TFE分散聚合工艺

四氟乙烯(TFE)分散聚合工艺

一、PTFE分子结构

聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene)缩写为PTFE, 商品名称是“特氟隆” ( Tef lon) , 是目前化工行业最新型的工程塑料, 有“塑料王”的美称。PTFE分子中CF2单元按锯齿形状排列，由于氟原子半径较氢稍大，所以相邻的CF2单元不能完全按反式交叉取向，而是形成一个螺旋状的扭曲链，氟原子几乎覆盖了整个高分子链的表面，形成的屏蔽使最小的氢也很难进入C - F 键。同时氟原子电负性最高( 4. 0) ，原子半径较小( 0. 135nm)，C-F 的键长较短( 0. 138nm) ，C-F 离解能较高( 452KJ / mol ) ，所以C- F 很难断裂，这些特点决定了PTFE 的各种性能。

二、TFE分散聚合机理

TFE分散聚合机理类同于乳液聚合，但经典乳液聚合理论，如Harkins与Smith-Ewart理论等并不完全适用于TFE分散聚合。经典乳液聚合理论认为水相自由基扩散到胶束，引发增溶单体而形成乳胶粒子，乳胶粒子通过由单体液滴补充的单体进行聚合而不断增长。

Kim等认为：TFE分散聚合的引发阶段是由溶解在水相的单体与水相自由基反应，形成聚合物链，并沉淀成为乳胶粒子核，乳胶粒子核通过分散在水相中形成的气泡直接与其相接触并发生链增长反应而增长，这是由于PTFE非常规整，一旦形成颗粒后其结晶度可高达90％以上，因此分散的PTFE粒子有很强的刚性，硬度很大，使得以后的单体不能扩散到颗粒内部进行反应，而只能在粒子表面进行聚合。朱友良认为PTFE的分散聚合过程分两步：单体TFE溶于水的传质过程和TFE稀水溶液聚合反应过程。这两个过程串联，当TFE溶解速度较慢，低于聚合速率时，成为传质控制；当TFE溶解速度足够快时，则成为动力学控制。不论是聚合工艺和聚合动力学研究需要，还是PTFE的性能控制要求和为了提高聚合效率都应在动力学控制的条件下进行PTFE的合成。

三、TFE分散聚合工艺

TFE分散聚合工艺过程主要由聚合、除蜡、凝聚或浓缩等工序组成。

TFE分散聚合与悬浮聚合的体系不同，通常由单体、水、乳化剂、稳定剂及其它添加剂组成。

TFE分散聚合反应前，先往聚合釜中加入无离子水、乳化剂、引发剂等助剂后，关闭聚合釜，进行保压试验，合格后用高纯氮气置换以清除釜内氧气，经多次重复抽真空，直至聚合釜内氧含量低于20mg/L为止。慢慢通人TFE单体直至聚合压力，聚合釜开始慢慢升温，使聚合釜内保持所需的温度，聚合期间连续补加TFE以维持恒定的聚合压力。当釜中通人定量的TFE后，停止进料，将釜中剩余的TFE经碱洗和干燥后返回单体储罐。

聚合反应后得到的分散液呈白色乳状。聚合反应开始后，可以根据不同的目的，追加单体、引发剂、链转移剂以及乳化剂。

PTFE 由四氟乙烯经自由基聚合而生成。其聚合方法包括本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合和乳液聚合( 亦称分散聚合) 等, 工业生产中主要采用悬浮聚合和乳液聚合。聚合一般在40～80℃, 3～26kgf/cm2 压力下, 采用无机的过硫酸盐、有机过氧化物作为引发剂进行。

四、PTFE应用

因为聚四氟乙烯在多方面的优异性能,所以它在化工、机械、电子、医学、纺织等工业中被广泛用作耐高低温材料、耐腐蚀材料、绝缘材料、医用材料、防粘涂层等。

4. 1 用作防腐材料

PTFE材料克服了普通塑料、金属等耐腐蚀能力较差的缺点, 以其卓越的耐高低温和耐腐蚀性能, 已经成为石油、化工、纺织等行业的主要耐腐蚀材料。例如, 用于制造输送腐蚀性气体的输送管、排气管、蒸汽管以及作为高压容器、阀门、泵的密封件等。

4. 2 用作无油润滑材料

因为PTFE材料的摩擦系数是已知固体材料中最低的, 所以这就使填充PTFE 材料成为机械设备零件无油润滑( 直接承受载荷) 的最理想材料。例如造纸、食品、纺织等工业领域的设备加润滑油容易使产品受到沾污, 所以使用PTFE 材料就解决了这一难题。

4. 3 用作电子设备的高级介质材料

PTFE 固有的低损耗与介电常数使其成为电线和电缆的理想绝缘材料: 其独特的多孔结构可以使损耗和失真降至最低并使信号以近光速的速度进行传输,

并且具有热稳定性和机械柔韧性。同时, 聚四氟乙烯还可以降低总体互连的尺寸和重量, 是一种良好的填充介质材料。所以聚四氟乙烯制品被广泛应用于电信、计算机、测试与测量、国防、航空与航天市场等诸多高性能、高挑战性的领域。

4. 4 用作医学材料

由于膨体P TF E 材料优良的机械性能、耐久性、稳定性和生物适应性, 不会引起机体的排斥, 对人体无生理副作用, 而且具有多微孔结构等特点, 从20 世纪70 年代开始首先被制成人造血管应用于临床, 现在, 由于其优异的性能,PTFE在医学上的应用越来越广泛。包括用于软组织再生的人造血管和补片以及用于血管、心脏、普通外科和整形外科的手术缝合等。例如, 比较常见的整容手术隆鼻和整形下颌就是采用PTFE作为填充材料。

4. 5 用作防粘材料

PTFE材料具有固体材料中最小的表面张力, 不粘附任何物质, 同时还具有耐高低温、无毒的优良特性, 所以P TF E 作为涂料常用作餐具的防粘内衬, 主要用于不粘锅和微波炉的内胆。

虽然P T F E 材料具有其它材料无法替代的优异性能, 但是本身也存在着一定的缺点, 例如: 难熔融加工性、难焊接性和冷流性。随着材料应用技术的不断发展, 这些缺点正在逐渐被克服, 从而使它在石油化工、电子、医学、光学等多种领域的应用前景更加广阔。