CN103191820A - 紫外线结合臭氧制备ptfe超细粉的方法 - Google Patents

Abstract

一种紫外线结合臭氧制备PTFE的方法，具体为：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；然后放到紫外线辐照箱的平台上的托盘中；向所述紫外线辐照箱通入的臭氧，密闭所述紫外线辐照箱；用紫外线连续辐照8-12小时；辐照完毕，排出废气；取出并放入气流粉碎系统，充分粉碎即可得到粒径在0.2-5μm的聚四氟乙烯超细粉。采用上述技术方案，本发明既能高效的生产聚四氟乙烯超细粉，又能够有效降低成本的生产技术。

Description

紫外线结合臭氧制备PTFE超细粉的方法

技术领域

本发明涉及聚四氟乙烯超细粉的制备方法，具体而言，涉及紫外线辐照结合臭氧制备聚四氟乙烯超细粉的方法。

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，树脂很容易附在一起，不易分散。PTFE超细粉（微粉）是低分子量的聚四氟乙烯，达到超细程度的PTFE超细粉，分子量低于1万以下，粒径在0.5-15μm的PTFE微粉系列，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明显等等。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。与塑料或橡胶混合时可用各种典型的粉末加工方法，如共混等，在油和油脂中添加聚四氟乙烯超细粉，可降低摩擦系数，只要加百分之几，就可提高润滑油的寿命。其有机溶剂分散液还可作脱模剂。

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TFE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降解，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降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并严格控制。

发明内容

本发明的目的在于，提供了一种紫外线辐照结合臭氧制备聚四氟乙烯超细粉的方法，所述方法既能高效地生产聚四氟乙烯超细粉，又能明显降低生产成本。

本发明所提供的紫外线结合臭氧制备PTFE的方法，主要包括以下步骤：

1）将干燥的聚四氟乙烯原料用耐低温容器包装后置于液氮中，急冷后取出；

2）将所述急冷处理后的聚四氟乙烯原料用粉碎机进行粉碎，粉碎后粒径为100-1000μm；

3）将所述粉碎后的聚四氟乙烯原料放到紫外线辐照箱的平台上的托盘中，所述托盘中聚四氟乙烯原料的厚度为200mm-300mm；

4）向所述紫外线辐照箱通入臭氧，密闭所述紫外线辐照箱，所通入的臭氧与所述托盘中聚四氟乙烯原料的重量比为0.1%-0.5%；

5）开启紫外线发生装置，连续辐照8-12小时；

6）辐照完毕后，打开上述紫外线辐照箱的排气机构，将辐照过程中产生的废气排出；

7）打开所述紫外线辐照箱，取出上述托盘，并将辐照后的聚四氟乙烯放入气流粉碎系统，经过充分粉碎，得到粒径在0.2-5μm的聚四氟乙烯超细粉。

进一步地，所述紫外线辐照箱的箱体内设有紫外线发生装置，且紫外线辐照箱的箱体内底部为一平台，所述紫外线辐照箱一侧设有箱门，且在箱体上设置有至少1个排气机构和至少一个臭氧充入口。

进一步地，所述紫外线发生装置包括4个或5个无极灯，所述无极灯为400W，波长为184.9nm或253.7nm。

进一步地，所述排气机构在辐照过程中为密闭状态，在辐照结束后为开启状态。

进一步地，所述气流粉碎系统包含气流粉碎机，所述气流粉碎机包含气流喷嘴、粉碎室，压缩空气通过喷嘴高速喷射入粉碎室，在多股高压气流的交汇点处，经辐照过的所述聚四氟乙烯原料被反复碰撞、磨擦、剪切而粉碎。

进一步地，所述气流粉碎系统还包含：

旋风分离器、除尘器和引风机；

所述气流粉碎机还包含分级室，在粉碎室粉碎后的聚四氟乙烯在引风机作用下运动至分级室，在分级轮作用下，使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，不符合粒度要求的粗颗粒下降至粉碎室继续粉碎。

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，所述干燥过滤装置位于喷嘴前。

根据本发明提供的聚四氟乙烯超细粉的制备方法，采用紫外线和臭氧结合的方法，利用臭氧的强氧化性，通过紫外线与臭氧的双重协同氧化反应，把高分子的聚四佛乙烯降解为低分子的聚四佛乙烯超细粉，与单纯采用紫外线辐照相比，可增加聚四氟乙烯的降解率，降低辐照时间从而提高了生产效率，保证获得尺寸符合要求的低分子的聚四氟乙烯超细粉，且制造过程可严格进行控制，保证生产质量。

具体实施方式

为了使本发明目的、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。

本发明提供的紫外线结合臭氧制备PTFE超细粉的方法，其步骤包含：

1）急冷处理：将干燥的聚四氟乙烯原料用耐低温容器包装后置于液氮中，急冷后取出；

2）初步粉碎：将所述急冷处理后的聚四氟乙烯原料用粉碎机进行粉碎，粉碎后粒径为100-1000μm；

3）将所述粉碎后的聚四氟乙烯原料放到紫外线辐照箱的平台上的托盘中，所述托盘中聚四氟乙烯原料的厚度为200mm-300mm；

4）向所述紫外线辐照箱通入臭氧，密闭所述紫外线辐照箱，所通入的臭氧与所述托盘中聚四氟乙烯原料的重量比为0.1%-0.5%；

5）辐照：开启紫外线发生装置，连续辐照8-12小时；

6）排气：辐照完毕后，打开上述紫外线辐照箱的排气机构，将辐照过程中产生的废气排出；

7）气流粉碎：打开所述紫外线辐照箱，取出上述托盘，并将辐照后的聚四氟乙烯放入气流粉碎系统，经过充分粉碎，得到粒径在0.2-5μm的聚四氟乙烯超细粉。

其中，所述紫外线辐照箱优选为外形尺寸约为2000×10000×1000mm的箱子，紫外线发生装置安装在箱体内顶部，箱体内底部为一平台，紫外线辐照箱侧面设置有门（可打开放置和取出物料），在箱体顶部具有至少1个排气机构。其中，所述紫外线发生装置优选包括4-5个400W，波长设定为184.9nm或253.7nm的无极灯，所述排气机构进一步优选为，可以在辐照过程中是密闭状态，在辐照结束后为开启状态。

其中，所述气流粉碎系统包含气流粉碎机，所述气流粉碎机包含气流喷嘴、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，经辐照过的所述聚四氟乙烯原料被反复碰撞、磨擦、剪切而粉碎。

所述气流粉碎系统还可以包括旋风分离器、除尘器和引风机。所述气流粉碎机优选为具有气流喷嘴、粉碎腔（粉碎区）、分级区。压缩空气通过喷嘴高速喷射入粉碎腔，形成多股交叉的高压气流，在多股高压气流的交汇点处，经辐照过的聚四氟乙烯原料被反复碰撞、磨擦、剪切而粉碎，粉碎后的聚四氟乙烯在引风机抽力作用下随上升气流运动至分级区，在高速旋转的分级涡轮产生的强大离心力作用下，根据粗细度（粒径大小）使聚四氟乙烯颗粒分离，符合粒度要求（小于5μm）的细颗粒通过分级轮进入除尘器收集，粗颗粒下降至粉碎腔继续粉碎。所述气流粉碎机的气流喷嘴优选为拉瓦尔喷嘴，为保证粉碎效果更好，还可以在喷嘴前安置过滤干燥装置（进一步减小待粉碎颗粒的湿度）。气

实施例一

一种紫外线结合臭氧制备PTFE超细粉的方法，包括下列步骤：

1）急冷处理：将干燥的聚四氟乙烯原料用耐低温容器包装后置于液氮中，急冷后取出；使聚四氟乙烯原料更易于粉碎；

2）初步粉碎：将所述急冷处理后的聚四氟乙烯原料用粉碎机进行粉碎，粉碎后粒径为100-1000μm；

3）将所述粉碎后的聚四氟乙烯原料放到紫外线辐照箱的平台上的托盘中；

4）向所述紫外线辐照箱通入臭氧，密闭所述紫外线辐照箱，所通入的臭氧与所述托盘中聚四氟乙烯原料的重量比为0.1%；

5）紫外线辐照：开启箱子顶部的5个紫外线准分子灯（优选400W，且紫外线准分子灯的波长为184.9nm或253.7nm），连续辐照8小时；

6）排气：在辐照完毕后，打开上述紫外线辐照箱的排气机构，将辐照过程中产生的废气排出；

7）气流粉碎：打开所述紫外线辐照箱，取出上述托盘，并将辐照后的聚四氟乙烯放入气流粉碎系统，经过充分粉碎即可得到粒径在0.2-5μm的聚四氟乙烯超细粉。

上述气流粉碎机包括螺旋加料器、气流喷嘴、粉碎室、分级室、引风机，气流粉碎机的气流喷嘴为拉瓦尔喷嘴。气流粉碎机还具有干燥过滤装置，位于喷嘴前。辐照好的聚四氟乙烯放入气流粉碎机，通过螺旋加料器进入粉碎室，压缩空气通过特殊配置的超音速拉瓦尔喷嘴向粉碎室高速喷射，经辐照过的聚四氟乙烯细粉颗粒在超音速喷射流中加速，并在喷嘴交汇处反复冲击、碰撞，达到粉碎。被粉碎的物料随上升气流进入分级室，由于分级转子高速旋转，粒子既受到分级转子的离心力，又受到气流粘性作用产生的向心力，当粒子受到的离心力大于向心力，即分级径以上的粗粒子返回粉碎室继续冲击粉碎，分级径以下的细粒子随气流进入旋风分离器、除尘器收集，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，大约在10%-20%，气体由引风机排出。

实施例二

一种紫外线结合臭氧制备PTFE超细粉的方法，包括下列步骤：

1）急冷处理：将干燥的聚四氟乙烯原料用耐低温容器包装后置于液氮中，急冷后取出，使聚四氟乙烯原料更易于粉碎；

2）初步粉碎：将所述低温处理后的聚四氟乙烯原料用粉碎机进行粉碎，粉碎粒径为100-1000μm；

3）将所述粉碎后的聚四氟乙烯原料放到紫外线辐照箱的平台上的托盘中；

4）向所述紫外线辐照箱通入臭氧，密闭所述紫外线辐照箱，所通入的臭氧与所述托盘中聚四氟乙烯原料的重量比为0.3%；

5）紫外线辐照：开启设置在箱子四壁的4个低压汞灯（优选400W，且波长均为253.7nm），连续辐照10小时；

6）排气：在辐照完毕后，打开上述紫外线辐照箱的排气机构，将辐照过程中产生的废气排出；

7）气流粉碎：打开所述紫外线辐照箱，取出上述托盘，并将辐照后的聚四氟乙烯放入气流粉碎系统，经过充分粉碎即可得到粒径在0.2-5μm的聚四氟乙烯超细粉。

上述气流粉碎机包括螺旋加料器、气流喷嘴、粉碎室、分级室、引风机，气流粉碎机的气流喷嘴为拉瓦尔喷嘴。气流粉碎机还具有干燥过滤装置，位于喷嘴前。辐照好的聚四氟乙烯放入气流粉碎机，通过螺旋加料器进入粉碎室，压缩空气通过特殊配置的超音速拉瓦尔喷嘴向粉碎室高速喷射，经辐照过的聚四氟乙烯细粉颗粒在超音速喷射流中加速，并在喷嘴交汇处反复冲击、碰撞，达到粉碎。被粉碎的物料随上升气流进入分级室，由于分级转子高速旋转，粒子既受到分级转子的离心力，又受到气流粘性作用产生的向心力，当粒子受到的离心力大于向心力，即分级径以上的粗粒子返回粉碎室继续冲击粉碎，分级径以下的细粒子随气流进入旋风分离器、除尘器收集，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，大约在10%-20%，气体由引风机排出。

实施例三

一种紫外线结合臭氧制备PTFE超细粉的方法，包括下列步骤：

1）急冷处理：将干燥地聚四氟乙烯原料用耐低温容器包装后置于液氮中，急冷后取出，使聚四氟乙烯原料更易于粉碎；

2）初步粉碎：将所述低温处理后的聚四氟乙烯原料用粉碎机进行粉碎，粉碎粒径为100-1000μm；

3）将所述粉碎后的聚四氟乙烯原料放到紫外线辐照箱的平台上的托盘中；

4）向所述紫外线辐照箱通入臭氧，密闭所述紫外线辐照箱，所通入的臭氧与所述托盘中聚四氟乙烯原料的重量比为0.5%；

5）紫外线辐照：密闭所述紫外线辐照箱，并开启4个分别位于箱子顶部和四壁的300W的强紫外线高压水银灯，连续辐照12小时；

6）排气：在辐照完毕后，打开上述紫外线辐照箱的排气机构，将辐照过程中产生的废气排出；

7）气流粉碎：打开所述紫外线辐照箱，取出上述托盘，并将辐照后的聚四氟乙烯放入气流粉碎系统，经过充分粉碎即可得到粒径在0.2-5μm的聚四氟乙烯超细粉。

上述气流粉碎机包括螺旋加料器、气流喷嘴、粉碎室、分级室、引风机，气流粉碎机的气流喷嘴为拉瓦尔喷嘴。气流粉碎机还具有干燥过滤装置，位于喷嘴前。辐照好的聚四氟乙烯放入气流粉碎机，通过螺旋加料器进入粉碎室，压缩空气通过特殊配置的超音速拉瓦尔喷嘴向粉碎室高速喷射，经辐照过的聚四氟乙烯细粉颗粒在超音速喷射流中加速，并在喷嘴交汇处反复冲击、碰撞，达到粉碎。被粉碎的物料随上升气流进入分级室，由于分级转子高速旋转，粒子既受到分级转子的离心力，又受到气流粘性作用产生的向心力，当粒子受到的离心力大于向心力，即分级径以上的粗粒子返回粉碎室继续冲击粉碎，分级径以下的细粒子随气流进入旋风分离器、除尘器收集，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，大约在10%-20%，气体由引风机排出。

实施例四

一种紫外线结合臭氧制备PTFE超细粉的方法，包括下列步骤：

1）急冷处理：将干燥地聚四氟乙烯原料用耐低温容器包装后置于液氮中，急冷后取出，使聚四氟乙烯原料更易于粉碎；

2）初步粉碎：将所述低温处理后的聚四氟乙烯原料用粉碎机进行粉碎，粉碎粒径为100-1000μm；

3）将所述粉碎后的聚四氟乙烯原料放到紫外线辐照箱的平台上的托盘中；

4）向所述紫外线辐照箱通入臭氧，密闭所述紫外线辐照箱，所通入的臭氧与所述托盘中聚四氟乙烯原料的重量比为0.5%；

5）紫外线辐照：密闭所述紫外线辐照箱，并开启5个箱子顶部的400W波长设定为184.9nm的无极灯，连续辐照12小时；

6）排气：在辐照完毕后，打开上述紫外线辐照箱的排气机构，将辐照过程中产生的废气排出；

7）气流粉碎：打开所述紫外线辐照箱，取出上述托盘，并将辐照后的聚四氟乙烯放入气流粉碎系统，经过充分粉碎即可得到粒径在0.2-5μm的聚四氟乙烯超细粉。

上述气流粉碎机包括螺旋加料器、气流喷嘴、粉碎室、分级室、引风机，气流粉碎机的气流喷嘴为拉瓦尔喷嘴。气流粉碎机还具有干燥过滤装置，位于喷嘴前。辐照好的聚四氟乙烯放入气流粉碎机，通过螺旋加料器进入粉碎室，压缩空气通过特殊配置的超音速拉瓦尔喷嘴向粉碎室高速喷射，经辐照过的聚四氟乙烯细粉颗粒在超音速喷射流中加速，并在喷嘴交汇处反复冲击、碰撞，达到粉碎。被粉碎的物料随上升气流进入分级室，由于分级转子高速旋转，粒子既受到分级转子的离心力，又受到气流粘性作用产生的向心力，当粒子受到的离心力大于向心力，即分级径以上的粗粒子返回粉碎室继续冲击粉碎，分级径以下的细粒子随气流进入旋风分离器、除尘器收集，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，大约在10%-20%，气体由引风机排出。

本实施例中采用无极灯由于无电极启动快，且可以避免启动时的压降损耗，使用寿命较长，可达5-6年的使用寿命，使本方法的成本更低。

实施例五

一种紫外线结合臭氧制备PTFE超细粉的方法，包括下列步骤：

1）急冷处理：将干燥地聚四氟乙烯原料用耐低温容器包装后置于液氮中，急冷后取出，使聚四氟乙烯原料更易于粉碎；

2）初步粉碎：将所述低温处理后的聚四氟乙烯原料用粉碎机进行粉碎，粉碎粒径为100-1000μm；

3）将所述粉碎后的聚四氟乙烯原料放到紫外线辐照箱的平台上的托盘中；

4）向所述紫外线辐照箱通入臭氧，密闭所述紫外线辐照箱，所通入的臭氧与所述托盘中聚四氟乙烯原料的重量比为0.1%；

5）紫外线辐照：密闭所述紫外线辐照箱，并开启箱子顶部的4个400W波长设定为253.7nm的无极灯，连续辐照10小时；

6）排气：在辐照完毕后，打开上述紫外线辐照箱的排气机构，将辐照过程中产生的废气排出；

7）气流粉碎：打开所述紫外线辐照箱，取出上述托盘，并将辐照后的聚四氟乙烯放入气流粉碎系统，经过充分粉碎即可得到粒径在0.2-5μm的聚四氟乙烯超细粉。

上述气流粉碎机包括螺旋加料器、气流喷嘴、粉碎室、分级室、引风机，气流粉碎机的气流喷嘴为拉瓦尔喷嘴。气流粉碎机还具有干燥过滤装置，位于喷嘴前。辐照好的聚四氟乙烯放入气流粉碎机，通过螺旋加料器进入粉碎室，压缩空气通过特殊配置的超音速拉瓦尔喷嘴向粉碎室高速喷射，经辐照过的聚四氟乙烯细粉颗粒在超音速喷射流中加速，并在喷嘴交汇处反复冲击、碰撞，达到粉碎。被粉碎的物料随上升气流进入分级室，由于分级转子高速旋转，粒子既受到分级转子的离心力，又受到气流粘性作用产生的向心力，当粒子受到的离心力大于向心力，即分级径以上的粗粒子返回粉碎室继续冲击粉碎，分级径以下的细粒子随气流进入旋风分离器、除尘器收集，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，大约在10%-20%，气体由引风机排出。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；如果不脱离本发明的精神和范围，对本发明进行修改或者等同替换，均应涵盖在本发明权利要求的保护范围当中。

Claims (8)

1.紫外线结合臭氧制备PTFE的方法，其特征在于，包含以下步骤：

1）将干燥的聚四氟乙烯原料用耐低温容器包装后置于液氮中，急冷后取出；

2）将所述急冷处理后的聚四氟乙烯原料用粉碎机进行粉碎，粉碎后粒径为100-1000μm；

3）将所述粉碎后的聚四氟乙烯原料放到紫外线辐照箱的平台上的托盘中，所述托盘中聚四氟乙烯原料的厚度为200mm-300mm；

4）向所述紫外线辐照箱通入臭氧，密闭所述紫外线辐照箱，所通入的臭氧与所述托盘中聚四氟乙烯原料的重量比为0.1%-0.5%；

5）开启紫外线发生装置，连续辐照8-12小时；

6）辐照完毕后，打开上述紫外线辐照箱的排气机构，将辐照过程中产生的废气排出；

7）打开所述紫外线辐照箱，取出上述托盘，并将辐照后的聚四氟乙烯放入气流粉碎系统，经过充分粉碎，得到粒径在0.2-5μm的聚四氟乙烯超细粉。

2.根据权利要求1所述的紫外线结合臭氧制备PTFE的方法，其特征在于，所述紫外线辐照箱的箱体内设有紫外线发生装置，且紫外线辐照箱的箱体内底部为一平台，所述紫外线辐照箱一侧设有箱门，且在箱体上设置有至少1个排气机构和至少一个臭氧充入口。

3.根据权利要求2所述的紫外线结合臭氧制备PTFE的方法，其特征在于，所述紫外线发生装置包括4个或5个无极灯，所述无极灯为400W，波长为184.9nm或253.7nm。

4.根据权利要求2所述的紫外线结合臭氧制备PTFE的方法，其特征在于，所述排气机构在辐照过程中为密闭状态，在辐照结束后为开启状态。

5.根据权利要求1所述的紫外线结合臭氧制备PTFE的方法，其特征在于，所述气流粉碎系统包含气流粉碎机，所述气流粉碎机包含气流喷嘴、粉碎室，压缩空气通过喷嘴高速喷射入粉碎室，在多股高压气流的交汇点处，经辐照过的所述聚四氟乙烯原料被反复碰撞、磨擦、剪切而粉碎。

6.根据权利要求5所述的紫外线结合臭氧制备PTFE的方法，其特征在于，所述气流粉碎系统还包含：

旋风分离器、除尘器和引风机；

所述气流粉碎机还包含分级室，在粉碎室粉碎后的聚四氟乙烯在引风机作用下运动至分级室，在分级轮作用下，使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，不符合粒度要求的粗颗粒下降至粉碎室继续粉碎。

7.根据权利要求6所述的紫外线结合臭氧制备PTFE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.根据权利要求1-7中任一权利要求所述的紫外线结合臭氧制备PTFE的方法，其特征在于，所述气流粉碎机具有干燥过滤装置，所述干燥过滤装置位于喷嘴前。