Poliesterler Üretimi (polyesters production)

Poliesterler ana zincirlerde ester fonksiyonel grupları içeren polimerleridir. En önemli ticari poliester polietilen tereftalattır (PET); etilen glikol ile tereftalik asitin (TPA) (veya dimetil tereftalatın (DMT) kondensasyon polimerizasyonuyla elde edilir: Poliester üretimi prosesinde esterleştirme reaksiyonuyla önce bis-(2-hidroksietil)-tereftalat (BHET) monomeri elde edilir; yan ürünler DMT prosesinde metanol, TPA prosesinde sudur. Elde edilen monomer BHET polimerleştirilerek PET reçinesi üretilir.

Tereftalik Asitten PET Prosesi: Hammaddeler tereftalik asit (toz halinde), etilen glikol ve katalizör bir tankta karıştırılarak pasta haline getirilir; esterleştirme reaktörüne beslenene pastanın reaktöre akış hızı, bir kısmı karıştırma tankına resaykıl edilerek kontrol altında tutulur. Esterleştirmede basınçlı iki (veya daha fazla) reaktör kullanılır; birincil esterleştirme reaktörü 30-50 psig basınç ve 230-260 ⁰C’da çalıştırılır. İkinci reaktör koşulları 250-270 ⁰C ve atmosferik basınçtır. Reaktörlerden çıkan su buharı ve etilen glikol geri kazanma ve saflaştırma ünitesine gönderilerek işlemlenir, gereksiz ürünler atık sistemine verilir.

İkinci esterleşme reaktöründen alınan ürün akımı (BHET monomer) iki (veya daha fazla) polimerizasyon reaktöründen oluşan sistemin önce ön-polimerleştirme reaktörüne, buradan da ikinci polimerizasyon reaktörüne verilir.

Reaktör koşulları üretilmek istenen PET’in özelliklerine göre saptanır; düşük viskoziteli ürünler için 20-40 mm Hg ve 270-290 ⁰C; veya yüksek viskoziteli ürünler için 10-20 mm Hg ve 280-300 ⁰C uygulanır.

TPA prosesinde (Şekil-1) TPA ve etilen glikol katalizörle beraber bir tankta karıştırılarak pasta haline getirilir ve esterleştirme reaktörüne verilir. Reaktörde monomer (di-ester bishidroksietiltereftalat) ve bazı yan ürünler (dimerler ve trimerler) meydana gelir. Proses 200-204 ⁰C sıcaklık ve 30-150 psi basınç altında yapılır. ‘Ön polimer’ denilen sıvı ürün süzüldükten sonra karıştırıcılı polimerizasyon reaktörüne gönderilir ve örneğin aluminyum trioksit gibi bir katalizörle polimerleştirilir. 

Genellikle ‘düşük’ ve ‘yüksek’ polimerizasyonlar için seri konumda yerleştirilmiş iki polimerizasyon reaktörü kullanılır; sıcaklık 260-300 0C, basınç 0.015 psi dolayındadır. Yüksek veya düşük yoğunluklu polimer üretimine bağlı olarak sıcaklıklar ve basınçlar değiştirilir. Reaksiyon sırasında üretilen etilen glikol sürekli olarak distillenerek geri kazanılır. Polimerizasyon reaksiyonu gerekli molekül ağırlığına ulaşılıncaya kadar, yaklaşık 4-6 saatte tamamlanır. Reaktörden çıkan ürün berrak, açık sarı renkli ergimiş sıvı halindedir (polimerin ergime sıcaklığı ~270 ⁰C); tamamlama ünitelerinde işlenerek iplik veya istenilen şekillere getirilir.

Şekil-1: TPA ile poliester üretimi akım şeması

TPA yerine DMT ile yapılan poliester üretiminde de benzer prosesler kullanılır; farklılık esterleştirme reaktöründen su yerine metanol çıkmasıdır.

Dimetil Tereftalattan PET Prosesi: Üretim prosesi Şekil-1‘de verilen tereftalik asitten PET üretimine benzer, ancak hammaddeler, reaksiyon koşulları ve geri kazanılan akımlarda farklılıklar vardır. DMT prosesinin temel reaksiyonları:

Etilen glikol, katalizör ve katkı maddeleri bir karıştırma tankına verilir; bu karışım ve DMT beraber esterleştirme reaktörüne beslenir. Esterleştirme 170-230°C sıcaklık ve atmosferik basınç altında yapılır; reaksiyonlarda BHET monomeri ve yan ürün metanol meydana gelir. Reaktörün tepesinden alınan metanol geri kazanma sistemine verilir, distillenir ve tekrar sisteme döndürülür; tepe akımı temizlendikten sonra atılır. 

Esterleşme reaktöründen alınan akım (BHET ve diğer maddeler) ön polimerizasyon reaktörüne beslenir; sıcaklık 230 to 285°C, basınç 100 to 200 mm Hg aralığında kontrol edilerek kalıntı metanol ve etilen glikol buharlaşır, PET polimerizasyon reaksiyonları başlar.

Ön polimerizasyon reaktöründen alınan kısmen polimerleşmiş akım bir (veya daha fazla sayıdaki) polimerizasyon reaktörüne verilir; reaktör sıcaklığı 260-300°C’ye, basınç 4 to 5 mm Hg basıncına kadar düşürülür; son sıcaklık ve basınç ürünün düşük veya yüksek viskoziteli olmasını etkilediğinden yüksek viskoziteli ürün üretilmek istendiğinde basınç <2mm’ye kadar düşürülebilir. Reaksiyona girmemiş etilen glikol geri kazanma sisteminde işlemlenip saflaştırıldıktan sonra sisteme resaykıl edilir veya depolanır. Polimerizasyon reaksiyonundan alınan ürün ergimiş haldedir; doğrudan iplikleme veya pelletleme ünitelerine gönderilerek bitirme işlemleri yapılır.

Poliesterler kuvvetlidir ve aşınmaya dayanıklıdır, filmler ve poliester fiberler üretiminde çok kullanılan bir polimerdir. İnjeksiyon kalıplamayla araç camları, silecekler, açılı-kapanır üst pencere, dililer, kasnaklar ve yemek tepsileri gibi çeşitli ürünler yapılır. Tekstil sanayiinde kullanılan PET polimerlerinden Dakron, Fortel ve Kodel gibi marka ürünler üretilmektedir. Şeffaf PET filmler (Mylar adıyla pazarlanır) odyo ve video teypler yapımında kullanılmaktadır.

PET reçineler düşük-viskoziteli (intrinsik viskozitesi <0.75) veya yüksek-viskoziteli (intrinsik viskozitesi>0.9) reçineler olarak sınıflandırılırlar. İntrinsik viskozite polimerizasyon koşulları tarafından belirlenir; bunlar, basınç, sıcaklık, alıkonma zamanı ve karıştırma şekli ve hızıdır. Düşük viskoziteli PET tekstil, şişe ve fotoğraf filmleri gibi daha yumuşak ve esnek uygulamalarda kullanılır. Yüksek viskoziteli reçineler sicim, emniyet kemeri gibi daha dayanıklı malzemeler yapımına uygundur.

Poliester fiberler bakterilere, böceklere, pek çok organik solventlere, zayıf asitlere ve bazlara karşı dirençlidir. Yüksek sıcaklıklarda kuvvetli alkali ve asidik ortamlarda parçalanırlar. Poliester dokular ‘nefes alma’ özellikleri olmadığından soğukta veya sıcakta uygun giyecekler değildir; ancak doğal fiberlerle uyumlu dokular olduklarından genellikle pamukla karıştırılarak nem absorblama özelliği kazandırılır. Üretilen poliesterin yarısından fazlası giyecek yapımında ve kalan kısım plastik şişeler, ip, kayışlar, yastık ve uyku tulumları, v.s. de kullanılır.

GERİ