عملية تعليق البوليمرزة لإنتاج البولي تيترافلور إيثيلين (PTFE)

عملية التعليق بلمرة لإنتاج polytetrafluoroethylene (PTFE)

1. عملية محددة لاستعليق بلمرة PTFE

1. نظرة عامة على العملية

بلمرة التعليق ينطوي على البلمرةtetrafluoroethylene (TFE)فيوسيط مائيباستخدام أالبادئ الراديكالي الحرةلتشكيلجزيئات PTFE. المنتج النهائي هوراتنج حبيبتي أبيض (جزيئات متوسطة أو دقيقة)، تتطلب التجفيف وبعد المعالجة لتطبيقات مثلصب الضغط.

2. خطوات العملية

(1) تحضير المواد الخام

• مونومر:
  • Tetrafluoroethylene (Tfe ، c₂و₄)، نقاء عالية (> 99.9 ٪) ، مع مثبطات (على سبيل المثال ، terpenes) إزالة.
• واسطة:
  • الماء منزوع الأيونات، خالية من الشوائب (على سبيل المثال ، أيونات المعادن).
• البادئ:
  • persulfates(على سبيل المثال ، persulfate الأمونيوم ، persulfate البوتاسيوم) أوالبيروكسيدات العضوية.
• إضافات (اختيارية):
  • مثبتات التشتت(على سبيل المثال ، أملاح الفلورايد مثل NH₄PF₆).
  • المخازن المؤقتة(على سبيل المثال ، بيكربونات الصوديوم للحفاظ على درجة الحموضة 6-8).

(2) إعداد المفاعل

• استخدممفاعل الضغط العالي الفولاذ المقاوم للصدأمعالتحريكوالتحكم في درجة الحرارة، وأنظمة مراقبة الضغط.
• تطهير المفاعل معنتروجينلإزالة الأكسجينوتقليل مخاطر الانفجار.

(3) تفاعل البلمرة

• الشحن: أضف الماء منزوع الأيونات والبادئ والمضافات إلى المفاعل.
• مقدمة مونومر: يقدمغاز TFE ببطءتحت1.5-3.0 ميجا باسكالضغط.
• ظروف رد الفعل:
  • درجة حرارة: 50-90 درجة مئوية (عادة70-80 درجة مئوية).
  • سرعة التحريك: 200-500 دورة في الدقيقة.
  • مدة: 4-12 ساعة (يعتمد على الهدفالوزن الجزيئي).

(4) إنهاء التفاعل

• قفمونومر تغذيةعند اكتمال البلمرة (يحكم عليهاانخفاض الضغط).
• تنفيسالغاز الزائدوتبريد المفاعل.

(5) ما بعد المعالجة

• الفصل: تصفية أو الطرد المركزي لعزل جزيئات PTFE.
• غسل: شطف معالماء منزوع الأيوناتلإزالة المبادرين المتبقية.
• تجفيف: جاف في100-150 درجة مئوية(تجنب درجات الحرارة> 260 درجة مئويةلمنع التحلل).
• طحن/غرق: العملية فيمتوسط ​​(20-300 ميكرون) أو جزيئات دقيقة.

3. مرجع معلمة العملية

الثاني. المواد الكيميائية الرئيسية

1. tetrafluoroethylene (TFE ، C₂و₄)

• دور: مونومر وحيد لتوليف PTFE.
• ملكيات:
  • الغاز عديمة اللون، نقطة الغليان-76.3 درجة مئوية.
  • بشدةرد الفعل وقابل للاشتعال.
• متطلبات:
  • نقاء> 99.9 ٪، مخزنة فيأسطوانات تحتوي على مثبطلمنع البلمرة.

2. المبادرون

• الأنواع الشائعة:
  • Persulfate الأمونيوم (APS): قابلة للذوبان في الماء ، يولد جذور عن طريق التحلل الحراري.
  • البوتاسيوم persulfate: مستقر لدرجة حرارة عاليةردود الفعل.
  • البيروكسيدات العضوية(على سبيل المثال ، البنزويل بيروكسيد).
• جرعة: 0.01-0.1 ٪ منكتلة المونومر.

3. ماء

• متطلبات:الماء منزوع الأيوناتمع الموصلية<1 μs/cmلتجنب التلوث.

4. إضافات (اختيارية)

• مثبتات التشتت:
  • أملاح الفلورايد(على سبيل المثال ، nh₄pf₆) لتوحيد الجسيمات.
• المخازن المؤقتة:
  • بيكربونات الصوديومللحفاظالرقم الهيدروجيني 6-8.

ثالثا. احتياطات

1. تدابير السلامة

• خطر الانفجار TFE:
  • تطهيرالأكسجينمع النيتروجين.
  • يتجنبالشرر أو درجات الحرارة المرتفعة (> 25 درجة مئوية).
• إطلاق الغاز السام:
  • التحلل فوق 260 درجة مئويةقد يطلقperfluoroisobutylene (PFIB)، أغاز شديد السمية.
  • تعمل فيالمناطق تهويةمععلاج العادم.
• معدات الحماية الشخصية (PPE):
  • الملابس الواقية والأقنعة والقفازاتمطلوب للمشغلين.

2. التحكم في العملية

• التحكم في درجة الحرارة:
  • <50 درجة مئوية: رد فعل بطيء.
  • > 90 درجة مئوية: انخفاض الوزن الجزيئي.
• التحكم في الضغط:
  • > 3.5 ميجا باسكال: معداتمخاطرة.
  • <1.5 ميجا باسكال: أسبابتشتت غير متكافئ.
• سرعة التحريك:
  • التحريك غير الكافي: يؤدي إلىتكتل الجسيمات.
  • التحريك المفرط: قد يدخل الهواء في الهواءتمنع البلمرة.

3. مراقبة جودة المنتج

• حجم الجسيمات: يُعدِّلسرعة التحريكوتركيز البادئ.
• إزالة البادئ المتبقية: ضمان شاملغسل.
• محتوى الرطوبة: يضمنتجفيف كامللمنععيوب صب.

4. إدارة النفايات

• مياه الصرف: تحييد قبل التفريغ.
• غاز العادم: استرداد غير المتفاعلTFEعبرالتكثيفأوالحرق.

رابعا. مبدأ التفاعل الكيميائي

1. البدء

(NH4) 2S2O8 → 2SO4−⋅+2NH4+(NH₄) ₂s₂o₈ → 2SO₄⁻CDOT+2NH₄⁺

(يتحلل بيرس كبريتات إلى جذور الكبريتات)

2. سلسلة انتشار

R⋅ + NCF2 = CF2 → R− ​​(CF2-CF2) N⋅RCDOT + NCF₂ = CF₂ → R- (CF₂-CF₂) ₙcdot

(تتفاعل الجذور معمونومرز tfe، تشكيل سلسلة البوليمر المتنامية)

3. إنهاء السلسلة

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

(تجمع سلاسل البوليمر ، وتشكيلعالي الوزن الجزيئي PTFE).

4. المنتج النهائي

• عالي الوزن الجزيئي PTFE((10⁶-10⁷ ز/مول).