Verfahren zur Polymerisation von Suspensionen zur Herstellung von Polytetrafluorethylen (PTFE)

Verfahren zur Polymerisation von Suspensionen zur Herstellung von Polytetrafluorethylen (PTFE)

I. Spezifisches Verfahren zur Polymerisation von PTFE in Suspension

1. Prozessübersicht

Bei der Polymerisation der Suspension wirdTetrafluorethylen (TFE)in einemWassermediummit einemfreier Radikal-Initiatorzu bildenPTFE-Partikel. Das Endprodukt ist einweiße granulare Harze (mittlere oder feine Partikel), die für Anwendungen wieDruckguss.

2. Prozessschritte

(1) Vorbereitung der Rohstoffe

• Monomer:
  • Tetrafluorethylen (TFE, C)₂F₄), hoher Reinheit (> 99,9%), wobei Inhibitoren (z. B. Terpene) entfernt wurden.
• Mittelfristig:
  • Deionisiertes Wasser, frei von Verunreinigungen (z. B. Metallionen).
• Initiator:
  • Persulfate(z. B. Ammoniumpersulfat, Kaliumpersulfat) oderorganische Peroxide.
• Zusatzstoffe (optional):
  • Stabilisatoren für die Dispersion(z. B. Fluoridsalze wie NH4PF6).
  • Puffer(z. B. Natriumbicarbonat zur Aufrechterhaltung des pH-Wertes 6 ̊8).

(2) Vorbereitung des Reaktors

• Verwenden SieHochdruckreaktor aus rostfreiem StahlmitRühren,Temperaturregelung, undDrucküberwachungssysteme.
• Reinigen Sie den ReaktorStickstoffzuSauerstoff entfernenund das Explosionsrisiko minimieren.

(3) Polymerisationsreaktion

• Aufladen: Hinzufügen von deionisiertem Wasser, Initiator und Zusatzstoffen in den Reaktor.
• Einführung der MonomereEinführung:TFE-Gas langsamunter1.5·3.0 MPaDruck.
• Reaktionsbedingungen:
  • Temperatur: 50°C bis 90°C (normalerweise70°C bis 80°C)
  • Rührgeschwindigkeit: 200 ‰ 500 U/min.
  • Dauer: 4~12 Stunden (abhängig vom Ziel)Molekülgewicht)

(4) Endung der Reaktion

• Hören Sie auf.Monomerfuttermittelwenn die Polymerisation abgeschlossen ist (gemessen anDruckabfall)
• Auslüftungüberschüssiges Gasund den Reaktor abkühlen.

(5) Nachbearbeitung

• Trennung: Filter oder Zentrifuge zur Isolierung von PTFE-Partikeln.
• Waschen: Spülen SieDeionisiertes WasserZur Entfernung von Restinitiatoren.
• Trocknen: Trocken bei100°C bis 150°C(Vermeiden Sie Temperaturen> 260°Czur Verhinderung der Zersetzung).
• Schleifen/Sieben: Verarbeitung inmittelgroße Partikel (20~300 μm) oder feine Partikel.

3. Referenz für Prozessparameter

II. Schlüsselchemikalien

1. Tetrafluorethylen (TFE, C)₂F₄)

• Funktion: Einziges Monomer für die PTFE-Synthese.
• Eigenschaften:
  • Farbloses Gas, Siedepunkt-76,3 °C.
  • Sehr hochReaktionsfähig und brennbar.
• Anforderungen:
  • Reinheit> 99,9%, inZylinder mit einem Hemmstoffzur Verhinderung der Polymerisation.

2. Initiatoren

• Häufige Typen:
  • Ammoniumpersulfat (APS): Wasserlöslich, erzeugt Radikale durch thermische Zersetzung.
  • Kaliumpersulfat: Stabil fürHochtemperaturReaktionen.
  • Organische Peroxide(z. B. Benzoylperoxid).
• Dosierung: 0,01­0,1% derMonomermasse.

3. Wassermedium

• Anforderungen:Deionisiertes Wassermit Leitfähigkeit< 1 μS/cmUm eine Kontamination zu vermeiden.

4. Zusatzstoffe (optional)

• Dispersionsstabilisatoren:
  • Fluoridsalze(z. B. NH4PF6) fürPartikelgleichheit.
• Puffer:
  • Natriumbicarbonatzur AufrechterhaltungpH-Wert 6 ∼ 8.

III. Vorsichtsmaßnahmen

1. Sicherheitsmaßnahmen

• TFE-Explosionsgefahr:
  • AusräumungSauerstoffmit Stickstoff.
  • VermeidenFunken oder hohe Temperaturen (> 25°C).
• Freisetzung giftiger Gase:
  • Zersetzung über 260°Ckann freigesetzt werdenPerfluorisobutylengehalt (PFIB), ahochgiftiges Gas.
  • Operationen inLüftungsbereichemitAbgasbehandlung.
• Persönliche Schutzausrüstung:
  • Schutzkleidung, Masken und Handschuhefür Betreiber erforderlich.

2. Prozesssteuerung

• Temperaturkontrolle:
  • < 50°CLangsam reagieren.
  • > 90 °C: Reduziertes Molekülgewicht.
• Druckkontrolle:
  • > 3,5 MPa: AusrüstungRisiko.
  • < 1,5 MPa: UrsachenUngleichmäßige Dispersion.
• Rührgeschwindigkeit:
  • Unzureichendes Rühren: führt zuPartikel-Agglomeration.
  • Übermäßiges Rühren: Eintritt von Luft kanndie Polymerisation hemmen.

3. Produktqualitätskontrolle

• PartikelgrößeAnpassungRührgeschwindigkeitundInitiatorkonzentration.
• Entfernung des Restinitiators: Gründliche SicherstellungWaschen.
• FeuchtigkeitsgehaltSicherstellen:vollständige Trocknungzur VerhinderungVerformungsfehler.

4. Abfallwirtschaft

• Abwasser: Neutralisieren vor der Entladung.
• Abgase: Wiederherstellen ohne ReaktionTFEüberKondensationoderVerbrennung.

IV. Chemische Reaktionsprinzip

1. Einweihung

(NH4) 2S2O8→2SO4−⋅+2NH4+(NH4) 2S2O8 → 2SO4−cdot + 2NH4+

(Persulfat zerfällt in Sulfatradikale)

2. Kettenverbreitung

R⋅+nCF2=CF2→R−(CF2−CF2)n⋅Rcdot + nCF2=CF2 → R-(CF2-CF2)ncdot

(Radikale reagieren mitTFE-Monomere, bildet eine wachsende Polymerkette)

3. Kettenabschluss

R−(CF2−CF2)n⋅+R−(CF2−CF2)m⋅→R−(CF2−CF2)n+m−RR-(CF2-CF2)ncdot + R-(CF2-CF2)mcdot → R-(CF2-CF2)n+m-R

(Polymerketten kombinieren sich und bildenPTFE mit hohem Molekülgewicht)

4. Endprodukt

• PTFE mit hohem Molekülgewicht(10⁶- Ich weiß.107 g/mol)