聚甲醛生产工艺
摘要:本文简要介绍了聚甲醛的性能、应用领域、生产工艺方法以及国内聚甲醛的发展状况。
关键词:聚甲醛;应用;生产工艺
聚甲醛(POM),又名聚缩醛,学名聚氧化亚甲基树脂。POM使用易得的甲醇为原料,采用甲缩醛法合成工艺,具有产品质量好、工艺简单、消耗低等特点。
聚甲醛树脂(POM)是一种综合性能优良、原料来源丰富,成型加工方便,可代替有色金属用作结构和耐磨材料的工程塑料。自从实现工业化生产来,世界聚甲醛消费量逐年递增,加工技术也在不断发展。
1 聚甲醛的性能及用途
1.1 特性
聚甲醛是分子主链中含有—CH2O—链节的热塑性树脂,是一种高密度、高结晶性的无支链线性聚合物,具有良好的物理机械性能、耐化学品性,使用温度范围较广,可在-40~100℃长期使用。聚甲醛的分子链结构规整性高,分子链由碳氢键组成,聚甲醛的碳氢键比碳碳键短,具有优异的刚性和机械强度。是工程塑料中机械性能最接近金属材料的品种之一,具有密度高,结晶度较高、刚性大、自润滑性能好、耐疲劳、耐摩擦、耐有机溶剂、成型加工简单等突出优点。聚甲醛还具有吸水性小,尺寸稳定,有光泽,由于尼龙在该方面的性质;具有抗拉强度,弯曲强度,耐疲劳性强度均高,即使在低温下,聚甲醛仍有很好的抗蠕变特性、几何稳定性和抗冲击特性,可在低温环境内长期使用。它的耐磨性和自润滑性也比绝大多数工程塑料优越,又有良好的耐油、耐过氧化物性能。
1.2应用
聚甲醛由于其优越的综合性能,广泛应用于工业机械、汽车、电子电器、日用品、管道及配件、精密仪器和建材等领域。其消费结构大约是电子电器行业占45%,汽车制造业为31%,机械工业为10%,其他行业为14%。在电子电器领域,常用于制造电扳手外壳、录像带CD盒、打印机、传真机、电风扇的零件、加热板、洗衣机滑轮等;在汽车领域,常用来制造把手、摇把、曲轴、门窗玻璃升降器、仪表板等零部件;在机械领域,常用于制造各种滑动、转动机械零件,如齿轮、杠杆、滑轮、轴承、链条等;医疗器械
方面,可用于制造心脏起搏器、人工心脏瓣膜、顶椎、假肢等;日用品方面,可用于制造打火机、拉链、扣环、滑雪板、冲浪板、雪橇等;管道及农用喷淋系统领域,可用于制造阀门、喷头、水龙头、水泵壳、接头等;建筑方面,常用于制造窗框、洗簌盆、水箱、水表壳体等。
2 生产工艺
工业上生产聚甲醛有气态甲醛法和三聚甲醛法两种方法,国内目前一般采用三聚甲醛方法为主。三聚甲醛法于20世纪50年代由美国杜邦公司研制开发,以三聚甲醛为主或加入少量共聚单体如二氧三环聚合而成,即目前有均聚和共聚两种制法,所得的产品也分别称为均聚甲醛和共聚甲醛。
2.1 均聚甲醛
均聚甲醛是杜邦公司1959年发明,由甲醛溶液与异辛醇反应,经过脱水、热裂解得到精制甲醛,然后在催化剂作用下进行液相聚合,聚合后用醋酐酯化封端。均聚甲醛的结晶度高,分子量分布较窄。其产品相对密度约为1.4,熔点为170-185℃,特点是有优异的刚性,拉伸强度高,单位质量的拉伸强度高于锌和黄铜,接近钢材,而且耐磨性能好、耐疲劳强度和蠕变性均好,摩擦系数小,但是热稳定性差、不耐酸碱。目前均聚甲醛约占聚甲醛总产量的20%。
2.2 共聚甲醛
共聚甲醛生产工艺以赫斯特·塞拉尼斯公司的技术为代表,其它拥有该工艺技术的公司还有巴斯夫公司、三菱瓦斯化学公司等。宇部兴产公司于1984年开发了在聚合过程中不用溶剂的气相法共聚甲醛工艺,具有独特的技术特点。
赫斯特·塞拉尼斯公司的工艺过程大致如下:将50%的甲醛溶液浓缩至65%,在硫酸存在下合成三聚甲醛溶液,经溶剂萃取和精制(赫斯特·塞拉尼斯公司的溶剂为苯,巴斯夫公司和三菱瓦斯所用溶剂为二氯乙烷)得到聚合级三聚甲醛;然后以聚合级三聚甲醛为聚合单体,以环氧乙烷(或二氧五环)为共聚单体(巴斯夫公司用三氧七环),用双螺杆反应器进行本体连续共聚合,共聚合按其工艺控制可分为高温带压聚合与分段深度聚合,所得共聚物经粉碎,在经连续稳定化和间歇稳定化过程,除掉其中的热不稳定成分,干燥后混合添加剂进行处理造粒,均化后制出颗粒状共聚甲醛产品。
宇部兴产公司的气相法共聚甲醛技术主要由甲醛合成、单体制备、共聚合、稳定化、溶剂回收、成品等几个部分组成。与赫斯特·塞拉尼斯公司的聚合工艺相比,在共聚合以后,两家技术基本相同。所不同的是在共聚合及共聚合以前。宇部兴产公司的工艺路
线大致为:原料甲醇采用空气氧化法值得50%的甲醛,50%甲醛和低相对分子质量聚乙二醇反应,经脱水、热分解,最后经精制的共聚合所
要求
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的精制甲醛气。精制甲醛气与共聚单体三氧八环气态混合后进入双螺杆反应器进行共聚反应,从聚合反应器排出的高温循环聚甲醛粉体经冷却返回聚合反应器进行循环,以控制聚合反应温度,然后用螺旋输送机将聚甲醛粉料定量地送往稳定化装置进行稳定化处理,再经干燥后送成品装置,经后处理得聚甲醛产品。该技术对材质要求不高,设备数相对少,属节能型工艺,且流程简单,容易操作,腐蚀性小,维修方便,原料和产品单耗与赫斯特·塞拉尼斯工艺差别不大。
3 国内的生产现状
我国于1962年开始研制聚甲醛,中科院北京化学所、成都工学院、吉林化工研究院等单位较早从事均聚甲醛的研究。但经数十年的发展,技术水平没有重大突破,与外国公司差距较大。国内市场需求主要依赖进口,消费需求仍以较高的速度增长。
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