Método de polimerização por dispersão para a produção de politetrafluoroetileno (PTFE)
2025-03-11
Método de polimerização por dispersão para a produção de politetrafluoroetileno (PTFE)
I. Visão geral
O método de polimerização por dispersão é uma alternativa à polimerização por suspensão para a produção de PTFE.Utiliza tetrafluoroetileno (TFE) como monómero num meio aquoso com um surfactante (agente dispersor) para criar uma dispersão coloidal estável de partículas finas de PTFEO produto resultante é uma emulsão láctea ou látex, que normalmente contém partículas menores do que as resultantes da polimerização por suspensão (0,05-0,5 μm),que podem ser coagulados e secados em pó fino ou utilizados diretamente como dispersão para revestimentos e outras aplicações.
II. Processo específico
1. Etapas do processo
(1) Preparação de matérias-primas
Monómeros: Tetrafluoroetileno (TFE, C2F4), alta pureza (> 99,9%), isento de inibidores da polimerização.
MédioÁgua deionizada, de alta pureza para evitar interferências iônicas.
Iniciador: Persulfatos solúveis em água (por exemplo, persulfato de amónio, APS) ou sistemas redox (por exemplo, persulfato com agentes redutores como bisulfito de sódio).
Substâncias tensioativas: Agentes tensioactivos fluorados (por exemplo, ácido perfluorooctanoico, PFOA ou o seu sal de amónio), normalmente 0,05 a 0,5% em peso, para estabilizar a emulsão.
Aditivos: amortecentes (por exemplo, hidróxido de amónio) ou agentes de transferência de cadeia (opcional, para controlo do peso molecular).
(2) Preparação do reator
Reator: Autoclave de aço inoxidável, equipado com agitação de alta velocidade, controlo de temperatura e regulação de pressão (até 3,5 MPa).
Purificação: Encha com nitrogénio para remover o oxigénio, que inibe a polimerização.
(3) Reacção de polimerização
Carregamento: Adicionar água desionizada, surfactante e iniciador ao reator, seguido de agitação para formar uma mistura homogênea.
Alimento para monómerosIntroduzir o gás TFE sob pressão controlada (1,0-3,5 MPa) mantendo uma agitação vigorosa (500-1000 rpm).
Condições de reação:
Temperatura: 50-100°C (normalmente 70-85°C), dependendo da taxa de decomposição do iniciador.
Pressão: 1,0-3,5 MPa para garantir que o TFE permaneça disperso na fase aquosa.
Duração: de 2 a 8 horas, até que seja atingido o teor de sólidos desejado (20-40% em peso de PTFE).
Processo de reação: O TFE polimeriza-se em minúsculas partículas de PTFE estabilizadas por micelas de surfactante, formando um látex estável.
(4) Terminação da reação
Parar a alimentação de TFE quando for atingido o teor de sólidos alvo (monitorado através da queda de pressão ou da taxa de reação).
(5) Pós-processamento
Utilização directa: A dispersão de PTFE (látex) pode ser usada como está para revestimentos, impregnação ou fundição de filme.
Coagulação: Adicionar eletrólito (por exemplo, carbonato de amónio) ou aplicar cisalhamento mecânico para desestabilizar a emulsão, causando a agregação de partículas de PTFE.
Lavagem: Enxaguar o PTFE coagulado com água desionizada para remover os resíduos do surfactante e do iniciador.
Secagem: Secar a 100-150 °C para obter pó fino de PTFE (dimensão de partícula 0,1-0,5 μm).
Moagem opcionalSe necessário, moer o pó seco para uniformidade.
2. Referência do Parâmetro do Processo
Parâmetro
Distância
Pressão de reação
10,0-3,5 MPa
Temperatura de reação
50-100°C
Velocidade de agitação
500-1000 rpm
Teor de sólidos
20-40% (t)
Temperatura de secagem
100-150°C
III. Produtos químicos essenciais
1.Tetrafluoroetileno (TFE, C2F4)
Função: Monómero para síntese de PTFE.
Propriedades: Gás incolor, inflamável, com ponto de ebulição de - 76,3°C, altamente reativo.
Requisitos: Pureza > 99, 9%, armazenado sob pressão com os inibidores removidos antes da utilização.
2- Iniciador.
Opções: Persulfato de amónio (APS), persulfato de potássio (KPS) ou pares redox (por exemplo, APS + bisulfito de sódio).
Doação: 0,01-0,1% da massa do monómero, ajustado para tamanho de partícula e peso molecular.
3. Surfactante
Escolha comum: Ácido perfluorooctanoico (PFOA) ou seus sais (usados historicamente; os processos modernos podem utilizar alternativas ecológicas, como os tensioativos à base de perfluoroéter).
Função: Estabiliza as partículas de PTFE na água, evitando a aglomeração.
Concentração: 0,05-0,5% em peso da dispersão.
4. Meio de água
Requisitos: Deionizado, condutividade < 1 μS/cm, para evitar a contaminação.
Função: Solvente e meio de transferência de calor.
IV. Características do produto
Tamanho das partículas: 0,05-0,5 μm (muito menor do que a suspensão de PTFE).
Formulário: Látex estável (20-40% sólidos) ou pó fino após coagulação.
Aplicações: Revestimentos, películas, fibras ou aditivos em materiais compósitos (não adequados para moldagem por compressão sem tratamento adicional).
V. Precauções
1- Segurança
Perigos do TFE: Explosivo na presença de oxigénio; purgar o reator com nitrogénio e evitar faíscas ou altas temperaturas (> 25°C) durante o armazenamento.
Subprodutos tóxicos: A decomposição acima de 260°C pode liberar gases tóxicos (por exemplo, TFE, perfluoroisobutileno); assegurar uma ventilação e um tratamento adequados dos gases de escape.
Equipamento de protecção: Os operadores devem usar luvas, máscaras e roupas de proteção.
2. Controle de processos
Temperatura: O calor excessivo (> 100°C) reduz o peso molecular; o calor demasiado baixo (< 50°C) retarda a reação.
Agitação: A agitação insuficiente provoca aglomeração de partículas; o cisalhamento excessivo pode desestabilizar a emulsão.
Níveis de substâncias tensioativas: Muito pouco leva à coagulação durante a reação; muito aumenta os custos e os resíduos.
3Qualidade do produto
Uniformidade das partículas: Controlado pela concentração do tensioactivo e pela velocidade de agitação; as partículas irregulares afectam o desempenho do revestimento.
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