系统。

在聚合阶段减压，将体系中多余的乙二醇和反应生成的水从体系中分离出来，保证聚合反应的转化率。

（4）缓冲罐。

体系中分离出来的乙二醇和水的前期储存装置，保证反应在密闭体系中进行。

反应装置如下图所示。

图1 PET合成装置
四、实验步骤
PET的合成主要有两种方法，一是对苯二甲酸二甲酯(DMT)与乙二醇的酯交换法，简称DMT法，二是对苯二甲酸(PTA)与乙二醇(EG)的直接酯化，简称PTA法。

酯交换法和直接酯化法的合成流程见图2。

1．将计量过的对苯二甲酸、乙二醇、稳定剂、抗氧剂、改性剂等各种助剂加入到反应釜中，氮气置换两次，加压至0.3MPa，控制反应釜内温230~262℃，达到理论出水量视为酯化结束，压力降至常压。

2. 减压进行缩聚反应，控制缩聚内温284~286℃，真空度小于
80Pa，根据反应釜搅拌电机转速下降至对应于所需粘度的规定值后氮压出料，经冷却、造粒即制得聚酯切片。

五、思考题
（1）直接酯化法生产聚酯（PET）主要分哪两个阶段？写出每个阶段的工艺参数和流程。

（2）直接酯化法和酯交换法相比有哪些优势？
思考题参考答案：
1.直接酯化法生产PET主要分为两个酯化和聚合两个阶段，（1）将计量过的对苯二甲酸、乙二醇、稳定剂、抗氧剂、改性剂等各种助剂加入到反应釜中，氮气置换两次，加压至0.3MPa，控制反应釜内温230~262℃，达到理论出水量视为酯化结束，压力降至常压。

（2）减压进行缩聚反应，控制缩聚内温284~286℃，真空度小于80Pa，根据反应釜搅拌电机转速下降至对应于所需粘度的规定值后氮压出料，经冷却、造粒即制得聚酯切片。

2.直接酯化法与酯交换法相比，优势有三：○1所需的原材料费用低，同样生产1公斤PET，酯交换法需要DMT的理论值为1.01公斤，而直接酯化法所需要PTA的理论值仅为0.865公斤，直接酯化法对原料的理论需求量少14%。

○2从工艺上看，由于直接酯化过程并不产生甲醇，所以可省去甲醇的回收设备，也可以用于生产高粘度聚酯。

○3直接酯化反应可以不用催化剂，制备的PET热稳定性好。

总之，直接酯化法流程缩短，投资降低，反应设备效率增加，生产较安全，这些优点使直接酯化法比酯交换法更先进。