Método de polimerización por dispersión para la producción de politetrafluoroetileno (PTFE)
2025-03-11
Método de polimerización por dispersión para la producción de politetrafluoroetileno (PTFE)
I. Resumen general
El método de polimerización por dispersión es una alternativa a la polimerización por suspensión para producir PTFE.Utiliza el tetrafluoroetileno (TFE) como monómero en un medio acuoso con un tensioactivo (agente dispersor) para crear una dispersión coloidal estable de partículas finas de PTFEEl producto resultante es una emulsión lechosa o látex, que normalmente contiene partículas más pequeñas que las de la polimerización en suspensión (0,05-0,5 μm),que puede coagularse y secarse en polvo fino o utilizarse directamente como dispersión para recubrimientos y otras aplicaciones.
II. Proceso específico
1. Pasos del proceso
(1) Preparación de las materias primas
El monómero: Tetrafluoroetileno (TFE, C2F4), de alta pureza (> 99,9%), libre de inhibidores de la polimerización.
MedianoAgua desionizada, de alta pureza para evitar interferencias iónicas.
Iniciador: Persulfatos solubles en agua (por ejemplo, persulfato de amonio, APS) o sistemas redox (por ejemplo, persulfato con agentes reductores como el bisulfito de sodio).
Agentes tensioactivos: Agentes tensioactivos fluorados (por ejemplo, ácido perfluorooctanoico, PFOA o su sal de amonio), típicamente de 0,05-0,5% en peso, para estabilizar la emulsión.
Aditivos: amortiguadores (por ejemplo, hidróxido de amonio) o agentes de transferencia de cadena (opcional, para el control del peso molecular).
(2) Preparación del reactor
El reactor: Autoclave de acero inoxidable, equipado con agitación de alta velocidad, control de temperatura y regulación de presión (hasta 3,5 MPa).
Purificación: Llenar con nitrógeno para eliminar el oxígeno, que inhibe la polimerización.
(3) Reacción de polimerización
Cargar: Añadir agua desionizada, surfactante e iniciador al reactor, seguido de agitar para formar una mezcla homogénea.
Alimentos para animales con monómeros: Introducir el gas TFE bajo presión controlada (1,0-3,5 MPa) manteniendo una agitación vigorosa (500-1000 rpm).
Condiciones de reacción:
Temperatura: 50-100°C (normalmente 70-85°C), dependiendo de la velocidad de descomposición del iniciador.
Presión: 1,0-3,5 MPa para garantizar que el TFE permanezca disperso en la fase acuosa.
Duración: de 2 a 8 horas, hasta alcanzar el contenido deseado de sólidos (20-40% en peso de PTFE).
Proceso de reacción: El TFE se polimeriza en pequeñas partículas de PTFE estabilizadas por micelas de tensioactivo, formando un látex estable.
(4) Terminación de la reacción
Detener el suministro de TFE cuando se alcance el contenido de sólidos objetivo (monitoreado mediante caída de presión o velocidad de reacción).
(5) Postratamiento
Uso directo: La dispersión de PTFE (látex) se puede utilizar como está para revestimientos, impregnación o fundición de películas.
La coagulación: se añade electrolito (por ejemplo, carbonato de amonio) o se aplica un corte mecánico para desestabilizar la emulsión, causando la agregación de partículas de PTFE.
Lavado: Enjuagar el PTFE coagulado con agua desionizada para eliminar los residuos del tensioactivo y del iniciador.
Seco: Se seca a 100-150 °C para obtener polvo fino de PTFE (tamaño de partícula 0,1-0,5 μm).
Fresado opcional: Si es necesario, moler el polvo seco para uniformarlo.
2. Referencia del parámetro del proceso
Parámetro
Rango de acción
Presión de reacción
1.0 a 3,5 MPa
Temperatura de reacción
50 a 100 °C
Velocidad de agitación
500 a 1000 rpm
Contenido de sólidos
20-40% (peso)
Temperatura de secado
100 a 150 °C
III. Productos químicos clave
1.Tetrafluoroetileno (TFE, C2F4)
El papel: Monómero para la síntesis de PTFE.
Propiedades: Gas incoloro, inflamable, con punto de ebullición de -76,3°C, muy reactivo.
Requisitos: Pureza > 99,9%, almacenado bajo presión con los inhibidores retirados antes del uso.
2- El iniciador.
Opciones: Persulfato de amonio (APS), persulfato de potasio (KPS) o pares redox (por ejemplo, APS + bisulfito de sodio).
Posología: 0,01-0,1% de la masa del monómero, ajustado por tamaño de partícula y peso molecular.
3- Agente tensioactivo
Elección común: ácido perfluorooctanoico (PFOA) o sus sales (usados históricamente; los procesos modernos pueden utilizar alternativas ecológicas como los tensioactivos a base de perfluoroéter).
El papel: Estabiliza las partículas de PTFE en el agua, evitando la aglomeración.
Concentración: 0,05-0,5% en peso de la dispersión.
4. Medio de agua
Requisitos: Deionizado, conductividad < 1 μS/cm, para evitar la contaminación.
El papel: Solvente y medio de transferencia de calor.
IV. Características del producto
Tamaño de las partículas: 0,05-0,5 μm (mucho más pequeño que el PTFE en suspensión).
Formulario: Látex estable (20-40% sólidos) o polvo fino después de la coagulación.
Aplicaciones: Revestimientos, películas, fibras o aditivos en materiales compuestos (no aptos para el moldeo por compresión sin tratamiento adicional).
V. Precauciones
1. Seguridad
Riesgos relacionados con el TFE: Explosivo en presencia de oxígeno; purgar el reactor con nitrógeno y evitar chispas o altas temperaturas (> 25°C) durante el almacenamiento.
Productos secundarios tóxicos: La descomposición por encima de 260°C puede liberar gases tóxicos (por ejemplo, TFE, perfluoroisobutileno); garantizar una ventilación y un tratamiento adecuados de los gases de escape.
Equipo de protección: Los operadores deben usar guantes, máscaras y ropa protectora.
2Control de procesos
Temperatura: El calor excesivo (> 100°C) reduce el peso molecular; el demasiado bajo (< 50°C) ralentiza la reacción.
Agitación: La agitación insuficiente provoca aglomeración de partículas; el corte excesivo puede desestabilizar la emulsión.
Niveles de tensioactivos: Demasiado poco conduce a la coagulación durante la reacción; demasiado aumenta los costes y los residuos.
3Calidad del producto
Uniformidad de las partículas: Controlado por la concentración del tensioactivo y la velocidad de agitación; las partículas irregulares afectan al rendimiento del recubrimiento.
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