Metodo di polimerizzazione a dispersione per la produzione di politetrafluoroetilene (PTFE)
2025-03-11
Metodo di polimerizzazione a dispersione per la produzione di politetrafluoroetilene (PTFE)
I. Visualizzazione
Il metodo di polimerizzazione a dispersione è un'alternativa alla polimerizzazione a sospensione per la produzione di PTFE.Utilizza il tetrafluoroetilene (TFE) come monomero in un mezzo acquoso con un tensioattivo (agente dispersivo) per creare una dispersione colloidale stabile di particelle fini di PTFEIl prodotto risultante è un'emulsione lattica o lattice, che in genere contiene particelle più piccole di quelle della polimerizzazione in sospensione (0,05-0,5 μm),che può essere coagulato e essiccato in polvere fine o utilizzato direttamente come dispersione per rivestimenti e altre applicazioni.
II. Processo specifico
1. Passi di processo
(1) Preparazione della materia prima
Monomero: Tetrafluoroetilene (TFE, C2F4), alta purezza (> 99,9%), privo di inibitori della polimerizzazione.
MedioAcqua deionizzata, alta purezza per evitare interferenze ioniche.
Iniziatore: persulfati idrosolubili (ad esempio, persulfato di ammonio, APS) o sistemi redox (ad esempio, persulfato con agenti riducenti come il bisolfito di sodio).
Agente tensioattivo: tensioattivi fluorurati (ad esempio acido perfluoroottanoico, PFOA o il suo sale ammonio), in genere dello 0,05-0,5% in peso, per stabilizzare l'emulsione.
Additivi: tamponi (ad esempio idrossido di ammonio) o agenti di trasferimento della catena (facoltativo, per il controllo del peso molecolare).
(2) Preparazione del reattore
Reattore: autoclave in acciaio inossidabile, dotata di agitazione ad alta velocità, controllo della temperatura e regolazione della pressione (fino a 3,5 MPa).
Purificazione: riempire di azoto per rimuovere l'ossigeno, che inibisce la polimerizzazione.
(3) Reazione di polimerizzazione
Caricamento: Aggiungere acqua deionizzata, tensioattivo e iniziatore al reattore, quindi mescolare per formare una miscela omogenea.
Mangimi monomericiIntrodurre il gas TFE sotto pressione controllata (1,0-3,5 MPa) mantenendo una vigorosa agitazione (500-1000 giri/min).
Condizioni di reazione:
Temperatura: 50-100°C (in genere 70-85°C), a seconda del tasso di decomposizione dell'iniziatore.
Pressione: 1,0-3,5 MPa per garantire che il TFE rimanga disperso nella fase acquosa.
Durata: 2-8 ore, fino al raggiungimento del tenore di solidi desiderato (20-40% in peso di PTFE).
Processo di reazione: Il TFE polimerizza in piccole particelle di PTFE stabilizzate da micelle di tensioattivo, formando un lattice stabile.
(4) Terminazione della reazione
Interrompere l'alimentazione TFE quando si raggiunge il contenuto di solidi di destinazione (controllato tramite diminuzione di pressione o velocità di reazione).
(5) Post-elaborazione
Uso diretto: La dispersione di PTFE (lattice) può essere utilizzata come è per rivestimenti, impregnazione o fusione di pellicole.
Coagulazione: aggiungere elettroliti (ad esempio carbonato di ammonio) o applicare un taglio meccanico per destabilizzare l'emulsione, causando l'aggregazione di particelle di PTFE.
Lavaggio: Sciacquare il PTFE coagulato con acqua deionizzata per rimuovere i residui di tensioattivo e di iniziatore.
Asciugatura: Asciugare a 100-150°C per ottenere polvere fine di PTFE (dimensioni delle particelle 0,1-0,5 μm).
Fresatura facoltativa: Se necessario, macinare la polvere secca per ottenere l'uniformità.
2. Riferimento del parametro di processo
Parametro
Distanza
Pressione di reazione
10,0-3,5 MPa
Temperatura di reazione
50-100°C
Velocità di agitazione
500-1000 giri/min
Contenuto di solidi
20-40% (t)
Temperatura di asciugatura
100-150°C
III. Prodotti chimici chiave
1.tetrafluoroetilene (TFE, C2F4)
Ruolo: Monomero per la sintesi di PTFE.
Proprietà: gas incolore e infiammabile con un punto di ebollizione di -76,3°C, altamente reattivo.
Requisiti: Purezza > 99,9%, conservato sotto pressione con gli inibitori rimossi prima dell' uso.
2- Iniziatore.
Opzioni: Persolfato di ammonio (APS), persolfato di potassio (KPS) o coppie redox (ad esempio, APS + bisulfito di sodio).
Dosaggio: 0,01-0,1% di massa del monomero, corretta per dimensioni e peso molecolare.
3.Surfactant
Scelta comune: acido perfluoroottanoico (PFOA) o suoi sali (usati storicamente; i processi moderni possono utilizzare alternative ecologiche come i tensioattivi a base di perfluoroetere).
Ruolo: Stabilizza le particelle di PTFE in acqua, impedendo l'agglomeramento.
Concentrazione: 0,05-0,5% in peso della dispersione.
4.Acqua Medium
Requisiti: Deionizzato, con conduttività < 1 μS/cm, per evitare la contaminazione.
Ruolo: Solvente e mezzo di trasferimento del calore.
IV. Caratteristiche del prodotto
Dimensione delle particelle: 0,05-0,5 μm (molto più piccolo della sospensione PTFE).
Modulo: lattice stabile (20-40% solidi) o polvere fine dopo coagulazione.
Applicazioni: Rivestimenti, pellicole, fibre o additivi in materiali compositi (non adatti al stampaggio per compressione senza ulteriore lavorazione).
V. Precauzioni
1. Sicurezza
Pericoli TFE: esplosivo in presenza di ossigeno; depurare il reattore con azoto ed evitare scintille o alte temperature (> 25°C) durante lo stoccaggio.
Sottoprodotti tossici: La decomposizione a una temperatura superiore a 260°C può provocare il rilascio di gas tossici (per esempio TFE, perfluoroisobutilene); assicurare una corretta ventilazione e il trattamento dei gas di scarico.
Attrezzature di protezione: Gli operatori devono indossare guanti, maschere e indumenti protettivi.
2Controllo dei processi
Temperatura: Il calore eccessivo (> 100°C) riduce il peso molecolare; troppo basso (< 50°C) rallenta la reazione.
Agitazione: Un'agitazione insufficiente provoca l'agglomeramento di particelle; un taglio eccessivo può destabilizzare l'emulsione.
Livelli di tensioattivi: Troppo poco provoca coagulazione durante la reazione; troppo aumenta i costi e i residui.
3. Qualità del prodotto
Uniformità delle particelle: controllato dalla concentrazione del tensioattivo e dalla velocità di agitazione; le particelle irregolari influenzano le prestazioni del rivestimento.
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