CN103191817B - γ射线结合四氯化碳制备PTFE超细粉的方法 - Google Patents

Abstract

一种γ射线结合四氯化碳制备PTFE超细粉的方法，包括：将干燥的聚四氟乙烯原料置于液氮中急冷；再用粉碎机粉碎成粒径为100-1000μm的聚四氟乙烯粉料；然后放到钴60装置的自动流水线的盛具中；在自动流水线上先喷淋四氯化碳，然后再在通过钴60装置时进行辐照，辐照剂量40-60KGy，辐照时间根据钴60装置的放射性大小决定；自动流水线将经辐照的聚四氟乙烯粉料运输到辐照室外；放入气流粉碎系统，充分粉碎即可得到粒径在0.2-5μm的聚四氟乙烯超细粉。根据本发明提供的方法，可增加聚四氟乙烯的降解率，同时采用自动流水线也进一步提高了生产效率。

Description

γ射线结合四氯化碳制备PTFE超细粉的方法

技术领域

本发明涉及化工技术领域，特别涉及一种γ射线结合四氯化碳制备PTFE超细粉的方法。

背景技术

聚四氟乙烯（PTFE）俗称塑料王，是由四氟乙烯单体聚合而成的聚合物，有很强的凝聚性，很容易附在一起，不易分散。PTFE超细粉（微粉）是低分子量的聚四氟乙烯，分子量在1万以下，粒径在0.5-15μm之间，PTFE超细粉不仅保持着聚四氟乙烯原有的所有优良性能，还具有许多独特的性能：如无自凝聚性、无静电效应、相溶性好、分子量低、分散性好、自润滑性高、摩擦系数降低，不结团，容易与油或有机液体相混，与其它固体微粒也可均匀混合等等。PTFE超细粉平均粒径小于5μm，比表面大于10m²/g，摩擦系数0.06～0.07，润滑性好，能很好地分散在许多材料中。可用作塑料、橡胶、油墨、涂料、润滑油脂的防黏、减摩、阻燃添加剂，也可作干性润滑剂制成气溶胶等。PTFE超细粉可以单独作固体润滑剂使用，也可以作为塑料、橡胶、涂料、油墨、润滑油、润滑脂等的添加剂。可采用各种典型的粉末加工方法与塑料或橡胶混合，如共混等。在油和油脂中添加PTFE超细粉，可降低摩擦系数，只要加入百分之几，即可提高润滑油的寿命。其有机溶剂分散液还可作脱模剂。

四氯化碳(化学式：CCl₄)，也称四氯甲烷或氯烷，是一种无色、易挥发、不易燃的液体，沸点76.8℃，蒸气压15.26kPa(25℃)，蒸气密度5.3g/L。四氯化碳在辐照作用下降解为负氧离子，负氧离子不稳定，变成臭氧，臭氧是强氧化剂，易分解，在分解过程中产生的羟基自由基（.OH）具有极强的氧化能力，能把高分子化合物降解为小分子化合物。

制备PTFE超细粉的方法，决定了PTFE超细粉的结构性能、分子量及其分布。PTFE超细粉的制备方法主要有两种：1、直接用四氟乙烯调节聚合，经一定时间后终止聚合反应，产物再进行适当加工；2、用高分子量PTFE裂解，再粉碎。裂解反应制备PTFE超细粉的方法主要有热裂解和辐照裂解。辐照裂解过程中，PTFE的裂解受辐照条件的影响，辐照剂量、辐照所采用的能量来源以及氧化条件的不同，对PTFE超细粉的物理性能和化学性能均有较大影响，因此需要对PTFE辐照裂解过程中的设备和工艺条件进行优化及严格控制。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种γ射线结合四氯化碳制备PTFE超细粉的方法。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种γ射线结合四氯化碳制备PTFE超细粉的方法，包括如下步骤：

（1）将干燥的聚四氟乙烯原料用液氮进行急冷处理，将急冷处理后的聚四氟乙烯原料粉碎成粒径为100-1000μm的粉料；

（2）将聚四氟乙烯粉料放入盛具中，所述盛具密封且位于贯穿钴60辐照室的自动流水线上，其内设置有至少1个喷淋装置接口，钴60辐照室包括位于辐照室中间的至少1个钴60辐照装置、经过钴60辐照装置的自动流水线、至少1个四氯化碳喷淋装置、辐射隔离墙以及控制室；

（3）聚四氟乙烯粉料随着开启的自动流水线匀速进入辐照室，在聚四氟乙烯粉料经过至少1个钴60辐照装置时，所述至少1个四氯化碳喷淋装置向聚四氟乙烯粉料喷淋四氯化碳，喷淋的四氯化碳与聚四氟乙烯粉料的重量比为3%-8%；

（4）在经过所述至少1个钴60辐照装置时，至少1个钴60辐照装置产生的伽马射线对聚四氟乙烯粉料进行辐照，辐照剂量为40-60KGy；

（5）装有经过辐照的聚四氟乙烯粉料的盛具由自动流水线运出辐照室；

（6）用气流粉碎机将经过辐照的聚四氟乙烯粉料进行再粉碎、分级，聚四氟乙烯细粉分散成平均粒径5μm以下的聚四氟乙烯超细粉。

进一步地，所述至少1个四氯化碳喷淋装置向聚四氟乙烯粉料喷淋四氯化碳，喷淋的四氯化碳与盛具中聚四氟乙烯粉料的重量比为5%。

进一步地，所述至少1个钴60辐照装置为单栅板钴源。

进一步地，所述至少1个钴60辐照装置为双栅板钴源。

进一步地，步骤（4）还包括所述自动流水线与装有聚四氟乙烯粉料的盛具接合在一起，并在自动流水线的出口端将经过辐照的聚四氟乙烯粉料倒入步骤（5）所述的气流粉碎机的进料口。

进一步地，所述气流粉碎机包括气流喷嘴、粉碎腔，压缩空气通过喷嘴高速喷射入粉碎腔，使经过辐照的聚四氟乙烯细粉颗粒在多股高压气流的交汇点处反复碰撞、磨擦、剪切而粉碎。

进一步地，所述气流粉碎机还包括旋风分离器、除尘器和引风机；所述气流粉碎机包括分级区，在粉碎腔粉碎后的聚四氟乙烯在引风机作用下运动至分级区，在分级轮作用下，使聚四氟乙烯细粉颗粒按粒度大小分离，符合粒度要求的细颗粒通过分级轮进入旋风分离器或除尘器进行收集，旋风分离器收集细粒子中的较粗粒子，少部分超细粒子由除尘器收集，不符合粒度要求的粗颗粒下降至粉碎腔继续粉碎。

进一步地，所述气流粉碎机的气流喷嘴为拉瓦尔喷嘴。

进一步地，所述气流粉碎机具有干燥过滤装置，干燥过滤装置位于喷嘴前。

进一步地，所述自动流水线为可实现自动倒车的斗式输送机或悬挂链式输送系统。

根据本发明提供的聚四氟乙烯超细粉的制备方法，在相同的辐照条件下，可增加聚四氟乙烯的降解率，或者在降低辐照时间的情况下也能达到相同的降解率，可以较大地提高生产效率，节约生产成本，同时兼顾产品质量，保证获得的低分子量聚四氟乙烯平均粒径小于5μm，且整个制造过程严格可控。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

聚四氟乙烯的耐辐射性能较差（1000Gy），受高能辐射后引起降解，本发明利用聚四氟乙烯的这个特性采用钴60装置对聚四氟乙烯进行辐射降解处理，再用气流粉碎机进行分散处理可得到聚四氟乙烯超细粉材料。

钴-60（Co）是金属元素钴的放射性同位素之一，其半衰期为5.27年。它会透过β衰变放出能量高达315keV的高速电子成为镍-60，同时会放出两束伽马射线，其能量分别为1.17及1.33MeV。γ射线，又称γ粒子流，是波长短于0.2埃的电磁波，有很强的穿透力。

经过辐照降解后，聚四氟乙烯由高分子变成低分子，但低分子的聚四氟乙烯仍然团聚在一起，没有分散成小分子的超细粉。为了能得到超细粉，必须把辐照降解后的低分子的聚四氟乙烯经过气流粉碎及粉碎。

本发明下述实施例中所使用的气流粉碎机包括气流喷嘴、粉碎腔，压缩空气通过喷嘴高速喷射入粉碎腔，在多股高压气流的交汇点处，经辐照过的聚四氟乙烯细粉颗粒被反复碰撞、磨擦、剪切而粉碎。其中，气流粉碎机的气流喷嘴为拉瓦尔喷嘴，其前方设置有干燥过滤装置。气流粉碎机还包括旋风分离器、除尘器和引风机。气流粉碎机还包括分级区，在粉碎腔粉碎后的聚四氟乙烯在引风机作用下运动至分级区，在高速旋转的分级涡轮产生的离心力作用下，聚四氟乙烯颗粒按粒度大小分离，符合粒度要求的细颗粒通过分级轮进入旋风分离器或除尘器进行收集，旋风分离器收集细粒子中的较粗粒子，少部分超细粒子由除尘器收集，不符合粒度要求的粗颗粒下降至粉碎腔继续粉碎。

实施例一

一种聚四氟乙烯超细粉的制备方法，包括如下步骤：

（1）将干燥的聚四氟乙烯原料用液氮进行低温冷处理；将低温处理后的聚四氟乙烯原料粉碎成粒径为100-1000μm的粉料；

（2）将聚四氟乙烯粉料放入盛具中，盛具是位于贯穿钴60辐照室的斗式输送机上的货斗，钴60辐照室包括位于辐照室中间的1个单栅板钴源，经过单栅板钴源的斗式输送机，位于自动流水线上并邻近所述钴60辐照装置的至少1个四氯化碳喷淋装置，辐射隔离墙和控制室；

（3）聚四氟乙烯粉料随着开启的斗式输送机匀速进入辐照室，至少1个四氯化碳喷淋装置在聚四氟乙烯粉料经过时向其喷淋四氯化碳，喷淋的四氯化碳与聚四氟乙烯粉料的重量比为8%；

（4）在经过单栅板钴源时，单栅板钴源产生的伽马射线对聚四氟乙烯粉料进行辐照，辐照剂量为40KGy，斗式输送机的速度由单栅板钴源的放射性大小决定，并由控制室控制；

（5）装有经过辐照的聚四氟乙烯粉料的货斗由斗式输送机运出辐照室，并将经辐照的聚四氟乙烯粉料卸在气流粉碎原料区；

（6）用气流粉碎机对经辐照的聚四氟乙烯细粉进行再粉碎、分级，聚四氟乙烯细粉分散成平均粒径在5μm以下的聚四氟乙烯超细粉。

实施例二：

一种聚四氟乙烯超细粉的制备方法，包括如下步骤：

（1）步骤（1）与实施例一相同；

（2）将聚四氟乙烯粉料放入盛具中，盛具是位于贯穿钴60辐照室的斗式输送机上的货斗，钴60辐照室包括位于辐照室中间的2个单栅板钴源，经过单栅板钴源的斗式输送机，位于自动流水线上并邻近钴60辐照装置的1个四氯化碳喷淋装置，辐射隔离墙和控制室；

（3）聚四氟乙烯粉料随着开启的斗式输送机匀速进入辐照室，2个四氯化碳喷淋装置在聚四氟乙烯粉料经过时向其喷淋四氯化碳，喷淋的四氯化碳与聚四氟乙烯粉料的重量比为8%；

（4）在喷淋四氯化碳之后，聚四氟乙烯粉料继续随斗式输送机继续移动，在经过单栅板钴源时，单栅板钴源产生的伽马射线对聚四氟乙烯粉料进行辐照，辐照剂量为60KGy，斗式输送机的速度由单栅板钴源的放射性大小决定，并由控制室控制；

步骤（5）至（6）与实施例一相同。

实施例三：

一种聚四氟乙烯超细粉的制备方法，包括如下步骤：

（1）步骤（1）与实施例一相同；

（2）将聚四氟乙烯粉料放入盛具中，盛具是位于贯穿钴60辐照室的悬挂链式输送系统上的货斗，钴60辐照室包括位于辐照室中间的1个双栅板钴源，经过双栅板钴源的悬挂链式输送系统，位于悬挂链式输送系统并邻近双栅板钴源的1个四氯化碳喷淋装置，辐射隔离墙和控制室；

（3）聚四氟乙烯粉料随着开启的悬挂链式输送系统匀速进入辐照室，至少1个四氯化碳喷淋装置在聚四氟乙烯粉料经过时向其喷淋四氯化碳，喷淋的四氯化碳与聚四氟乙烯粉料的重量比为3%；

（4）聚四氟乙烯粉料随悬挂链式输送系统继续移动，在经过双栅板钴源时，双栅板钴源产生的伽马射线对聚四氟乙烯粉料进行辐照，辐照剂量为50KGy，悬挂链式输送系统的速度由双栅板钴源的放射性大小决定，并由控制室控制；

步骤（5）至（6）与实施例一相同。

实施例四：

一种聚四氟乙烯超细粉的制备方法，包括如下步骤：

（1）步骤（1）与实施例一相同；

（2）将聚四氟乙烯粉料放入盛具中，盛具是位于贯穿钴60辐照室的悬挂链式输送系统上的货斗，钴60辐照室包括位于辐照室中间的3个单栅板钴源，经过单栅板钴源的悬挂链式输送系统，位于悬挂链式输送系统上方并邻近单栅板钴源的2个四氯化碳喷淋装置，辐射隔离墙和控制室；

（3）聚四氟乙烯粉料随着开启的悬挂链式输送系统匀速进入辐照室，2个四氯化碳喷淋装置在聚四氟乙烯粉料经过时向其喷淋四氯化碳，喷淋的四氯化碳与聚四氟乙烯粉料的重量比为5%；

（4）聚四氟乙烯粉料随着悬挂链式输送系统继续移动，在经过单栅板钴源时，单栅板钴源产生的伽马射线对聚四氟乙烯粉料进行辐照，辐照剂量为60KGy，悬挂链式输送系统的速度由单栅板钴源的放射性大小决定，并由控制室控制；

步骤（5）至（6）与实施例一相同。

实施例五：

一种聚四氟乙烯超细粉的制备方法，包括如下步骤：

（1）步骤（1）与实施例一相同；

（2）将聚四氟乙烯粉料放入盛具中，盛具是位于贯穿钴60辐照室的悬挂链式输送系统上的货斗，钴60辐照室包括位于辐照室中间的2个双栅板钴源，经过双栅板钴源的悬挂链式输送系统，位于自动流水线并邻近双栅板钴源的3个四氯化碳喷淋装置，辐射隔离墙和控制室；

（3）聚四氟乙烯粉料随着开启的悬挂链式输送系统匀速进入辐照室，四氯化碳喷淋装置在聚四氟乙烯粉料经过时向其喷淋四氯化碳，喷淋的四氯化碳与聚四氟乙烯粉料的重量比为8%；

（4）聚四氟乙烯粉料随着悬挂链式输送系统继续前行，在经过双栅板钴源时，双栅板钴源产生的伽马射线对聚四氟乙烯粉料进行辐照，辐照剂量为60KGy，悬挂链式输送系统的速度由双栅板钴源的放射性大小决定，并由控制室控制；

步骤（5）至（6）与实施例一相同。

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种γ射线结合四氯化碳制备PTFE超细粉的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将干燥的聚四氟乙烯原料用液氮进行急冷处理，将急冷处理后的聚四氟乙烯原料粉碎成粒径为100-1000μm的粉料；

(2)将聚四氟乙烯粉料放入盛具中，所述盛具密封且位于贯穿钴60辐照室的自动流水线上，其内设置有至少1个喷淋装置接口，钴60辐照室包括位于辐照室中间的至少1个钴60辐照装置、经过钴60辐照装置的自动流水线、至少1个四氯化碳喷淋装置、辐射隔离墙以及控制室；

(3)聚四氟乙烯粉料随着开启的自动流水线匀速进入辐照室，在聚四氟乙烯粉料经过至少1个钴60辐照装置时，所述至少1个四氯化碳喷淋装置向聚四氟乙烯粉料喷淋四氯化碳，喷淋的四氯化碳与聚四氟乙烯粉料的重量比为3％-8％；

(4)在经过所述至少1个钴60辐照装置时，至少1个钴60辐照装置产生的伽马射线对聚四氟乙烯粉料进行辐照，辐照剂量为40-60KGy，聚四氟乙烯粉料输送系统的速度由钴60辐照装置的放射性大小决定，并由控制室控制；

(5)装有经过辐照的聚四氟乙烯粉料的盛具由自动流水线运出辐照室；

(6)用具有干燥过滤装置的气流粉碎机将经过辐照的聚四氟乙烯粉料进行再粉碎、分级，聚四氟乙烯细粉分散成平均粒径5μm以下的聚四氟乙烯超细粉，所述气流粉碎机包括气流喷嘴、粉碎腔，压缩空气通过喷嘴高速喷射入粉碎腔，使经过辐照的聚四氟乙烯细粉颗粒在多股高压气流的交汇点处反复碰撞、磨擦、剪切而粉碎，所述干燥过滤装置位于喷嘴前。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少1个四氯化碳喷淋装置向聚四氟乙烯粉料喷淋四氯化碳，喷淋的四氯化碳与聚四氟乙烯粉料的重量比为5％。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少1个钴60辐照装置为单栅板钴源。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少1个钴60辐照装置为双栅板钴源。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)还包括所述自动流水线与装有聚四氟乙烯粉料的盛具接合在一起，并在自动流水线的出口端将经过辐照的聚四氟乙烯粉料倒入步骤(5)所述的气流粉碎机的进料口。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述气流粉碎机还包括旋风分离器、除尘器和引风机；所述气流粉碎机包括分级区，在粉碎腔粉碎后的聚四氟乙烯在引风机作用下运动至分级区，在分级轮作用下，使聚四氟乙烯细粉颗粒按粒度大小分离，符合粒度要求的细颗粒通过分级轮进入旋风分离器或除尘器进行收集，不符合粒度要求的粗颗粒下降至粉碎腔继续粉碎。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述气流粉碎机的气流喷嘴为拉瓦尔喷嘴。

8.如权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，所述自动流水线为可实现自动倒车的斗式输送机或悬挂链式输送系统。