กระบวนการระงับโพลีเมอไรเซชันสำหรับการผลิต polytetrafluoroethylene (PTFE)
I. กระบวนการเฉพาะสำหรับการระงับพอลิเมอไรเซชันของ PTFE
1. ภาพรวมกระบวนการ
การระงับพอลิเมอไรเซชันเกี่ยวข้องกับการเกิดพอลิเมอร์Tetrafluoroethylene (TFE)ในสื่อน้ำใช้ไฟล์ผู้ริเริ่มอนุมูลอิสระเป็นรูปแบบอนุภาค PTFE- ผลิตภัณฑ์สุดท้ายคือเรซินเม็ดสีขาว (อนุภาคขนาดกลางหรือขนาดเล็ก)ต้องการการอบแห้งและการโพสต์สำหรับแอปพลิเคชันเช่นการบีบอัด-
2. ขั้นตอนกระบวนการ
(1) การเตรียมวัตถุดิบ
- โมโนเมอร์-
- Tetrafluoroethylene (TFE, C₂f₄-, ความบริสุทธิ์สูง (> 99.9%), ที่มีสารยับยั้ง (เช่น terpenes) ลบออก
- ปานกลาง-
- น้ำปราศจากไอออนปราศจากสิ่งสกปรก (เช่นไอออนโลหะ)
- ผู้ริเริ่ม-
- ซัลเฟต(เช่นแอมโมเนียม persulfate, โพแทสเซียม persulfate) หรือเปอร์ออกไซด์อินทรีย์-
- สารเติมแต่ง (ไม่บังคับ)-
- ความคงตัวของการกระจายตัว(เช่นเกลือฟลูออไรด์เช่นNH₄PF₆)
- บัฟเฟอร์(เช่นโซเดียมไบคาร์บอเนตเพื่อรักษาค่า pH 6–8)
(2) การเตรียมเครื่องปฏิกรณ์
- ใช้เครื่องปฏิกรณ์แรงดันสูงสแตนเลสกับกวน-การควบคุมอุณหภูมิ, และระบบตรวจสอบความดัน-
- ล้างเครื่องปฏิกรณ์ด้วยไนโตรเจนถึงกำจัดออกซิเจนและลดความเสี่ยงการระเบิด
(3) ปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชัน
- การชาร์จ: เพิ่มน้ำที่ปราศจากไอออนผู้ริเริ่มและสารเติมแต่งลงในเครื่องปฏิกรณ์
- บทนำโมโนเมอร์: แนะนำก๊าซ TFE ช้าภายใต้1.5–3.0 MPaความดัน.
- เงื่อนไขปฏิกิริยา-
- อุณหภูมิ: 50–90 ° C (โดยทั่วไป70–80 ° C-
- กวนความเร็ว: 200–500 รอบต่อนาที
- ระยะเวลา: 4–12 ชั่วโมง (ขึ้นอยู่กับเป้าหมายน้ำหนักโมเลกุล-
(4) การยุติปฏิกิริยา
- หยุดฟีดโมโนเมอร์เมื่อพอลิเมอไรเซชันเสร็จสมบูรณ์ (ตัดสินโดยแรงดันตก-
- ช่องระบายอากาศก๊าซส่วนเกินและทำให้เครื่องปฏิกรณ์เย็นลง
(5) หลังการประมวลผล
- การแบ่งแยก: ตัวกรองหรือเครื่องหมุนเหวี่ยงเพื่อแยกอนุภาค PTFE
- การล้าง: ล้างด้วยน้ำปราศจากไอออนเพื่อลบผู้ริเริ่มที่เหลือ
- การทำให้แห้ง: แห้งที่100–150 ° C(หลีกเลี่ยงอุณหภูมิ> 260 ° Cเพื่อป้องกันการสลายตัว)
- การบด/การกรอง: ดำเนินการเข้าไปกลาง (20–300 μm) หรืออนุภาคละเอียด-
3. การอ้างอิงพารามิเตอร์กระบวนการ
|
พารามิเตอร์
|
พิสัย
|
| ความดันปฏิกิริยา |
1.5–3.0 MPa |
| อุณหภูมิปฏิกิริยา |
50–90 ° C |
| กวนความเร็ว |
200–500 รอบต่อนาที |
| เวลาพอลิเมอไรเซชัน |
4–12 ชั่วโมง |
| อุณหภูมิการอบแห้ง |
100–150 ° C |
ii. สารเคมีสำคัญ
1. Tetrafluoroethylene (TFE, C₂f₄-
- บทบาท: โมโนเมอร์ แต่เพียงผู้เดียวสำหรับการสังเคราะห์ PTFE
- คุณสมบัติ-
- ก๊าซที่ไม่มีสีจุดเดือด-76.3 ° C-
- อย่างสูงปฏิกิริยาและไวไฟ-
- ความต้องการ-
- ความบริสุทธิ์> 99.9%เก็บไว้ในกระบอกสูบที่มีสารยับยั้งเพื่อป้องกันการเกิดพอลิเมอไรเซชัน
2. ผู้เริ่มต้น
- ประเภททั่วไป-
- แอมโมเนียมเพอร์ซัลเฟต (APS): ละลายน้ำสร้างอนุมูลผ่านการสลายตัวด้วยความร้อน
- โพแทสเซียม persulfate: เสถียรสำหรับอุณหภูมิสูงปฏิกิริยา
- เปอร์ออกไซด์อินทรีย์(เช่น benzoyl peroxide)
- ปริมาณ: 0.01–0.1% ของมวลโมโนเมอร์-
3. น้ำกลาง
- ความต้องการ-น้ำปราศจากไอออนด้วยการนำไฟฟ้า<1 μs/cmเพื่อหลีกเลี่ยงการปนเปื้อน
4. สารเติมแต่ง (ไม่บังคับ)
- ความคงตัวของการกระจายตัว-
- เกลือฟลูออไรด์(เช่นnh₄pf₆) สำหรับความสม่ำเสมอของอนุภาค-
- บัฟเฟอร์-
- โซเดียมไบคาร์บอเนตเพื่อรักษาpH 6–8-
iii. ข้อควรระวัง
1. มาตรการความปลอดภัย
- ความเสี่ยงจากการระเบิดของ TFE-
- การล้างออกซิเจนด้วยไนโตรเจน
- หลีกเลี่ยงประกายไฟหรืออุณหภูมิสูง (> 25 ° C)-
- ปล่อยก๊าซพิษ-
- การสลายตัวสูงกว่า 260 ° CอาจเปิดตัวPerfluoroisobutylene (PFIB),ก๊าซพิษสูง-
- ทำงานในพื้นที่ระบายอากาศกับการรักษาด้วยไอเสีย-
- อุปกรณ์ป้องกันส่วนบุคคล (PPE)-
- เสื้อผ้าป้องกันหน้ากากและถุงมือจำเป็นสำหรับผู้ประกอบการ
2. การควบคุมกระบวนการ
- การควบคุมอุณหภูมิ-
- <50 ° C: ปฏิกิริยาช้า
- > 90 ° C: ลดน้ำหนักโมเลกุล
- การควบคุมความดัน-
- > 3.5 MPa: อุปกรณ์เสี่ยง-
- <1.5 MPa: สาเหตุการกระจายอย่างไม่สม่ำเสมอ-
- กวนความเร็ว-
- กวนไม่เพียงพอ: นำไปสู่การรวมตัวกันของอนุภาค-
- กวนมากเกินไป: ทางอากาศเข้าอาจยับยั้งพอลิเมอไรเซชัน-
3. การควบคุมคุณภาพของผลิตภัณฑ์
- ขนาดอนุภาค: ปรับกวนความเร็วและความเข้มข้นของผู้ริเริ่ม-
- การกำจัดผู้เริ่มต้นที่เหลืออยู่: ตรวจสอบให้แน่ใจว่าละเอียดการล้าง-
- ความชื้น: ทำให้มั่นใจอบแห้งให้สมบูรณ์เพื่อป้องกันการปั้นข้อบกพร่อง-
4. การจัดการขยะ
- น้ำเสีย: ทำให้เป็นกลางก่อนที่จะปลดปล่อย
- ก๊าซไอเสีย: กู้คืนที่ไม่ทำปฏิกิริยาtfeทางการควบแน่นหรือการเผา-
iv. หลักการปฏิกิริยาเคมี
1. การเริ่มต้น
(NH4) 2S2O8 → 2SO4 --⋅+2NH4+(NH₄) ₂S₂O₈→2SO₄⁻CDOT+2NH₄⁺
(persulfate สลายตัวเป็นอนุมูลซัลเฟต)
2. การขยายพันธุ์โซ่
r⋅ + ncf2 = cf2 → r− (cf2-cf2) n⋅rcdot + ncf₂ = cf₂→ r- (cf₂-cf₂) ₙcdot
(อนุมูลตอบสนองด้วยโมโนเมอร์ TFEสร้างโซ่พอลิเมอร์ที่กำลังเติบโต)
3. การยกเลิกห่วงโซ่
R− (CF2-CF2) N⋅+R− (CF2-CF2) M⋅→ R− (CF2-CF2) N+M-RR- (CF₂-CF₂) ₙCDOT+R- (CF₂-CF₂)
(โซ่พอลิเมอร์รวมกันขึ้นรูปPTFE น้ำหนักโมเลกุลสูง-
4. ผลิตภัณฑ์สุดท้าย
- PTFE น้ำหนักโมเลกุลสูง-10⁶-10⁷ g/mol-
