Способ получения мелкодисперсного порошка политетрафторэтилена Советский патент 1993 года по МПК C08F14/26 C08J5/16 

Изобретение относится к области фто- рорганической химии и может быть использовано в различных областях науки и техники, например, в виде наполнителя в композиционных материалах, гидро- и мас- лостойких покрытиях, а также в качестве смазывающего материала.

Целью предлагаемого изобретения является повышение антифрикционных показателей фторопластового материала.

Согласно предлагаемому способу исходный фторопластовый материал (марки Ф-4, Ф-4О) подвергают деструкции путем его плавления при температуре 480-540°С с последующим испарением в токе инертного газа при времени пребывания газообразных продуктов испарения полимеризованных молекул ПТФЭ (по данным газовой хроматографии и масс- спектрометрии) в зоне нагрева 0,2-3 с, исключающим полную деполимеризацию продуктов испарения до мономера (тетраф- торэтилена) с дальнейшей конденсацией данных молекул при температуре ниже температуры плавления конечного продукта, дисперсность которого регулируется от 1,5 до 0,1 мкм за счет варьирования температуры нагрева и времени пребывания газообразных продуктов в зоне нагрева в указанных пределах.Ј

Степень дисперсности конечного продукта при постоянной температуре нагрева зависит от времени пребывания продуктов испарения в зоне нагрева, так же как и от температуры нагрева исходного ПТФЭ. Очевидно, что степень дисперсности конечного продукта зависит от степени деполимеризации молекул исходного ПТФЭ.

Конденсацию полимериэованных газообразных молекул наиболее целесообразно осуществлять при комнатной температуре, так как с дальнейшим ростом температуры конденсации до температуры плавления конечного продукта заметно увеличивается доля разложения конденсата до мономеров и олигомеров.

Способ осуществляют следующим образом.

СО

W

Предварительно измельченные отходы ПТФЭ (Ф-4, Ф-4О) подают шнековым питателем в проточный кварцевый реактор и нагревают до 480-540°С в токе сухого инертного газа. Во избежание полного разложения фторопласта-4,4D до мономеров и олигомеров, а также с целью регулировки дисперсности конечного продукта, продукты разложения выводятся из зоны реакции потоком сухого инертного газа с различной скоростью, обеспечивающей время нахождения продуктов разложения в зоне нагрева от 0,2 до 3 с, и конденсируются на охлаждаемых ниже 290°С (температура плавления целевого продукта) стенках реактора в виде белого тонкодисперсного порошка с размером частей 0,1-1 мкм. Газообразные продукты термического разложения фторопласта-4 ( и его производные) подвергаются утилизации обычными методами. В результате, выход основного компонента в среднем составляет 75-80%, степень переработки исходного сырья достигает 95-99%, что свидетельствует о безотходности предлагаемого способа и экологической чистоте технологического процесса.

Пример 100 г стружки фторопласта 4, полученной после обработки изделия на токарном станке, помещают в проточный реактор и нагревают до 500±3°С с одновременной подачей азота, осушенного над серной кислотой, со скоростью 300 мл/мин. Такая скорость потока соответствует нахождению продуктов разложения фторопласта- 4 в зоне реакции в течение 0,2 с. В результате реакции происходит образование белого тумака и идет конденсация на охлаждаемых водой до 20°С частях реактора тонкодисперсного белого порошка фтор- полимера.

Размер частиц, определенный с помощью микроскопа BS-540, составляет 0,5- 1,0 мкм.

П р и м е р 2. Аналогично примеру 1, но скорость потока азота 120 мл/мин, соответственно время нахождения продуктов сублимации в зоне нагрева 0,5 с. Размер полученных частиц ПТФЭ 0,3-0,8 мхм.

ПримерЗ. Аналогично примеру 1, но скорость потока азота 80 мл/мин, что соответствует времени нахождения продуктов разложения фторопласта-4 в зоне реакции в течение 0,8 с. Размер частиц составляет 0,2-0,5 мкм.

П р и м е р 4. 100 г стружки фторопласта-4 помещают в проточный кварцевый реактор и нагревают до 485°С одновременно с подачей осушенного над серной кислотой азота, скорость потока азота 120 мл/мин. Тонкодисперсный порошок ПТФЭ осаждается на стенках реактора, охлаждаемых до 20°С. Реакция заканчивается через б ч, выход продукта 10 г/ч. Размер частиц ПТФЭ 0,5-1,5 мкм.

Пример 5.100 г стружки фторопласта- 4 помещают в проточный кварцевый реактор, нагревают до 490°С с одновременной подачей азота, осушенного над серной кислотой, скорость потока азота 120 мл/мин.

Реакция заканчивается через 4 ч. выход продукта составил 12 г/ч. Размер частиц ПТФЭ 0,3-10 мкм.

Примерб. 100 г стружки фторопласта- 4 помещают в проточный кварцевый реак5 тор и нагревают одновременно с подачей азота, осушенного над серной кислотой. Скорость подачи газа 120 мл/мин. Разложение фторопласта-4 проводят при температуре 510°С. На охлажденных, водой до

0 комнатной температуры (20°С) частях реактора образовывается белый порошок. Реакция закончилась через 1,5 ч, размер частиц составил 0,1-0,5 мкм. Выход продукта 25 г/ч.

5 П р и м е р 7. 100 г стружки фторопласта- 4 помещают в проточный кварцевый реактор и нагревают до 515°С одновременно с подачей осушенного над серной кислотой азота. Скорость потока азота 120 мл/мин.

0 Тонкодисперсный порошок ПТФЭ осаждается на стенках реактора, охлаждаемых до 20°С. Полное разложение стружки происходит за 1 ч. Размер частиц ПТФЭ 0,1-0,3 мкм. . Выход продукта составил 20 г/ч.

5 П р и м е р 8. 100 г технологических отходов (в виде стружки) фторопластовых материалов марки Ф-4 помещают в проточный реактор и нагревают при температуре 540°С с подачей газообразного азота со

0 скоростью 120 мл/мин. Такая скорость потока соответствует времени нахождения продуктов испарения в зоне нагрева в течение 0,5 с. Мелкодисперсный порошок политетрафторэтилена осаждается на стенках

5 реактора, охлажденного до 20°С. Размер частиц 0,1-0,3 мкм. Полное испарение происходит за 0,5 ч, выход продукта 10 г.

Определение антифрикционных показателей полученного мелкодисперсного по0 рошка ПТФЭ проводилось на машине трения типа Штифт-диск (штифт-сталь 40Х, твердость 717 НВ, диаметром 50 мм, диск бронза Бр ОЦС4-2/4-17 с сгв 15 кгс/мм ). Коэффициент трения при нагрузке

5 80 кгс был равен 0,005.

П р и м е р 9. Аналогично примеру 8, но температура нагрева равна 480°С. Размер частиц 0,5-1,5 мкм. Реакция заканчивается через 6 час, выход продукта 10 г/час. В качестве исходного фторопластового материала использовали марку Ф-42 (ГОСТ 25428- 82) в виде порошка. Газ носитель-аргон. Коэффициент трения 0,005 (методика определения описана в примере 8).

Примерю. Аналогично примеру 8, но температура конденсации 100 С. Размер частиц 0,1-0,3 мкм, испарение происходит за 0,5 ч, выход продукта менее 8 г. В качестве исходного фторопластового материала использовали марку Ф-4МБ (ОСТ 6-05-400- 78) в виде кусков. Газ носитель-гелий. Коэффициент трения 0,005.

П р и м е р 11. Аналогично примеру 8, но температура конденсации 0°С. Полное испарение происходит за 0,5 ч, выход 11 г/ч. В качестве исходного фторопластового материала использовали смесь стружки (Ф-4), порошка (Ф-42), кусков (Ф-4МБ). Газ носитель-аргон. Коэффициент трения 0,005.

П р и м е р 12. Аналогично примеру 1, но скорость потока азота 20 мл/мин, что соответствует 3 сек. пребывания продуктов испарения в зоне нагрева 500°С, размер частиц 0,1-0,2 мкм, выход 4 г/ч. В качестве исходного фторопластового материала ис- пользовали марку Ф-4Д(1) в виде порошка. Коэффициент трения равен 0,005.

Выбранный температурный интервал испарения 480-540°С обусловлен тем, что ниже 480°С скорость испарения невелика и, следовательно, низка производительность, а выше 540°С производительность тоже мала в связи с увеличением степени разложения полимерных молекул политетрафторэтилена до мономера.

Интервал температуры конденсации 100-0°С обусловлен тем, что свыше 100°С происходит увеличение потерь конечного продукта, а ниже 0°С выход конечного продукта увеличивается несущественно. Выход конечного продукта при нагревании 100 г технологических отходов при 500°С, температуре конденсации 20°С, времени пребывания в зоне нагрева 0,2; 0,8; 3 с (см. примеры 1,3, 11) соответственно равен 23 г/ч. 15 г/ч, 3 г/ч.

Временной интервал пребывания в зоне нагрева продуктов испарения от 0,2-3 с выбран с учетом того, что для достижения времени пребывания менее 0,2 с требуется дополнительный нагрев подаваемого в реактор инертного газа, а свыше 3 с резко падает выход конечного продукта.

Структурны исследования мелкодисперсного порошка политетрафторэтилена проводились методом малоуглового рассеяния.

Сравнение антифрикционных свойств выпускаемого промышленностью мелкодисперсного порошка ПТФЭ марки Ф-4Д с получаемым по данному способу показали, что коэффициент трения для Ф-4Д равен 0,008, а для мелкодисперсного порошка ПТФЭ, получаемого по заявляемому способу, равен 0,005.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Способ получения мелкодисперсного порошка политетрафторэтилена, о т л и ч а- ю щ и и с я тем, что, с целью повышения антифрикционных показателей фторОпла- стовый материал нагревают до температуры 480 540°С с последующим испарением в токе инертного газа при времени пребывания продуктов испарения в зоне нагрева 0,2-3 с с дальнейшей конденсацией мелкодисперсного порошка политетрафторэтилена на стенках реактора, охлаждаемых до 0-100°С.

Использование: в качестве антифрикционного материала. Сущность изобретения: нагревание фторопластового материала до температуры 480-540°С с последующим испарением в токе инертного газа при времени пребывания продуктов реакции в зоне нагрева 0,2-0,3 сек. с дальнейшей конденсацией мелкодисперсного порошка политетрафторэтилена на стенках реактора, охлаждаемых до 0 - 100°С.