CN107236063B - 一种低分子量聚四氟乙烯的制备方法 - Google Patents
一种低分子量聚四氟乙烯的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种低分子量聚四氟乙烯的制备方法,包括以下步骤:(1)将1‑苯基咪唑、溴代正丁烷反应得到中间物;(2)将中间物与四氟硼酸钠反应得到1‑丁基‑3‑苯基咪唑四氟硼酸盐离子液体;(3)将聚四氟乙烯边角料粉末、离子液体加入去离子水,加热后搅拌,将产物抽滤后真空干燥,研磨后得到预处理聚四氟乙烯粉末;(4)将预处理聚四氟乙烯粉末压制成聚四氟乙烯方板,置于真空包装箱内,开启电子加速器进行辐照得到聚四氟乙烯细粉;(5)将聚四氟乙烯细粉用气流粉碎机粉碎,经由电磁震荡器转入气流磨中,通过旋风分离装置分离得到低分子量聚四氟乙烯。本发明的成本较低,辐照降解率较高,得到的低分子量聚四氟乙烯的粒径较小,且耐磨性能较强。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚四氟乙烯的制备方法。
背景技术
聚四氟乙烯(PTFE)超细粉是低分子质量的细粉,又叫“PTFE蜡”。普通的PTFE树脂相对分子质量为几百万到一千万,在360℃下粘度约1010Pa.s。市场上销售的树脂粉末粒径一般都在15-800nm,被广泛应用于制造密封件,滑动材料,软管,电线电缆等。PTFE超细粉的相对分子质量则是普通高分子量PTFE产品的百分之一,约3万-20万,平均粒径为0.1-20μm,其结晶性和分散性很高,能均匀地与其它材料共混。与普通高分子量的PTFE相比,PTFE超细粉的使用温度范围、耐候性、耐化学药品性、滑动性、不粘性完全与高分子质量的PTFE相同,因而被广泛使用于各类物质的添加剂,。
目前全球氟树脂的消费量约为12万t,其中70%左右为聚四氟乙烯(PTFE),我国PTFE的生产能力已达到7000t/a,每年大约有1000t左右的废旧PTFE有待回收利用。PTFE极其稳定,在自然环境中几十年都不会降解,给自然环境带来不利的影响;此外,PTFE价格昂贵,目前废旧PTFE的市场价格为5~10元/kg。所以,回收利用废旧PTFE,通过辐照降解和气流粉粹技术制备成PTFE超微粉末,不但有很高的经济价值,而且还有深远的环境意义。由于PTFE分子结构的特殊性,直接进行辐照降解的效果不佳,辐照降解率不高,而且得到的超细粉的粒径不够小。
公开号为CN102672968A、公开日为2012.09.19、申请人为四川久远科技股份有限公司的中国发明公开了“一种聚四氟乙烯辐照裂解制造超细粉的方法”,其特征是:将聚四氟乙烯原料进行干燥;将干燥后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用粉碎机进行粉碎,粉碎成粒径为100~1000μm的粉料;在气体保护下,将粉料进行密封包装;将包装好的粉料放入电子加速器辐照系统进行辐照裂解;将辐照后的粉料通过气流粉碎机进行气流粉碎分级,即制得粒径可达到0.2~3μm的聚四氟乙烯超细粉。该发明存在的问题是:该发明采取的是先用液氮进行低温冷处理再进行辐照降解,因此制造成本较高,而且实际降解率仍不理想;虽然该发明所制造得到的聚四氟乙烯超细粉的平均粒径较小,但是该超细粉的耐磨性能不佳。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种低分子量聚四氟乙烯的制备方法,该制备方法的成本较低,辐照降解率较高,得到的低分子量聚四氟乙烯的粒径较小,且耐磨性能较强。
为解决上述技术问题,本发明的技术方案是:
一种低分子量聚四氟乙烯的制备方法,包括以下步骤:
(1)将1-苯基咪唑、溴代正丁烷加入四氢呋喃中,通氮气保护下加热至85℃,搅拌反应9小时,将产物静置分层得到上层和下层,弃去上层后将下层用乙酸乙酯重结晶得到中间物;
(2)将中间物溶于蒸馏水中,加入四氟硼酸钠后室温搅拌12小时,将产物静置分层得到水层和有机层,弃去水层后将二氯甲烷加入有机层,搅拌30分钟后过滤,减压蒸除二氯甲烷后90℃下真空干燥20小时得到1-丁基-3-苯基咪唑四氟硼酸盐离子液体;
(3)将聚四氟乙烯边角料粉末、1-丁基-3-苯基咪唑四氟硼酸盐离子液体加入去离子水中,加热至65℃后搅拌2小时,将产物抽滤后90℃下真空干燥20小时,研磨后得到预处理聚四氟乙烯粉末;
(4)将预处理聚四氟乙烯粉末压制成聚四氟乙烯方板,将聚四氟乙烯方板置于真空包装箱内,将真空包装箱置于循环小车上,开启电子加速器对循环小车上的真空包装箱进行辐照得到聚四氟乙烯细粉;
(5)将聚四氟乙烯细粉用气流粉碎机粉碎,然后经由电磁震荡器转入气流磨中,最后通过旋风分离装置分离得到低分子量聚四氟乙烯。
优选地,本发明所述步骤(1)中,1-苯基咪唑、溴代正丁烷的摩尔比为1:1.15。
优选地,本发明所述步骤(2)中,中间物、四氟硼酸钠的摩尔比为1:1.15。
优选地,本发明所述步骤(3)中,聚四氟乙烯边角料粉末、1-丁基-3-苯基咪唑四氟硼酸盐离子液体的质量比为1:(0.8-1.2)。
最优地,本发明所述步骤(3)中,聚四氟乙烯边角料粉末、1-丁基-3-苯基咪唑四氟硼酸盐离子液体的质量比为1:1.1。
优选地,本发明所述步骤(4)中,电子加速器的总辐照剂量为50kGy,辐照次数为2次。
优选地,本发明所述步骤(5)中,气流粉碎机的气流粉碎压力为0.8MPa。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
1)本发明先用1-苯基咪唑、溴代正丁烷反应制得中间物,然后用中间物与四氟硼酸钠反应制得1-丁基-3-苯基咪唑四氟硼酸盐离子液体,再用该离子液体对聚四氟乙烯边角料粉末进行预降解,将原料先降解得到分子量降低了一个数量级的预处理聚四氟乙烯粉末,再将其进行辐照降解得到了粒径较小(平均粒径为0.2-5μm)的低分子量聚四氟乙烯,离子液体的预降解处理有效提高了辐照降解率,而且降低了辐照剂量(50kGy)、辐照次数(2次)以及气流粉碎机的气流粉碎压力(0.8MPa),因此成本较低。
2)聚四氟乙烯虽然具有优异的自润滑性能和较低的摩擦系数,但是其在摩擦过程中表面形成转移膜的附着能力较差,因此耐磨性能不佳,而本发明的预降解过程中部分离子液体与聚四氟乙烯结合,离子液体能改善聚四氟乙烯在摩擦过程中表面形成转移膜的附着能力,从而有效提高低分子量聚四氟乙烯的耐磨性能。
3)聚四氟乙烯的电绝缘性能很好,反而使其在摩擦过程中极易产生积累静电荷,造成吸尘、电击、火花甚至爆炸等事故,而本发明所使用的离子液体能有效降低聚四氟乙烯的表面电阻,从而大大降低聚四氟乙烯在摩擦过程中产生积累的静电荷,使得低分子量聚四氟乙烯具有了良好的抗静电性能;
4)发明所使用的离子液体结构中含有咪唑苯环,因此其辐射稳定性较高,在聚四氟乙烯的辐照过程中基本不发生变化,不会影响低产品分子量聚四氟乙烯的质量、耐磨性能和抗静电性能,而其他离子液体的辐射稳定性不佳,会影响产品的质量、耐磨性能和抗静电性能。
具体实施方式
下面将结合具体实施例来详细说明本发明,在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明,但并不作为对本发明的限定。
实施例1
按照以下步骤制备低分子量聚四氟乙烯:
(1)将摩尔比为1:1.15的1-苯基咪唑、溴代正丁烷加入四氢呋喃中,通氮气保护下加热至85℃,搅拌反应9小时,将产物静置分层得到上层和下层,弃去上层后将下层用乙酸乙酯重结晶得到中间物;
(2)将中间物溶于蒸馏水中,加入四氟硼酸钠后室温搅拌12小时,中间物、四氟硼酸钠的摩尔比为1:1.15,将产物静置分层得到水层和有机层,弃去水层后将二氯甲烷加入有机层,搅拌30分钟后过滤,减压蒸除二氯甲烷后90℃下真空干燥20小时得到1-丁基-3-苯基咪唑四氟硼酸盐离子液体;
(3)将质量比为1:1的聚四氟乙烯边角料粉末、1-丁基-3-苯基咪唑四氟硼酸盐离子液体加入去离子水中,加热至65℃后搅拌2小时,将产物抽滤后90℃下真空干燥20小时,研磨后得到预处理聚四氟乙烯粉末;
(4)将预处理聚四氟乙烯粉末压制成聚四氟乙烯方板,将聚四氟乙烯方板置于真空包装箱内,将真空包装箱置于循环小车上,开启电子加速器对循环小车上的真空包装箱进行辐照得到聚四氟乙烯细粉,电子加速器的总辐照剂量为50kGy,辐照次数为2次;
(5)将聚四氟乙烯细粉用气流粉碎机粉碎,气流粉碎机的气流粉碎压力为0.8MPa,然后经由电磁震荡器转入气流磨中,最后通过旋风分离装置分离得到低分子量聚四氟乙烯。
实施例2
按照以下步骤制备低分子量聚四氟乙烯:
(1)将摩尔比为1:1.15的1-苯基咪唑、溴代正丁烷加入四氢呋喃中,通氮气保护下加热至85℃,搅拌反应9小时,将产物静置分层得到上层和下层,弃去上层后将下层用乙酸乙酯重结晶得到中间物;
(2)将中间物溶于蒸馏水中,加入四氟硼酸钠后室温搅拌12小时,中间物、四氟硼酸钠的摩尔比为1:1.15,将产物静置分层得到水层和有机层,弃去水层后将二氯甲烷加入有机层,搅拌30分钟后过滤,减压蒸除二氯甲烷后90℃下真空干燥20小时得到1-丁基-3-苯基咪唑四氟硼酸盐离子液体;
(3)将质量比为1:1.1的聚四氟乙烯边角料粉末、1-丁基-3-苯基咪唑四氟硼酸盐离子液体加入去离子水中,加热至65℃后搅拌2小时,将产物抽滤后90℃下真空干燥20小时,研磨后得到预处理聚四氟乙烯粉末;
(4)将预处理聚四氟乙烯粉末压制成聚四氟乙烯方板,将聚四氟乙烯方板置于真空包装箱内,将真空包装箱置于循环小车上,开启电子加速器对循环小车上的真空包装箱进行辐照得到聚四氟乙烯细粉,电子加速器的总辐照剂量为50kGy,辐照次数为2次;
(5)将聚四氟乙烯细粉用气流粉碎机粉碎,气流粉碎机的气流粉碎压力为0.8MPa,然后经由电磁震荡器转入气流磨中,最后通过旋风分离装置分离得到低分子量聚四氟乙烯。
实施例3
按照以下步骤制备低分子量聚四氟乙烯:
(1)将摩尔比为1:1.15的1-苯基咪唑、溴代正丁烷加入四氢呋喃中,通氮气保护下加热至85℃,搅拌反应9小时,将产物静置分层得到上层和下层,弃去上层后将下层用乙酸乙酯重结晶得到中间物;
(2)将中间物溶于蒸馏水中,加入四氟硼酸钠后室温搅拌12小时,中间物、四氟硼酸钠的摩尔比为1:1.15,将产物静置分层得到水层和有机层,弃去水层后将二氯甲烷加入有机层,搅拌30分钟后过滤,减压蒸除二氯甲烷后90℃下真空干燥20小时得到1-丁基-3-苯基咪唑四氟硼酸盐离子液体;
(3)将质量比为1:0.8的聚四氟乙烯边角料粉末、1-丁基-3-苯基咪唑四氟硼酸盐离子液体加入去离子水中,加热至65℃后搅拌2小时,将产物抽滤后90℃下真空干燥20小时,研磨后得到预处理聚四氟乙烯粉末;
(4)将预处理聚四氟乙烯粉末压制成聚四氟乙烯方板,将聚四氟乙烯方板置于真空包装箱内,将真空包装箱置于循环小车上,开启电子加速器对循环小车上的真空包装箱进行辐照得到聚四氟乙烯细粉,电子加速器的总辐照剂量为50kGy,辐照次数为2次;
(5)将聚四氟乙烯细粉用气流粉碎机粉碎,气流粉碎机的气流粉碎压力为0.8MPa,然后经由电磁震荡器转入气流磨中,最后通过旋风分离装置分离得到低分子量聚四氟乙烯。
实施例4
按照以下步骤制备低分子量聚四氟乙烯:
(1)将摩尔比为1:1.15的1-苯基咪唑、溴代正丁烷加入四氢呋喃中,通氮气保护下加热至85℃,搅拌反应9小时,将产物静置分层得到上层和下层,弃去上层后将下层用乙酸乙酯重结晶得到中间物;
(2)将中间物溶于蒸馏水中,加入四氟硼酸钠后室温搅拌12小时,中间物、四氟硼酸钠的摩尔比为1:1.15,将产物静置分层得到水层和有机层,弃去水层后将二氯甲烷加入有机层,搅拌30分钟后过滤,减压蒸除二氯甲烷后90℃下真空干燥20小时得到1-丁基-3-苯基咪唑四氟硼酸盐离子液体;
(3)将质量比为1:1.2的聚四氟乙烯边角料粉末、1-丁基-3-苯基咪唑四氟硼酸盐离子液体加入去离子水中,加热至65℃后搅拌2小时,将产物抽滤后90℃下真空干燥20小时,研磨后得到预处理聚四氟乙烯粉末;
(4)将预处理聚四氟乙烯粉末压制成聚四氟乙烯方板,将聚四氟乙烯方板置于真空包装箱内,将真空包装箱置于循环小车上,开启电子加速器对循环小车上的真空包装箱进行辐照得到聚四氟乙烯细粉,电子加速器的总辐照剂量为50kGy,辐照次数为2次;
(5)将聚四氟乙烯细粉用气流粉碎机粉碎,气流粉碎机的气流粉碎压力为0.8MPa,然后经由电磁震荡器转入气流磨中,最后通过旋风分离装置分离得到低分子量聚四氟乙烯。
对比实施例1
与实施例2不同的步骤(3)使用的离子液体是1-丁基-3-苯基咪唑四氟硼酸盐。
对比实施例2
与实施例2不同的是没有步骤(1)-(3),直接对聚四氟乙烯进行辐照降解。
对比实施例3
与实施例2不同的是辐照剂量为300kGy、辐照次数为5次、辐照时间为8分钟、气流粉碎机的气流粉碎压力为1MPa。
对照例
对照例是公开号为CN102672968A的中国发明。
实验例一:粒径分布测定
采用JL-1166型激光粒度仪(成都精新粉体设备有限公司)进行粒径分布测定。测试条件:分散介质为无水乙醇,温度为20℃,测试结果如表1所示:
0.2-2μm | 2-5μm | >5μm | |
实施例1 | 62.8 | 28.5 | 8.7 |
实施例2 | 63.3 | 28.2 | 8.5 |
实施例3 | 62.4 | 29.0 | 8.6 |
实施例4 | 62.0 | 28.7 | 9.3 |
对比实施例1 | 62.3 | 29.2 | 8.5 |
对比实施例2 | 15.5 | 32.3 | 52.2 |
对比实施例3 | 63.1 | 29.2 | 7.7 |
对照例 | 30.9 | 55.8 | 13.3 |
表1
由表1可看出,本发明实施例1-4制得的低分子量聚四氟乙烯中0.2-2μm粒径的比例明显高于对照例,且均高于其他粒径的比例,表明本发明辐照降解率较高,其中实施例2的辐照降解率最佳。对比实施例1-3的部分步骤或使用原料与实施例2不同,其中对比实施例1中0.2-2μm粒径的比例略低于实施例1-4,说明离子液体的种类对于辐照降解率的影响非常小;对比实施例2中0.2-2μm粒径的比例比最低,说明直接辐照的辐照降解率很不理想,用离子液体预降解的效果非常好;对比实施例3中0.2-2μm粒径的比例与实施例1-4相当,说明本发明用更低的辐照剂量、更少的辐照次数、更短的辐照时间、更低的气流粉碎机的气流粉碎压力得到了相似的辐照降解率,成本明显较低。
实验例二:耐磨性能测试
测试方法在高速环块磨损试验机上进行,干摩擦条件下对磨2小时,对磨偶件为45#钢环,载荷为200牛,转速为250rpm,测试出体积磨损率,测试结果如表2所示:
表2
由表2可看出,本发明实施例1-4制得的低分子量聚四氟乙烯的体积磨损率均明显低于对照例一个数量级,表明具有较好的耐磨性能,其中实施例2的耐磨性能最佳。对比实施例1-3的部分步骤或使用原料与实施例2不同,其中对比实施例1的体积磨损率高于实施例1-4,低于对照例很多,表明本发明使用的离子液体对于耐磨性能的提高效果明显好于结构中不含咪唑苯环的离子液体,不含咪唑苯环的离子液体的辐照稳定性不佳,在辐照过程中会发生变化,削弱了其对聚四氟乙烯耐磨性能的提高效果;对比实施例2的体积磨损率略低于对照例,表明直接辐照时的聚四氟乙烯的耐磨性能没有得到提高;对比实施例3的体积磨损率与实施例1-4相当,说明本发明用更低的辐照剂量、更少的辐照次数、更短的辐照时间、更低的气流粉碎机的气流粉碎压力得到了相似的耐磨性能。
实验例三:抗静电性能测试
用高阻计测试出电阻率,测试结果如表3所示:
表3
由表3可看出,本发明实施例1-4制得的低分子量聚四氟乙烯的电阻率均明显低于对照例6个数量级左右,表明具有较好的抗静电性能,其中实施例2的抗静电性能最佳。对比实施例1-3的部分步骤或使用原料与实施例2不同,其中,对比实施例1的电阻率高于实施例1-4,低于对照例4个数量级左右,表明本发明使用的离子液体对于抗静电性能的提升明显好于结构中不含咪唑苯环的离子液体,不含咪唑苯环的离子液体的辐照稳定性不佳,在辐照过程中会发生变化,导致其对聚四氟乙烯抗静电性能的提高效果的下降;对比实施例2的电阻率略低于对照例,表明直接辐照时的聚四氟乙烯的抗静电性能基本没有得到提高;对比实施例3的电阻率与实施例1-4相当,说明本发明用更低的辐照剂量、更少的辐照次数、更短的辐照时间、更低的气流粉碎机的气流粉碎压力得到了相似的抗静电性能。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效,而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰或改变。因此,举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变,仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (5)
1.一种低分子量聚四氟乙烯的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
(1)将1-苯基咪唑、溴代正丁烷加入四氢呋喃中,通氮气保护下加热至85℃,搅拌反应9小时,将产物静置分层得到上层和下层,弃去上层后将下层用乙酸乙酯重结晶得到中间物,1-苯基咪唑、溴代正丁烷的摩尔比为1:1.15;
(2)将中间物溶于蒸馏水中,加入四氟硼酸钠后室温搅拌12小时,将产物静置分层得到水层和有机层,弃去水层后将二氯甲烷加入有机层,搅拌30分钟后过滤,减压蒸除二氯甲烷后90℃下真空干燥20小时得到1-丁基-3-苯基咪唑四氟硼酸盐离子液体,中间物、四氟硼酸钠的摩尔比为1:1.15;
(3)将聚四氟乙烯边角料粉末、1-丁基-3-苯基咪唑四氟硼酸盐离子液体加入去离子水中,加热至65℃后搅拌2小时,将产物抽滤后90℃下真空干燥20小时,研磨后得到预处理聚四氟乙烯粉末;
(4)将预处理聚四氟乙烯粉末压制成聚四氟乙烯方板,将聚四氟乙烯方板置于真空包装箱内,将真空包装箱置于循环小车上,开启电子加速器对循环小车上的真空包装箱进行辐照得到聚四氟乙烯细粉;
(5)将聚四氟乙烯细粉用气流粉碎机粉碎,然后经由电磁震荡器转入气流磨中,最后通过旋风分离装置分离得到低分子量聚四氟乙烯。
2.根据权利要求1所述的一种低分子量聚四氟乙烯的制备方法,其特征在于:所述步骤(3)中,聚四氟乙烯边角料粉末、1-丁基-3-苯基咪唑四氟硼酸盐离子液体的质量比为1:(0.8-1.2)。
3.根据权利要求2所述的一种低分子量聚四氟乙烯的制备方法,其特征在于:所述步骤(3)中,聚四氟乙烯边角料粉末、1-丁基-3-苯基咪唑四氟硼酸盐离子液体的质量比为1:1.1。
4.根据权利要求3所述的一种低分子量聚四氟乙烯的制备方法,其特征在于:所述步骤(4)中,电子加速器的总辐照剂量为50kGy,辐照次数为2次。
5.根据权利要求4所述的一种低分子量聚四氟乙烯的制备方法,其特征在于:所述步骤(5)中,气流粉碎机的气流粉碎压力为0.8MPa。
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