Processo de polimerização em suspensão para produção de politetrafluoroetileno (PTFE)

Processo de polimerização em suspensão para produção de politetrafluoroetileno (PTFE)

I. Processo específico de polimerização em suspensão de PTFE

1. Visão geral do processo

A polimerização da suspensão envolve a polimerizaçãoTetrafluoroetileno (TFE)em ummeio aquosoUtilizando uminiciador de radicais livrespara formarPartículas de PTFEO produto final é umResina granular branca (partículas médias ou finas), que requerem secagem e pós-processamento para aplicações comomoldagem por compressão.

2. Etapas do processo

(1) Preparação de matérias-primas

• Monómeros:
  • Tetrafluoroetileno (TFE, C)₂F₄), de alta pureza (> 99,9%), com inibidores (por exemplo, terpenos) removidos.
• Médio:
  • Água deionizada, livre de impurezas (por exemplo, íons metálicos).
• Iniciador:
  • Persulfatos(por exemplo, persulfato de amónio, persulfato de potássio) ouperóxidos orgânicos.
• Aditivos (facultativo):
  • Estabilizadores de dispersão(por exemplo, sais de flúor, tais como NH4PF6).
  • Reservatórios(por exemplo, bicarbonato de sódio para manter o pH 6 ̊8).

(2) Preparação do reator

• Utilize umReator de alta pressão de aço inoxidávelcomagitação,controlo de temperatura, eSistemas de monitorização da pressão.
• Limpe o reator comnitrogéniopararemover oxigénioe minimizar o risco de explosão.

(3) Reacção de polimerização

• Carregamento: Adicionar água desionizada, iniciador e aditivos no reator.
• Introdução ao monómeroIntroduçãoGás TFE lentamenteem1.5·3.0 MPapressão.
• Condições de reação:
  • Temperatura: 50°C a 90°C (normalmente70°C a 80°C)).
  • Velocidade de agitação: 200 ¢ 500 rpm.
  • Duração: 4×12 horas (depende do alvo)Peso molecular)).

(4) Terminação da reação

• Pára com isso.Alimentos para animais com monómerosquando a polimerização estiver completa (a julgar porqueda de pressão)).
• Ventiladorexcesso de gáse arrefecer o reator.

(5) Pós-processamento

• Separação: Filtrar ou centrifugar para isolar partículas de PTFE.
• Lavagem: Lavar comÁgua desionizadapara remover os iniciadores residuais.
• Secagem: Seco a100°C a 150°C(evitar temperaturas> 260°Cpara evitar a decomposição).
• Moagem/Sieving: Processamento empartículas médias (20 ∼ 300 μm) ou finas.

3. Referência do Parâmetro do Processo

II. Produtos químicos essenciais

1Tetrafluoroetileno (TFE, C)₂F₄)

• Função: Monómero único para síntese de PTFE.
• Propriedades:
  • Gás incolor, ponto de ebulição- 76,3°C.
  • MuitoReativo e inflamável.
• Requisitos:
  • Purificação> 99,9%, armazenados emcilindros que contenham inibidorespara evitar a polimerização.

2Iniciadores

• Tipos comuns:
  • Persulfato de amónio (APS): Solúvel em água, gera radicais através da decomposição térmica.
  • Persulfato de potássio: estável parade alta temperaturareações.
  • Peróxidos orgânicos(por exemplo, peróxido de benzoilo).
• Doação: 0,01­0,1% domassa de monómeros.

3Mediano de água

• Requisitos:Água deionizadacom condutividade< 1 μS/cmpara evitar a contaminação.

4. Aditivos (facultativo)

• Estabilizadores de dispersão:
  • Sal de fluoreto(por exemplo, NH4PF6) parauniformidade das partículas.
• Reservatórios:
  • Bicarbonato de sódiopara manterpH 6°8.

III. Precauções

1Medidas de segurança

• Risco de explosão por TFE:
  • Purgaoxigéniocom nitrogénio.
  • EviteFaíscas ou altas temperaturas (> 25°C).
• Liberação de gases tóxicos:
  • Decomposição acima de 260°Cpode libertarPerfluoroisobutileno (PFIB), aGás altamente tóxico.
  • Operar emÁreas ventiladascomtratamento dos gases de escape.
• Equipamento de protecção individual (EPI):
  • Vestuário de proteção, máscaras e luvasexigidos aos operadores.

2. Controle de processos

• Controle de temperatura:
  • < 50°CReacção lenta.
  • > 90°C: Peso molecular reduzido.
• Controle da pressão:
  • > 3,5 MPa: Equipamentorisco.
  • < 1,5 MPaCausasDispersão desigual.
• Velocidade de agitação:
  • Mexação inadequadaLeva a:aglomeração de partículas.
  • Mexação excessivaA entrada de ar podeinibir a polimerização.

3Controle da Qualidade do Produto

• Tamanho das partículasAjustevelocidade de agitaçãoeconcentração iniciadora.
• Eliminação do iniciador residual: Assegurar a exhaustividadelavagem.
• Teor de humidadeGarantir:secagem completapara evitardefeitos de moldagem.

4Gestão de resíduos

• Águas residuaisNeutralize antes de descarregar.
• Gás de escapeRecuperação sem reaçãoTFEatravéscondensamentoouIncineração.

IV. Princípio da reação química

1Iniciação.

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

(O persulfato decompõe-se em radicais sulfatados)

2Propagação em cadeia

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

(Os radicais reagem comMonómeros de TFE, formando uma cadeia de polímeros crescente)

3Terminar a cadeia.

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

(As cadeias de polímeros se combinam, formandoPTFE de peso molecular elevado)).

4Produto final

• PTFE de peso molecular elevado(10⁶- Não.107 g/mol)).