一种采用超临界二氧化碳溶胀处理聚四氟乙烯制备聚四氟乙烯微粉的方法

摘要

本发明公开了一种采用超临界二氧化碳溶胀处理聚四氟乙烯制备聚四氟乙烯微粉的方法，将聚四氟乙烯采用超临界二氧化碳溶胀处理后，卸压，释放二氧化碳，然后研磨粉碎得到聚四氟乙烯微粉。步骤一，采用超临界二氧化碳对聚四氟乙烯进行溶胀处理；步骤二，将步骤一得到的聚四氟乙烯降压至常压，释放二氧化碳；步骤三，将步骤二得到的聚四氟乙烯采用辐照改性技术处理；步骤四，将步骤三得到的聚四氟乙烯研磨粉碎。本发明采用超临界二氧化碳制备聚四氟乙烯微粉的方法非常独特新颖，制备工艺简单，大大提高聚四氟乙烯微粉研磨粉碎的效率，聚四氟乙烯微粉的平均粒径大大减小，有较好的分散能力，作为共混改性添加剂，在基体中分散性好，改性效果显著。

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用超临界二氧化碳溶胀处理聚四氟乙烯制备聚四氟 乙烯微粉的方法。

背景技术

聚四氟乙烯微粉是具有流动性的白色粉末，广泛应用于合成材料的共 混改性，可以明显提高基材的润滑性、耐磨性、不粘性和阻燃性，此外还 可以作为润滑油、高档涂料和油墨等的添加剂。目前随着日用化工品的飞 速发展，聚四氟乙烯微粉由于其优异的性能，正广泛应用于各种领域。

现有技术中制备聚四氟乙烯微粉的方法主要有两种：第一种方法是直 接用四氟乙烯悬浮法聚合，经过一定时间后终止聚合反应后，干燥处理； 第二种方法是对高分子量的聚四氟乙烯降解后进行粉碎处理。这两种方法 的缺点是制备的聚四氟乙烯微粉的平均粒径较大，并且粒径分散不均匀， 导致聚四氟乙烯微粉的性能较差，不利于与其他材料均匀混合。其中，第 二种方法中，聚四氟乙烯降解后，粉碎速率较低，粉碎时间较长，能耗大。

高分子聚合材料的降解可以经辐照改性来实现，将高分子聚合材料采 用一定剂量的辐照改性处理后，高分子聚合材料碳链降解，分子质量降低， 低分子质量的聚四氟乙烯，可以通过将高分子质量的聚四氟乙烯分子采用 辐照改性处理制备。

发明内容

为了提高聚四氟乙烯微粉的粉碎效率，减小聚四氟乙烯微粉的平均粒 径，本发明提供一种采用超临界二氧化碳溶胀处理聚四氟乙烯制备聚四氟 乙烯微粉的方法。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案是：一种采用超临界二氧 化碳溶胀处理聚四氟乙烯制备聚四氟乙烯微粉的方法，将聚四氟乙烯采用 超临界二氧化碳溶胀处理后，卸压，释放二氧化碳，然后研磨粉碎得到聚 四氟乙烯微粉。

上述的采用超临界二氧化碳溶胀处理聚四氟乙烯制备聚四氟乙烯微粉 的方法，包括以下步骤：

步骤一，采用超临界二氧化碳对聚四氟乙烯进行溶胀处理；采用超临 界二氧化碳溶胀处理聚四氟乙烯，在反应釜内将聚四氟乙烯用二氧化碳饱 和，然后快速卸压，在卸压过程中二氧化碳的在聚四氟乙烯中的溶解性突 然减小，过饱和的二氧化碳在聚四氟乙烯中成核、发泡，从而形成膨胀多 孔结构的聚四氟乙烯；

步骤二，将步骤一得到的聚四氟乙烯降压至常压，释放二氧化碳；

步骤三，为了降低聚四氟乙烯的分子量，将步骤二得到的聚四氟乙烯 采用辐照改性技术处理。

步骤四，将步骤三得到的聚四氟乙烯采用气流粉碎机研磨粉碎，得到 聚四氟乙烯微粉。

作为优选，上述技术方案中步骤三辐照剂量范围是20～100Mrad，当辐 照剂量大于100Mrad时，聚四氟乙烯会降解过程中产生大量副产物；当辐 照剂量小于20Mrad时，聚四氟乙烯会降解效果较差。因此将辐照剂量的范 围控制在20～100Mrad，使聚四氟乙烯的分子量降解。

作为优选，上述技术方案中步骤三辐照剂量是20Mrad。

作为优选，上述技术方案中步骤三辐照剂量是100Mrad。

在其他条件相同的情况下，辐照剂量的范围在20～100Mrad内，辐照后 的聚四氟乙烯的粉碎效率随着辐照剂量的增加而提高。

作为优选，上述技术方案中步骤一中的溶胀处理压力是20～30MPa，温 度是40℃，溶胀处理时间是2小时。在这个条件下，二氧化碳在聚四氟乙 烯中的溶解度达到过饱和，过饱和的二氧化碳在聚四氟乙烯中成核、发泡， 快速卸压从而形成膨胀多孔结构的聚四氟乙烯。

作为优选，上述技术方案中步骤一中的溶胀处理压力是20MPa，温度 是40℃，溶胀处理时间是2小时。

作为优选，上述技术方案中步骤一中的溶胀处理压力是30MPa，温度 是40℃，溶胀处理时间是2小时。

在其他条件相同的情况下，溶胀处理压力范围在20～30MPa内，聚四 氟乙烯的粉碎效率随着溶胀处理的压力增大而提高。

本发明采用超临界二氧化碳溶胀处理聚四氟乙烯制备聚四氟乙烯微粉 的方法，非常独特新颖，制备工艺简单。超临界二氧化碳具有气液双重性， 具有良好的流动及传递性能；采用超临界二氧化碳溶胀处理聚四氟乙烯， 在反应釜内将聚四氟乙烯用二氧化碳饱和，然后快速卸压，在卸压过程中 二氧化碳的在聚四氟乙烯中的溶解性突然减小，过饱和的二氧化碳在聚四 氟乙烯中成核、发泡，从而形成膨胀多孔结构的聚四氟乙烯。与未经超临 界二氧化碳溶胀处理的少孔或者无孔的聚四氟乙烯相比，将本发明采用超 临界二氧化碳溶胀处理聚四氟乙烯得到的膨胀多孔结构的聚四氟乙烯与现 有技术中的未经超临界二氧化碳溶胀处理的少孔或者无孔的聚四氟乙烯统 一粉碎至平均粒径为3μm，膨胀多孔结构的聚四氟乙烯的粉碎效率明显大 大提高，降低了能耗；将本发明采用超临界二氧化碳溶胀处理聚四氟乙烯 得到的膨胀多孔结构的聚四氟乙烯与现有技术中的未经超临界二氧化碳溶 胀处理的少孔或者无孔的聚四氟乙烯采用相同的粉碎速率粉碎，在相同时 间内，得到的聚四氟乙烯微粉，前者的平均粒径明显大大减小。本发明制 备的聚四氟乙烯微粉无自凝聚性、无静电效应、相溶性好、有较好的分散 能力、能均匀地分散于其他基材中从而改变其特性，作为共混改性添加剂， 在基体中分散性好，改性效果显著。

具体实施方式

本发明聚四氟乙烯微粉的平均粒径的测试仪器：马尔文2000粒径分析 仪，测试方法：激光衍射法。辐照改性技术处理仪器是：GJ～2型电子加速 器。

实施例1：

(1)将聚四氟乙烯原料置于高压不锈钢容器中。

(2)用高压泵向高压不锈钢容器中压入二氧化碳，高压不锈钢容器内 保持压力20MPa，温度40℃，溶胀时间2小时，其间二氧化碳渗透至聚四 氟乙烯中，二氧化碳在聚四氟乙烯中饱和，聚四氟乙烯溶胀。

(3)卸压，将高压不锈钢容器中气体压强降低为常压，释放出聚四氟 乙烯中的二氧化碳，形成膨胀、多孔结构的聚四氟乙烯。

(4)使用GJ～2型电子加速器，对膨胀、多孔结构的聚四氟乙烯采用 辐照改性技术处理，控制辐照剂量在20Mrad。

(5)使用气流粉碎机研磨粉碎步骤(4)得到的聚四氟乙烯，将聚四 氟乙烯粉碎至平均粒径为3μm，经测试，粉碎速率为50kg/小时。

对比例1：

(1)使用GJ～2型电子加速器，对聚四氟乙烯采用辐照改性技术处理， 控制辐照剂量在20Mrad。

(2)使用气流粉碎机研磨粉碎步骤(1)得到的聚四氟乙烯，保持气 流粉碎机的粉碎速率与实施例1测得的粉碎效率相同：即粉碎效率是50kg/ 小时，得到的聚四氟乙烯微粉平均粒径20μm。

对比例2：

(1)使用GJ～2型电子加速器，对聚四氟乙烯采用辐照改性技术处理， 控制辐照剂量在20Mrad。

(2)使用气流粉碎机研磨粉碎步骤(1)得到的聚四氟乙烯，将聚四 氟乙烯粉碎至聚四氟乙烯微粉的平均粒径与实施例1相同，即3μm，经测 试，粉碎速率为20kg/小时。

实施例2：

(1)将聚四氟乙烯原料置于高压不锈钢容器中。

(2)用高压泵向高压不锈钢容器中压入二氧化碳，高压不锈钢容器内 保持压力30MPa，温度40℃，溶胀时间2小时，其间二氧化碳渗透至聚四 氟乙烯中，二氧化碳在聚四氟乙烯中饱和，聚四氟乙烯溶胀。

(3)卸压，将高压不锈钢容器中气体压强降低为常压，释放出聚四氟 乙烯中的二氧化碳，形成膨胀、多孔结构的聚四氟乙烯。

(4)使用GJ～2型电子加速器，对膨胀、多孔结构的聚四氟乙烯采用 辐照改性技术处理，控制辐照剂量在20Mrad。

(5)使用气流粉碎机研磨粉碎步骤(4)得到的聚四氟乙烯，将聚四 氟乙烯粉碎至平均粒径为3μm，经测试，粉碎速率为60kg/小时。

对比例3：

(1)使用GJ～2型电子加速器，对聚四氟乙烯采用辐照改性技术处理， 控制辐照剂量在20Mrad。

(2)使用气流粉碎机研磨粉碎步骤(1)得到的聚四氟乙烯，保持气 流粉碎机的粉碎速率与实施例2测得的粉碎效率相同：即粉碎效率是60kg/ 小时，得到的聚四氟乙烯微粉平均粒径30μm。

对比例4：

(1)使用GJ～2型电子加速器，对聚四氟乙烯采用辐照改性技术处理， 控制辐照剂量在20Mrad。

(2)使用气流粉碎机研磨粉碎步骤(1)得到的聚四氟乙烯，将聚四 氟乙烯粉碎至聚四氟乙烯微粉的平均粒径与实施例2相同，即3μm，经测 试，粉碎速率为20kg/小时。

实施例3：

(1)将聚四氟乙烯原料置于高压不锈钢容器中。

(2)用高压泵向高压不锈钢容器中压入二氧化碳，高压不锈钢容器内 保持压力20MPa，温度40℃，溶胀时间2小时，其间二氧化碳渗透至聚四 氟乙烯中，二氧化碳在聚四氟乙烯中饱和，聚四氟乙烯溶胀。

(3)卸压，将高压不锈钢容器中气体压强降低为常压，释放出聚四氟 乙烯中的二氧化碳，形成膨胀、多孔结构的聚四氟乙烯。

(4)使用GJ～2型电子加速器，对膨胀、多孔结构的聚四氟乙烯采用 辐照改性技术处理，控制辐照剂量在100Mrad。

(5)使用气流粉碎机研磨粉碎步骤(4)得到的聚四氟乙烯，将聚四 氟乙烯粉碎至平均粒径为3μm，经测试，粉碎速率为100kg/小时。

对比例5：

(1)使用GJ～2型电子加速器，对聚四氟乙烯采用辐照改性技术处理， 控制辐照剂量在20Mrad。

(2)使用气流粉碎机研磨粉碎步骤(1)得到的聚四氟乙烯，保持气 流粉碎机的粉碎速率与实施例3测得的粉碎效率相同：即粉碎效率是100kg/ 小时，得到的聚四氟乙烯微粉平均粒径40μm。

对比例6：

(1)使用GJ～2型电子加速器，对聚四氟乙烯采用辐照改性技术处理， 控制辐照剂量在20Mrad。

(2)使用气流粉碎机研磨粉碎步骤(1)得到的聚四氟乙烯，将聚四 氟乙烯粉碎至聚四氟乙烯微粉的平均粒径与实施例3相同，即3μm，经测 试，粉碎速率为30kg/小时。

实施例4：

(1)将聚四氟乙烯原料置于高压不锈钢容器中。

(2)用高压泵向高压不锈钢容器中压入二氧化碳，高压不锈钢容器内 保持压力30MPa，温度40℃，溶胀时间2小时，其间二氧化碳渗透至聚四 氟乙烯中，二氧化碳在聚四氟乙烯中饱和，聚四氟乙烯溶胀。

(3)卸压，将高压不锈钢容器中气体压强降低为常压，释放出聚四氟 乙烯中的二氧化碳，形成膨胀、多孔结构的聚四氟乙烯。

(4)使用GJ～2型电子加速器，对膨胀、多孔结构的聚四氟乙烯采用 辐照改性技术处理，控制辐照剂量在100Mrad。

(5)使用气流粉碎机研磨粉碎步骤(4)得到的聚四氟乙烯，将聚四 氟乙烯粉碎至平均粒径为3μm，经测试，粉碎速率为110kg/小时。

对比例7：

(1)使用GJ～2型电子加速器，对聚四氟乙烯采用辐照改性技术处理， 控制辐照剂量在20Mrad。

(2)使用气流粉碎机研磨粉碎步骤(1)得到的聚四氟乙烯，保持气 流粉碎机的粉碎速率与实施例4测得的粉碎效率相同：即粉碎效率是110kg/ 小时，得到的聚四氟乙烯微粉平均粒径43μm。

对比例8：

(1)使用GJ～2型电子加速器，对聚四氟乙烯采用辐照改性技术处理， 控制辐照剂量在20Mrad。

(2)使用气流粉碎机研磨粉碎步骤(1)得到的聚四氟乙烯，将聚四 氟乙烯粉碎至聚四氟乙烯微粉的平均粒径与实施例4相同，即3μm，经测 试，粉碎速率为30kg/小时。

表1：将聚四氟乙烯统一粉碎至平均粒径为3μm，不同实验条件测得 的聚四氟乙烯的粉碎速率数据。

表2：对比例采用与相应实施例相同的粉碎速率，不同实验条件得到的 聚四氟乙烯微粉的平均粒径数据。

本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的 精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及 其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。