Производство политетрафторэтилена и сополимеров тетрафторэтилена в суспензии и эмульсии

Политетрафторэтилен (ПТФЭ, фторопласт-4, фторлон-4), получаемый полимеризацией тетрафторэтилена, является полностью фторированным полиэтиленом.

Тетрафторэтилен (ТФЭ) CF₂-CF₂ — бесцветный газ без запаха. Чистый ТФЭ легко полимеризуется при хранении. Поэтому в него добавляют ингибиторы (бутилмеркаптан, третичные амины и др.). С кислородом воздуха образует окись ТФЭ. При инициировании образуется ПТФЭ. Реакция протекает с большой скоростью и при значительном выделении тепла (126 кДж/моль).

В промышленных условиях производство высокомолекулярного ПТФЭ осуществляют полимеризацией ТФЭ в водной суспензии или в эмульсии. При проведении реакции в растворе обычно получают полимеры с низкой молекулярной массой, используемые в качестве масел и смазок, или низкомолекулярные жидкие вещества, например фторированные спирты H(CF₂CF₂)_nCH₂OH, где n = 1÷6, пригодные для получения гидроперфторкарбоновых кислот — эмульгаторов эмульсионной полимеризации.

Процесс производства ПТФЭ полимеризацией ТФЭ в воде под давлением до 10 МПа в присутствии инициатора, но без применения эмульгатора, носит название суспензионного. Он состоит из следующих стадий: загрузка компонентов в автоклав, полимеризация ТФЭ, выделение, промывка и сушка полимера (рис. 8.1).

В автоклав 1, предварительно продутый азотом, который не содержит кислорода,:агружают деионизированную воду, инициатор (персульфат калия) и регулятор рН cреды (буру). Затем после охлаждения и вакуумирования в автоклав вводят ТФЭ и при перемешивании поднимают температуру до 70-80 °С. Реакцию проводят под давлением 4-10 МПа. Обычно за 1 ч при 80 °С образуется 85-90 % ПТФЭ. После окончания процесса автоклав охлаждают, не вступивший в реакцию ТФЭ вытесняют азотом, суспензию полимера в воде подают на центрифугу 2 и отделяют жидкую фазу. ПТФЭ собирают в бункере3, измельчают в дробилке 4, многократно промывают горячей водой и после центрифугирования в центрифуге 5 сушат в сушилке 6 при 150°С. ПТФЭ представляет собой белый, непрозрачный, рыхлый волокнистый порошок.

Рис. 8.1. Схема производства политетрафторэтилена в суспензии: 1 — автоклав; 2, 5 — центрифуги; 3 — бункер порошка; 4 — дробилка; 6 — сушилка

Ниже приведены типовые рецептуры суспензионной (I) и эмульсионной (II) по­лимеризации теграфторэтилена и суспензионной полимеризации трифторхлорэтилена (III), масс.ч.:

Введение в водную суспензию ПТФЭ поверхностно-активных веществ в количестве 9-12% приводит к получению более концентрированных суспензий, содержащих 50-65 % полимера.

При эмульсионном способе получения ПТФЭ полимеризацию ТФЭ проводят в воде в присутствии эмульгатора (аммониевой или калиевой соли перфторкарбоновой или моногидроперфторкарбоновой кислоты) и инициатора при 55-70°С и давлении до 7 МПа в течение 25 ч. В результате реакции образуется латекс полимера в воде, содержащий частицы диаметром 0,1-1,0 мкм. Концентрирование латекса и выделение полимера после разрушения эмульсии позволяет получить тонкодисперсный порошок.

Сополимеры ТФЭ с ВДФ, ГФП, ТФХЭ и этиленом получают по аналогичным схемам.