Proses polimerisasi suspensi untuk memproduksi polytetrafluoroethylene (PTFE)

Proses polimerisasi suspensi untuk memproduksi polytetrafluoroethylene (PTFE)

I. Proses khusus untuk polimerisasi suspensi PTFE

1. Tinjauan Proses

Polimerisasi suspensi melibatkan polimerisasiTetrafluoroethylene (TFE)dalam anmedia berairmenggunakan ainisiator radikal bebasuntuk membentukPartikel PTFE. Produk akhir adalah aresin granular putih (partikel sedang atau halus), membutuhkan pengeringan dan pasca pemrosesan untuk aplikasi seperticetakan kompresi.

2. Langkah Proses

(1) Persiapan Bahan Baku

• Monomer:
  • Tetrafluoroethylene (TFE, c₂F₄), kemurnian tinggi (> 99,9%), dengan inhibitor (misalnya, terpene) dihapus.
• Sedang:
  • Air deionisasi, bebas dari kotoran (misalnya, ion logam).
• Pemrakarsa:
  • Persulfat(misalnya, amonium persulfate, kalium persulfat) atauperoksida organik.
• Aditif (opsional):
  • Penstabil dispersi(Misalnya, garam fluoride seperti NH₄PF₆).
  • Buffer(Misalnya, natrium bikarbonat untuk mempertahankan pH 6-8).

(2) Persiapan reaktor

• Gunakan aReaktor tekanan tinggi stainless steeldenganmengaduk,kontrol suhu, DanSistem Pemantauan Tekanan.
• Membersihkan reaktor dengannitrogenkeHapus oksigendan meminimalkan risiko ledakan.

(3) Reaksi polimerisasi

• Pengisian daya: Tambahkan air deionisasi, inisiator, dan aditif ke dalam reaktor.
• PENDAHULUAN MONOMER: MemperkenalkanGas TFE perlahandi bawah1.5–3.0 MPatekanan.
• Kondisi reaksi:
  • Suhu: 50–90 ° C (biasanya70–80 ° C.).
  • Kecepatan Mengaduk: 200–500 rpm.
  • Lamanya: 4–12 jam (tergantung pada targetberat molekul).

(4) penghentian reaksi

• BerhentiPakan monomerSaat polimerisasi selesai (dinilai olehpenurunan tekanan).
• Lubang anginGas berlebihdan mendinginkan reaktornya.

(5) pasca pemrosesan

• Pemisahan: Filter atau centrifuge untuk mengisolasi partikel PTFE.
• Pencucian: Bilas denganair deionisasiuntuk menghilangkan residual inisiator.
• Pengeringan: Keringkan di100–150 ° C.(Hindari suhu> 260 ° C.untuk mencegah dekomposisi).
• Penggilingan/pengukur: Proses menjadiMedium (20-300 μm) atau partikel halus.

3. Referensi Parameter Proses

Ii. Bahan kimia utama

1. Tetrafluoroethylene (TFE, C₂F₄)

• Peran: Monomer tunggal untuk sintesis PTFE.
• Properti:
  • Gas tidak berwarna, titik didih-76.3 ° C..
  • Sangatreaktif dan mudah terbakar.
• Persyaratan:
  • Kemurnian> 99,9%, disimpan diSilinder yang mengandung inhibitoruntuk mencegah polimerisasi.

2. Inisiator

• Tipe umum:
  • Ammonium Persulfate (APS): Larut dalam air, menghasilkan radikal melalui dekomposisi termal.
  • Kalium Persulfate: Stabil untuksuhu tinggireaksi.
  • Peroksida organik(misalnya, benzoil peroksida).
• Dosis: 0,01-0,1% darimassa monomer.

3. Media Air

• Persyaratan:Air deionisasidengan konduktivitas<1 μs/cmuntuk menghindari kontaminasi.

4. Aditif (opsional)

• Penstabil dispersi:
  • Garam fluoride(misalnya, NH₄PF₆) untukkeseragaman partikel.
• Buffer:
  • Sodium bikarbonatuntuk mempertahankanpH 6–8.

AKU AKU AKU. Tindakan pencegahan

1. Langkah -langkah keselamatan

• Risiko ledakan TFE:
  • Membersihkanoksigendengan nitrogen.
  • Menghindaripercikan atau suhu tinggi (> 25 ° C).
• Pelepasan gas beracun:
  • Dekomposisi di atas 260 ° C.dapat melepaskanPerfluoroisobutylene (PFIB), AGas yang sangat beracun.
  • Beroperasi diarea berventilasidenganPerawatan Knalpot.
• Peralatan Pelindung Pribadi (APD):
  • Pakaian pelindung, topeng, dan sarung tangandiperlukan untuk operator.

2. Kontrol proses

• Kontrol suhu:
  • <50 ° C.: Reaksi lambat.
  • > 90 ° C.: Mengurangi berat molekul.
• Kontrol tekanan:
  • > 3,5 MPa: Peralatanmempertaruhkan.
  • <1,5 MPa: Penyebabdispersi yang tidak rata.
• Kecepatan Mengaduk:
  • Mengaduk tidak memadai: Mengarah keaglomerasi partikel.
  • Mengaduk berlebihan: Masuk udara mungkinmenghambat polimerisasi.

3. Kontrol Kualitas Produk

• Ukuran partikel: MenyesuaikanKecepatan MengadukDankonsentrasi inisiator.
• Penghapusan Inisiator Residual: Pastikan menyeluruhpencucian.
• Kadar air: MemastikanPengeringan lengkapuntuk mencegahcacat cetakan.

4. Pengelolaan Limbah

• Air limbah: Netralkan sebelum dibuang.
• Gas buang: Pulihkan yang tidak bereaksiTfemelaluikondensasiataupembakaran.

Iv. Prinsip Reaksi Kimia

1. Inisiasi

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

(Persulfat terurai menjadi radikal sulfat)

2. Propagasi rantai

R⋅ + ncf2 = cf2 → r− (cf2-cf2) n⋅rcdot + ncf₂ = cf₂ → r- (cf₂-cf₂) ₙcdot

(Radikal bereaksi denganMonomer tfe, membentuk rantai polimer yang tumbuh)

3. Pengakhiran Rantai

R− (CF2-CF2) N⋅+R− (CF2-CF2) M⋅ → R− ​​(CF2-CF2) N+M-RR- (CF₂-CF₂) ₙCDOT+R- (CF₂-CF₂) ₘCDOT → R- (CF₂-CF₂)

(Rantai polimer menggabungkan, membentukPTFE dengan berat molekul tinggi).

4. Produk akhir

• PTFE dengan berat molekul tinggi(10⁶- -10⁷ g/mol).