一種利用電子束製備ptfe超細粉的方法
2023-11-10 11:18:32
專利名稱：一種利用電子束製備ptfe超細粉的方法
技術領域：
本發明涉及化工技術領域，特別涉及一種利用電子束輻照和四氯化碳製備聚四氟乙烯超細粉的方法。
背景技術：
聚四氟乙烯(PTFE)俗稱塑料王，是由四氟乙烯單體聚合而成的聚合物，有很強的凝聚性，樹脂很容易附在一起，不易分散。PTFE超細粉(微粉)是低分子量的聚四氟乙烯，達到超細程度的PTFE超細粉，分子量低於I萬以下，粒徑在0.5-15 μ m的PTFE微粉系列，不僅保持著聚四氟乙烯原有的所有優良性能，還具有許多獨特的性能:如無自凝聚性、無靜電效應、相溶性好、分子量低、分散性好、自潤滑性高、摩擦係數降低，不結團，容易與油或有機液體相混，與其它固體微粒也可均勻混合明顯等等。PTFE超細粉平均粒徑小於5 μ m，比表面大於10m2/g，摩擦係數0.06 0.07，潤滑性好，能很好地分散在許多材料中。可用作塑料、橡膠、油墨、塗料、潤滑油脂的防黏、減摩、阻燃添加劑，也可作乾性潤滑劑製成氣溶膠等。PTFE超細粉可以單獨作固體潤滑劑使用，也可以作為塑料、橡膠、塗料、油墨、潤滑油、潤滑脂等的添加劑。與塑料或橡膠混合時可用各種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細粉，可降低摩擦係數，只要加百分之幾，就可提高潤滑油的壽命。其有機溶劑分散液還可作脫模劑。製備PTFE超細粉的方法，決定了 PTFE超細粉的結構性能、分子量及其分布。PTFE超細粉的製備方法主要有兩種:1、直接用TFE調節聚合，經一定時間後終止聚合反應，產物再進行適當加工；2、用高分子量PTFE降解，再粉碎。裂解反應製備PTFE超細粉的方法主要有熱裂解和輻照裂解。輻照裂解過程中，PTFE降解受輻照條件的影響，輻照劑量，輻照所採用的能量來源以及氧化條件的不同，對PTFE超細粉的物理性能和化學性能均有較大影響，因此需要對PTFE輻照裂解過程中的設備和工藝條件進行優化並嚴格控制。
發明內容
針對上述現有技術中存在的問題，本發明的目的在於提供一種利用電子束輻照和四氯化碳製備PTFE超細粉的方法。為了實現上述發明目的，本發明採用的技術方案如下:一種利用電子束製備PTFE超細粉的方法，其特徵在於，包括如下步驟:(1)將乾燥的聚四氟乙烯原料用液氮進行低溫急冷處理；將低溫處理後的聚四氟乙烯原料粉碎成粒徑為100-1000 μ m的粉料；(2)提供一種電子加速器，包括高頻振蕩器，輻照窗，位於輻照窗下方的循環小車；將聚四氟乙烯粉料置於循環小車上；開啟電子加速器；電子加速器產生高能電子束對聚四氟乙烯粉料進行輻照，輻照劑量為300-500KGy ;使高分子的聚四氟乙烯粉料裂解得到粒徑為100 μ m以下的聚四氟乙烯細粉；提供一種噴淋裝置，在輻照過程中，通過所述噴淋裝置將與待噴淋聚四氟乙烯重量比3-8%的四氯化碳液體噴淋在聚四氟乙烯粉料表面；(3)提供一種氣流粉碎機，對聚四氟乙烯細粉進行再粉碎、分級，聚四氟乙烯細粉分散成平均粒徑在5μπι以下的聚四氟乙烯超細粉。進一步地，在上述方法中，所述電子加速器的能量為2MeV，束流為10mA，掃描均勻性為98%以上，掃描寬度為1000mm。進一步地，在上述任一種方法中，在步驟(2)中，所述電子束對聚四氟乙烯粉料進行輻照的次數為2-5次,每次3-10分鐘。進一步地，在上述任一種方法中，所述輻照劑量為400KGy，輻照次數為5次，每次8分鐘。進一步地，在上述任一種方法中，所述四氯化碳液體與待噴淋的聚四氟乙烯的重量比為5%。進一步地，在上述任一種方法中，所述電子束對聚四氟乙烯粉料進行輻照的次數為2次，每次3分鐘。進一步地，在上述任一種方法中，所述氣流粉碎機包括氣流噴嘴、粉碎室，壓縮空氣通過噴嘴高速噴射入粉碎室，在多股高壓氣流的交匯點處，經輻照過的聚四氟乙烯細粉顆粒被反覆碰撞、磨擦、剪切而粉碎。進一步地，在上述任一種方法中，所述氣流粉碎機還包括旋風分離器、除塵器和引風機；所述氣流粉碎機包括分級室，在粉碎室粉碎後的聚四氟乙烯在引風機作用下運動至分級室，在分級輪作用下，使聚四氟乙烯細粉顆粒按粒度大小分離，符合粒度要求的細顆粒通過分級輪進入旋風分離器或除塵器進行收集，不符合粒度要求的粗顆粒下降至粉碎室繼續粉碎。進一步地，在上述任一種方法中，所述氣流粉碎機的氣流噴嘴為拉瓦爾噴嘴。進一步地，在上述任一種方法中，所述氣流粉碎機具有乾燥過濾裝置，所述乾燥過濾裝置位於噴嘴前。根據本發明提供的聚四氟乙烯超細粉的製備方法，在相同的輻照條件下，可增加聚四氟乙烯的降解率或者降低輻照時間也能達到相同的降解率，因此提高了生產效率，保證獲得尺寸符合要求的低分子的聚四氟乙烯超細粉，且製造過程可嚴格進行控制，保證生
產質量。
具體實施例方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，下面結合實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。聚四氟乙烯的耐輻射性能較差(lOOOGy)，受高能輻射後引起降解，本發明利用聚四氟乙烯的這個特性採用高頻高壓電子加速器對聚四氟乙烯進行輻射降解處理，再用氣流粉碎機進行分散處理可得到聚四氟乙烯超細粉材料。高頻高壓電子加速器是一種能產生強流電子射線的裝置。它將50Hz工頻低壓電能，用高頻振蕩器變成IOOkHz高頻電能，再 通過高頻耦合方式給由二極體和空間電容組成倍壓整流電流並聯供電，串連後得到極高的直流高壓，用它加速電子，便可以獲得所需要的強流高能電子束射線。本發明下述實施例採用的電子加速器能量為2Mev，束流為10mA，掃描均勻性98%以上，掃描寬度1000mm。其中，用於放置物料的電子束輻照的盤子尺寸為IOOOmmX IOOOmmX 12mm,物料盛滿後體積為0.012m3,小車運行速度IOm/分，電子束束流10mA，走一圈劑量為10Kgy，300Kgy就是30圈，以此類推。為了增加聚四氟乙烯的降解率，採用在電子束輻照過程中添加四氯化碳的辦法來降低輻照劑量，四氯化碳在電子束作用下降解為負氧離子，負氧離子不穩定，變成臭氧，臭氧是強氧化劑，能把高分子化合物降解為小分子化合物。經過輻照降解後的聚四氟乙烯已經由高分子變成低分子了，可低分子的聚四氟乙烯還是團聚在一起，沒有分散成小分子的超細粉，為了能得到超細粉，必須把輻照降解後的低分子的聚四氟乙烯經過氣流粉碎機粉碎。本發明下述實施例中所使用的氣流粉碎機包括螺旋加料器、氣流噴嘴、粉碎室室、分級室、引風機，氣流粉碎機的氣流噴嘴為拉瓦爾噴嘴。氣流粉碎機還具有乾燥過濾裝置，位於噴嘴前。輻照好的聚四氟乙烯放入氣流粉碎機，通過螺旋加料器進入粉碎室，壓縮空氣通過特殊配置的超音速拉瓦爾噴嘴向粉碎室高速噴射，經輻照過的聚四氟乙烯細粉顆粒在超音速噴射流中加速，並在噴嘴交匯處反覆衝擊、碰撞，達到粉碎。被粉碎的物料隨上升氣流進入分級室，由於分級轉子高速旋轉，粒子既受到分級轉子的離心力，又受到氣流粘性作用產生的向心力，當粒子受到的離心力大於向心力，即分級徑以上的粗粒子返回粉碎室繼續衝擊粉碎，分級徑以下的細粒子隨氣流進入旋風分離器、除塵器收集，旋風分離器收集細粒子中的較粗粒子，少部分超細粒子由除塵器收集，大約在10% — 20%，氣體由引風機排出。實施例一一種利用電子束製備PTFE超細粉的方法，包括如下步驟:(I)將乾燥的聚四氟乙烯原料用液氮進行低溫冷處理；將低溫處理後的聚四氟乙烯原料粉碎成粒徑為100-1000 μ m的粉料；(2)提供一種電子加速器，包`括高頻振蕩器，輻照窗，位於輻照窗下方的循環小車；將聚四氟乙烯粉料置於循環小車上；開啟電子加速器；電子加速器產生高能電子束對聚四氟乙烯粉料進行輻照，每0.012m3聚四氟乙烯粉料(盛滿盤子，所盛聚四氟乙烯粉料的厚度為12mm)的輻照劑量為400KGy ;所述電子束對聚四氟乙烯粉料進行輻照的次數為5次，每次8分鐘；高分子的聚四氟乙烯粉料裂解得到粒徑為100 μ m以下的聚四氟乙烯細粉；(3)用氣流粉碎機對聚四氟乙烯細粉進行再粉碎、分級，聚四氟乙烯細粉分散成平均粒徑在5 μ m以下的聚四氟乙烯超細粉。實施例二:本實施例提供的利用電子束製備PTFE超細粉的方法中，步驟(I )，步驟(3)與上述實施例中相同，步驟(2)為:提供一種電子加速器，包括高頻振蕩器，輻照窗，位於輻照窗下方的循環小車；將聚四氟乙烯粉料置於循環小車上；開啟電子加速器；電子加速器產生高能電子束對聚四氟乙烯粉料進行輻照，每0.012m3聚四氟乙烯粉料(盛滿盤子，所盛聚四氟乙烯粉料的厚度為12mm)的輻照劑量為400KGy ；提供一種噴淋裝置，在輻照過程中，通過所述噴淋裝置將與待噴淋聚四氟乙烯重量比5%的四氯化碳液體噴淋在聚四氟乙烯粉料表面；
電子束對聚四氟乙烯粉料進行輻照的次數為2次，每次3分鐘；高分子的聚四氟乙烯粉料裂解得到粒徑為100 μ m以下的聚四氟乙烯細粉。實施例三:本實施例提供的利用電子束製備PTFE超細粉的方法中，步驟(I )，步驟(3)與上述實施例中相同，步驟(2)為:提供一種電子加速器，包括高頻振蕩器，輻照窗，位於輻照窗下方的循環小車；將聚四氟乙烯粉料置於循環小車上；開啟電子加速器；電子加速器產生高能電子束對聚四氟乙烯粉料進行輻照，每0.012m3聚四氟乙烯粉料(盛滿盤子，所盛聚四氟乙烯粉料的厚度為12mm)的輻照劑量為400KGy ；
提供一種噴淋裝置，在輻照過程中，通過所述噴淋裝置將與待噴淋聚四氟乙烯重量比3%的四氯化碳液體噴淋在聚四氟乙烯粉料表面；電子束對聚四氟乙烯粉料進行輻照的次數為2次，每次5分鐘；高分子的聚四氟乙烯粉料裂解得到粒徑為100 μ m以下的聚四氟乙烯細粉。實施例四:本實施例提供的利用電子束製備PTFE超細粉的方法中，步驟(I )，步驟(3)與上述實施例中相同，步驟(2)為:提供一種電子加速器，包括高頻振蕩器，輻照窗，位於輻照窗下方的循環小車；將聚四氟乙烯粉料置於循環小車上；開啟電子加速器；電子加速器產生高能電子束對聚四氟乙烯粉料進行輻照，每0.012m3聚四氟乙烯粉料(盛滿盤子，所盛聚四氟乙烯粉料的厚度為12mm)的輻照劑量為400KGy ；提供一種噴淋裝置，在輻照過程中，通過所述噴淋裝置將與待噴淋聚四氟乙烯重量比8%的四氯化碳液體噴淋在聚四氟乙烯粉料表面；電子束對聚四氟乙烯粉料進行輻照的次數為2次，每次4分鐘；高分子的聚四氟乙烯粉料裂解得到粒徑為100 μ m以下的聚四氟乙烯細粉。實施例五:本實施例提供的利用電子束製備PTFE超細粉的方法中，步驟(I )，步驟(3)與上述實施例中相同，步驟(2)為:提供一種電子加速器，包括高頻振蕩器，輻照窗，位於輻照窗下方的循環小車；將聚四氟乙烯粉料置於循環小車上；開啟電子加速器；電子加速器產生高能電子束對聚四氟乙烯粉料進行輻照，每0.012m3聚四氟乙烯粉料(盛滿盤子，所盛聚四氟乙烯粉料的厚度為12mm)的輻照劑量為300KGy ；提供一種噴淋裝置，在輻照過程中，通過所述噴淋裝置將與待噴淋聚四氟乙烯重量比8%的四氯化碳液體噴淋在聚四氟乙烯粉料表面；電子束對聚四氟乙烯粉料進行輻照的次數為2次，每次5分鐘；高分子的聚四氟乙烯粉料裂解得到粒徑為100 μ m以下的聚四氟乙烯細粉。實施例六:本實施例提供的利用電子束製備PTFE超細粉的方法中，步驟(I )，步驟(3)與上述實施例中相同，步驟(2)為:提供一種電子加速器，包括高頻振蕩器，輻照窗，位於輻照窗下方的循環小車；將聚四氟乙烯粉料置於循環小車上；開啟電子加速器；電子加速器產生高能電子束對聚四氟乙烯粉料進行輻照，每0.012m3聚四氟乙烯粉料(盛滿盤子，所盛聚四氟乙烯粉料的厚度為12mm)的輻照劑量為800KGy ；提供一種噴淋裝置，在輻照過程中，通過所述噴淋裝置將與待噴淋聚四氟乙烯重量比3%的四氯化碳液體噴淋在聚四氟乙烯粉料表面；電子束對聚四氟乙烯粉料進行輻照的次數為2次，每次6分鐘；
高分子的聚四氟乙烯粉料裂解得到粒徑為100 μ m以下的聚四氟乙烯細粉。以上所述實施例僅表達了本發明的實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對本發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。因此，本發明專利的保護範圍應以所附權利要求為準。
權利要求
1.一種利用電子束製備PTFE超細粉的方法，其特徵在於，包括如下步驟: (1)將乾燥的聚四氟乙烯原料用液氮進行低溫急冷處理；將低溫處理後的聚四氟乙烯原料粉碎成粒徑為100-1000 μ m的粉料； (2)提供一種電子加速器，包括高頻振蕩器，輻照窗，位於輻照窗下方的循環小車，將聚四氟乙烯粉料置於循環小車上，開啟電子加速器，電子加速器產生高能電子束對聚四氟乙烯粉料進行輻照，輻照劑量為300-500KGy，使高分子的聚四氟乙烯粉料裂解得到粒徑為100 μ m以下的聚四氟乙烯細粉； 提供一種噴淋裝置，在輻照過程中，通過所述噴淋裝置將與待噴淋聚四氟乙烯重量比3-8%的四氯化碳液體噴淋在聚四氟乙烯粉料表面； (3)提供一種氣流粉碎機，對聚四氟乙烯細粉進行再粉碎、分級，聚四氟乙烯細粉分散成平均粒徑在5 μ m以下的聚四氟乙烯超細粉。
2.根據權利要求1所述的利用電子束製備PTFE超細粉的方法，其特徵在於，所述電子加速器的能量為2MeV，束流為10mA，掃描均勻性為98%以上，掃描寬度為1000mm。
3.根據權利要求2所述的利用電子束製備PTFE超細粉的方法，其特徵在於，所述電子束對聚四氟乙烯粉料進行輻照的次數為2-5次，每次3-10分鐘。
4.根據權利要求1-3任一項所述的利用電子束製備PTFE超細粉的方法，其特徵在於，所述輻照劑量為400KGy，輻照次數為5次，每次8分鐘。
5.根據權利要求4所述的利用電子束製備PTFE超細粉的方法，其特徵在於，所述四氯化碳液體與待噴淋的聚四氟乙烯的重量比為5%。
6.根據權利要求1-3任一項所述的利用電子束製備PTFE超細粉的方法，其特徵在於，所述電子束對聚四氟乙烯粉料進行輻照的次數為2次，每次3分鐘。
7.根據權利要求5所述的利用電子束製備PTFE超細粉的方法，其特徵在於，所述氣流粉碎機包括氣流噴嘴、粉碎室，壓縮空氣通過噴嘴高速噴射入粉碎室，在多股高壓氣流的交匯點處，經輻照過的聚四氟乙烯細粉顆粒被反覆碰撞、磨擦、剪切而粉碎。
8.根據權利要求7所述的利用電子束製備PTFE超細粉的方法，其特徵在於:所述氣流粉碎機還包括旋風分離器、除塵器和引風機；所述氣流粉碎機包括分級室，在粉碎室粉碎後的聚四氟乙烯在引風機作用下運動至分級室，在分級輪作用下，使聚四氟乙烯細粉顆粒按粒度大小分離，符合粒度要求的細顆粒通過分級輪進入旋風分離器或除塵器進行收集，不符合粒度要求的粗顆粒下降至粉碎室繼續粉碎。
9.根據權利要求8所述的利用電子束製備PTFE超細粉的方法，其特徵在於，所述氣流粉碎機的氣流噴嘴為拉瓦爾噴嘴。
10.根據權利要求9中所述的利用電子束製備PTFE超細粉的方法，其特徵在於，所述氣流粉碎機具有乾燥過濾裝置，所述乾燥過濾 裝置位於噴嘴前。
全文摘要
一種利用電子束製備PTFE超細粉的方法，包括將乾燥的聚四氟乙烯原料用液氮進行低溫冷處理；將低溫處理後的聚四氟乙烯原料粉碎成PTFE粉料；提供電子加速器，包括高頻振蕩器，輻照窗，位於輻照窗下方的循環小車；將聚四氟乙烯粉料置於循環小車上；開啟電子加速器；電子加速器產生高能電子束對聚四氟乙烯粉料進行輻照；在輻照過程中，通過噴淋裝置將四氯化碳液體噴淋在聚四氟乙烯粉料表面；高分子的聚四氟乙烯粉料裂解得到聚四氟乙烯細粉；用氣流粉碎機對聚四氟乙烯細粉進行再粉碎、分級，聚四氟乙烯細粉分散成聚四氟乙烯超細粉。根據本發明提供的方法，在相同的輻照條件下，可增加聚四氟乙烯的降解率或者降低輻照時間也能達到相同的降解率。
文檔編號B02C19/06GK103193995SQ20131011529
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月3日 優先權日2013年4月3日
發明者顧建忠, 吳明紅, 蔡建球 申請人:太倉金凱特種線纜有限公司