فرآیند پلیمریزاسیون معلق برای تولید پلی تیترافلوروائتیلن (PTFE)

فرآیند پلیمریزاسیون معلق برای تولید پلی تیترافلوروائتیلن (PTFE)

I. فرآیند خاص پلیمریزاسیون معلق PTFE

1. مرور کلی فرآیند

پلیمریزاسیون معلق شامل پلیمریزاسیونتترفلورو اتیلن (TFE)در یکمحیط آببا استفاده ازشروع کننده رادیکال آزادشکل دادنذرات PTFEمحصول نهایی یکرزین دانه دار سفید (ذرات متوسط یا ظریف)، که نیاز به خشک کردن و فرآوری بعد برای کاربردهایی مانندقالب دهی فشرده سازی.

2. مراحل فرآیند

(1) آماده سازی مواد اولیه

• مونومر:
  • تترافلوئورو اتیلن (TFE، C)₂F₄)، خالصیت بالا (> 99.9٪) ، با مهار کننده ها (به عنوان مثال ترپین ها) حذف شده است.
• متوسط:
  • آب دیونیزه شده، پاک از ناخالصی ها (به عنوان مثال، یون های فلزی).
• ابتکار کننده:
  • پرسولفات ها(به عنوان مثال، پرسولفات آمونیوم، پرسولفات پتاسیم) یاپروکسید های آلی.
• مواد افزودنی (اختیاری):
  • تثبیت کننده های پراکندگی(به عنوان مثال، نمک های فلوراید مانند NH4PF6).
  • بافرها(به عنوان مثال، بیکاربونات سدیم برای حفظ pH 6 ≈ 8).

(2) آماده سازی راکتور

• ازراکتور فشار بالا فولاد ضد زنگبامخلوط کردن,کنترل دماوسیستم های نظارت بر فشار.
• راکتور رو بانیتروژنبهاکسیژن را حذف کنیدو خطر انفجار را به حداقل برساند.

(3) واکنش پلیمر سازی

• شارژ: آب غیر یونیزه شده، شروع کننده و مواد افزودنی را به راکتور اضافه کنید.
• مقدمه مونومر: معرفی کنیدگاز TFE به آرامیزیر1.5 ¥3.0 MPaفشار
• شرایط واکنش:
  • درجه حرارت: 50°C تا 90°C (معمولاً۷۰/۸۰ درجه سانتیگراد)
  • سرعت مخلوط کردن: 200~500 دور در دقیقه
  • مدت زمان: 4~12 ساعت (بسته به هدف)وزن مولکولی)

(4) پایان واکنش

• بسهخوراک مونومریزمانی که پلیمریزاسیون به اتمام رسید (به این ترتیب قضاوت می شود:کاهش فشار)
• هواخوارگاز بیش از حدو رآکتور رو خنک کنه

(5) پس از پردازش

• جدایی: فیلتر یا سانتریفیوژ برای جدا کردن ذرات PTFE.
• شستن: باآب دیونیزه شدهبرای حذف شروع کننده های باقیمانده.
• خشک کردن: خشک در100-150 درجه سانتیگراد(از دمای بالا اجتناب کنید)>260°Cبرای جلوگیری از تجزیه).
• آسیاب کردن: پردازش بهذرات متوسط (20 ∼ 300 μm) یا ظریف.

3. مرجع پارامتر فرآیند

۲. مواد شیمیایی کلیدی

1تترفلورو اتیلن (TFE، C)₂F₄)

• نقش: مونومر تنها برای سنتز PTFE.
• خواص:
  • گاز بی رنگ، نقطه جوش-76.3 درجه سانتیگراد.
  • خیلی زیادواکنش پذیر و قابل اشتعال.
• الزامات:
  • خلوص>99.9%، دربطری های حاوی مهار کنندهبرای جلوگیری از پلیمر شدن

2. شروع کننده ها

• انواع رایج:
  • آمونیوم پرسولفات (APS): محلول در آب، رادیکال ها را از طریق تجزیه حرارتی تولید می کند.
  • پرسولفات پتاسیم: برایبا دمای بالاواکنش ها
  • پروکسید های آلی(به عنوان مثال، پروکسید بنزوئل).
• دوز: 0.01 0.1% ازجرم مونومر.

3. آب متوسط

• الزامات:آب دیونیزه شدهبا رسانایی<1 μS/cmتا از آلوده شدن دوری کنیم.

4افزودنی ها (اختیاری)

• ثبات دهنده های پراکندگی:
  • نمک فلوراید(به عنوان مثال، NH4PF6) براییکنواخت ذرات.
• بافرها:
  • بیکاربونات سدیمنگه داشتنpH 6 ≈ 8.

III. احتیاط ها

1اقدامات ایمنی

• خطر انفجار TFE:
  • پاکسازیاکسیژنبا نیتروژن
  • ازش دوری کنجرقه ها یا دمای بالا (>25°C).
• انتشار گازهای سمی:
  • تجزیه بیش از 260 درجه سانتیگرادممکن است آزاد شودپرفلوئوریزوبوتلین (PFIB)، aگاز بسیار سمی.
  • کار درمناطق تهویه شدهباتصفیه گازهای خروجی.
• تجهیزات محافظتی شخصی (PPE):
  • لباس های حفاظتی، ماسک ها و دستکش هابرای اپراتورها لازم است.

2کنترل فرآیند

• کنترل دما:
  • <50°Cواکنش آهسته
  • >90°C: وزن مولکولی کاهش یافته
• کنترل فشار:
  • >3.5 MPa: تجهیزاتخطر.
  • < 1.5 MPa: عللپراکندگی نامناسب.
• سرعت مخلوط کردن:
  • مخلوط کردن ناکافی: منجر بهتجمع ذرات.
  • تکان دادن بیش از حد: ورود هوا ممکن استمهار پلیمر شدن.

3کنترل کیفیت محصول

• اندازه ذرات: تنظیم کنیدسرعت مخلوط کردنوغلظت شروع کننده.
• حذف شروع کننده باقیمانده: اطمینان کاملشستن.
• مقدار رطوبت: اطمینان حاصل کنیدخشک کردن کاملبرای جلوگیری ازنقص های قالب.

4مدیریت زباله

• فاضلاب: قبل از تخليه خنثي سازيد
• گاز خروجی: بهبود بدون واکنشTFEاز طریقفشرده سازییاسوزاندن.

IV. اصل واکنش شیمیایی

1. آغاز

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

(پرسولفات به رادیکال های سولفات تجزیه می شود)

2گسترش زنجیره ای

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

(رادیکال ها بامونومرهای TFE، شکل دادن به یک زنجیره پلیمری در حال رشد)

3. خاتمه دادن به زنجیره

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

(سلسله های پلیمر ترکیب می شوند و شکل می دهندPTFE با وزن مولکولی بالا)

4محصول نهایی

• PTFE با وزن مولکولی بالا(10⁶️107 گرم/مول)