TFE分散聚合工藝

1、四氟乙烯(TFE)分散聚合工藝一、PTFE分子結(jié)構(gòu)聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene)縮寫為PTFE ,商品名稱是“特氟 隆” (Teflon),是目前化工行業(yè)最新型的工程塑料，有“塑料王”的美稱。 PTFE分子中CF2單元按鋸齒形狀排列，由于氟原子半徑較氫稍大，所以相鄰的 CF2單元不能完全按反式交叉取向，而是形成一個螺旋狀的扭曲鏈，氟原子幾乎 覆蓋了整個高分子鏈的表面，形成的屏蔽使最小的氫也很難進入C - F鍵。同 時氟原子電負性最高(4. 0)，原子半徑較小(0. 135nm)，C-F的鍵長較短(0. 138nm)，C-F離解能較高(452KJ / mol )，所

2、以C- F很難斷裂，這些特點 決定了 PTFE的各種性能。二、TFE分散聚合機理TFE分散聚合機理類同于乳液聚合，但經(jīng)典乳液聚合理論，如Harkins與 Smith-Ewart理論等并不完全適用于TFE分散聚合。經(jīng)典乳液聚合理論認為水 相自由基擴散到膠束，引發(fā)增溶單體而形成乳膠粒子，乳膠粒子通過由單體液滴 補充的單體進行聚合而不斷增長。Kim等認為：TFE分散聚合的引發(fā)階段是由溶解在水相的單體與水相自由 基反應，形成聚合物鏈，并沉淀成為乳膠粒子核，乳膠粒子核通過分散在水相中 形成的氣泡直接與其相接觸并發(fā)生鏈增長反應而增長，這是由于PTFE非常規(guī)整， 一旦形成顆粒后其結(jié)品度可高達90%以上，因此

3、分散的PTFE粒子有很強的剛性， 硬度很大，使得以后的單體不能擴散到顆粒內(nèi)部進行反應，而只能在粒子表面進 行聚合。朱友良認為PTFE的分散聚合過程分兩步：單體TFE溶于水的傳質(zhì)過程 和TFE稀水溶液聚合反應過程。這兩個過程串聯(lián)，當TFE溶解速度較慢，低于聚 合速率時，成為傳質(zhì)控制；當TFE溶解速度足夠快時，則成為動力學控制。不論 是聚合工藝和聚合動力學研究需要，還是PTFE的性能控制要求和為了提高聚合 效率都應在動力學控制的條件下進行PTFE的合成。三、TFE分散聚合工藝TFE分散聚合工藝過程主要由聚合、除蠟、凝聚或濃縮等工序組成。TFE分散聚合與懸浮聚合的體系不同，通常由單體、水、乳化劑、穩(wěn)

4、定劑 及其它添加劑組成。TFE分散聚合反應前，先往聚合釜中加入無離子水、乳化劑、引發(fā)劑等助 劑后，關(guān)閉聚合釜，進行保壓試驗，合格后用高純氮氣置換以清除釜內(nèi)氧氣，經(jīng) 多次重復抽真空，直至聚合釜內(nèi)氧含量低于20mg/L為止。慢慢通人TFE單體直 全聚合壓力，聚合釜開始慢慢升溫，使聚合釜內(nèi)保持所需的溫度，聚合期間連續(xù) 補加TFE以維持恒定的聚合壓力。當釜中通人定量的TFE后，停止進料，將釜中 剩余的TFE經(jīng)堿洗和干燥后返回單體儲罐。聚合反應后得到的分散液呈白色乳狀。聚合反應開始后，可以根據(jù)不同 的目的，追加單體、引發(fā)劑、鏈轉(zhuǎn)移劑以及乳化劑。PTFE由四氟乙烯經(jīng)自由基聚合而生成。其聚合方法包括本體聚合

5、、溶液聚 合、懸浮聚合和乳液聚合（亦稱分散聚合）等，工業(yè)生產(chǎn)中主要采用懸浮聚合和 乳液聚合。聚合一般在4080C, 326kgf/cm2壓力下，采用無機的過硫酸鹽、 有機過氧化物作為引發(fā)劑進行。四、PTFE應用因為聚四氟乙烯在多方面的優(yōu)異性能，所以它在化工、機械、電子、醫(yī)學、 紡織等工業(yè)中被廣泛用作耐高低溫材料、耐腐蝕材料、絕緣材料、醫(yī)用材料、防 粘涂層等。4. 1用作防腐材料PTFE材料克服了普通塑料、金屬等耐腐蝕能力較差的缺點，以其卓越的耐高 低溫和耐腐蝕性能，已經(jīng)成為石油、化工、紡織等行業(yè)的主要耐腐蝕材料。例如， 用于制造輸送腐蝕性氣體的輸送管、排氣管、蒸汽管以及作為高壓容器、閥門、 泵

6、的密封件等。4. 2用作無油潤滑材料因為PTFE材料的摩擦系數(shù)是已知固體材料中最低的，所以這就使填充PTFE 材料成為機械設備零件無油潤滑（直接承受載荷）的最理想材料。例如造紙、食 品、紡織等工業(yè)領(lǐng)域的設備加潤滑油容易使產(chǎn)品受到沾污，所以使用PTFE材料 就解決了這一難題。4. 3用作電子設備的高級介質(zhì)材料PTFE固有的低損耗與介電常數(shù)使其成為電線和電纜的理想絕緣材料：其獨 特的多孔結(jié)構(gòu)可以使損耗和失真降至最低并使信號以近光速的速度進行傳輸，并且具有熱穩(wěn)定性和機械柔韌性。同時，聚四氟乙烯還可以降低總體互連的尺寸 和重量，是一種良好的填充介質(zhì)材料。所以聚四氟乙烯制品被廣泛應用于電信、 計算機、測

7、試與測量、國防、航空與航天市場等諸多高性能、高挑戰(zhàn)性的領(lǐng)域。4. 4用作醫(yī)學材料由于膨體P TF E材料優(yōu)良的機械性能、耐久性、穩(wěn)定性和生物適應性，不 會引起機體的排斥，對人體無生理副作用，而且具有多微孔結(jié)構(gòu)等特點，從20 世紀70年代開始首先被制成人造血管應用于臨床，現(xiàn)在，由于其優(yōu)異的性 能,PTFE在醫(yī)學上的應用越來越廣泛。包括用于軟組織再生的人造血管和補片以 及用于血管、心臟、普通外科和整形外科的手術(shù)縫合等。例如，比較常見的整容 手術(shù)隆鼻和整形下頜就是采用PTFE作為填充材料。4. 5用作防粘材料PTFE材料具有固體材料中最小的表面張力，不粘附任何物質(zhì)，同時還具有 耐高低溫、無毒的優(yōu)良特性，所以P TF E作為涂料常用作餐具的防粘內(nèi)襯，主 要用于不粘鍋和微波爐的內(nèi)膽。雖然PTFE