Способ получения мелкодисперсного порошка политетрафторэтилена

 

Использование: в качестве антифрикционного материала. Сущность изобретения: нагревание фторопластового материала до температуры 480-540°С с последующим испарением в токе инертного газа при времени пребывания продуктов реакции в зоне нагрева 0,2-0,3 сек. с дальнейшей конденсацией мелкодисперсного порошка политетрафторэтилена на стенках реактора, охлаждаемых до 0 - 100°С.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) /

r а(к»., фу „и ""*Ьф

" укхр ал

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4906259/05 (22) 31.01.91 (46) 30.05.93. Бюл. М 20 (75) А.А.Уминский, А,К.Цветников, С.А,Рябов, В.С.Первов и В,Д.Вуцкий (56) Чегодаев Д,Д., Наумова З.К. и Дунаевская И.C. Фторопласты, M,: Госхимиздат, 1960. с. 34, 104.

Патент США М 4159370, кл. С 08 F 114/26, 1979. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕЛКОДИСПЕРСНОГО flOPOIIIKA ПОЛИТЕТРАФТОРЭТИЛЕНА

Изобретение относится к области фторорганической химии и может быть использовано в различных областях науки и техники, например, в виде наполнителя в композиционных материалах, гидро- и маслостойких покрытиях, а также в качестве смазывающего материала.

Целью предлагаемого изобретения является повышение антифрикционных показателей фторопластового материала.

Согласно предлагаемому способу исходный фторопластовый материал {марки

Ф-4, Ф-40) подвергают деструкции путем его плавления при температуре 480 — 540 С с последующим испарением в токе инертного газа при времени пребывания газообразных продуктов испарения полимеризованных молекул ПТФЭ (по данным газовой хроматографии и массспектрометрии) в зоне нагрева 0,2-3 с, исключающим полную деполимеризацию продуктов испарения до мономера (тетрафторэтилена) с дальнейшей конденсацией данных молекул при температуре ниже тем,,5U„, 1818328 А1 (я)я С 08 F 14/26, С 08 J 5/16 (57) Использование; в качестве антифрикционного материала. Сущность изобретения: нагревание фторопластового материала до температуры 480 — 540 С с последующим испарением в токе инертного газа при времени пребывания продуктов реакции в зоне нагрева 0,2 — 0,3 сек. с дальнейшей конденсацией мелкодисперсного порошка политетрафторэтилена на стенках реактора, охлаждаемых до 0-100 С, к пературы плавления конечного продукта, дисйерсность которого регулируется от 1,5 до 0,1 мкм эа счет варьирования температуры нагрева и времени пребывания газообразных продуктов в зоне нагрева в указанных пределах. 4 ° лЬ

Степень дисперсности конечного про- Qg дукта при постоянной температуре нагрева зависит от времени пребывания продуктов испарения в зоне нагрева, так же как и от температуры нагрева исходного ПТФЭ.

Очевидно, что степень дисперсности конеч- Ь ного продукта зависит от степени деполиме- ОО ризации молекул исходного ПТФЭ.

Конденсацию полимериэованных газообразных молекул наиболее целесообразно еаЬ осуществлять при комнатной температуре, так как с дальнейшим ростом температуры конденсации до температуры плавления конечного продукта заметно увеличивается доля разложения конденсата до мономеров и олигомеров.

Способ осуществляют следующим образом.

1818328

Предварительно измельченные отходы

ПТФЭ (Ф-4, Ф-4D) подают шнековым питателем в проточный кварцевый реактор и нагревают до 480-540 С в токе сухого инертного газа. Во избежание полного разложения фторопласта-4, 4D до мономеров и олигомеров, а также с целью регулировки дисперсности конечного продукта, продукты разложения выводятся из эоны реакции потоком сухого инертного газа с различной

10 скоростью, обеспечивающей время нахождения продуктов разложения в зоне нагрева от 0,2 до 3 с, и конденсируются на охлаждаемых ниже 290 С (температура плавления целевого продукта) стенках реактора в виде белого тонкодисперсного порошка с размером частей 0,1-1 мкм. Газообразные продукты термического разложения фторопласта-4 (СГа и его производные) подвергаются утилизации обычными методами. В результате, 20 выход основного компонента в среднем составляет 75-80, степень переработки исходного сырья достигает 95-99;, что свидетельствует о безотходности предлагаемого способа и экологической чистоте тех- 25 нологического процесса.

Пример 1. 100 r стружки фторопласта

4, полученной после обработки изделия на токарном станке, помещают в проточный реактор и нагревают до 500+3 С с одновре- 30 менной подачей азота, осушенного над серной кислотой, со скоростью 300 мл/мин.

Такая скорость потока соответствует нахождению продуктов разложения фторопласта4 в зоне реакции в течение 0,2 с. В 35 результате реакции происходит образование белого тумана и идет конденсация на охлаждаемых водой до 20 С частях реактора тонкодисперсного белого порошка фторполимера. 40

Размер частиц, определенный с помощью микроскопа BS-540, составляет 0,51,0 мкм.

Пример 2. Аналогично примеру 1, но скорость потока азота 120 мл/мин, соответ- 45 ственно время нахождения продуктов сублимации в зоне нагрева 0,5 с. Размер полученных частиц ПТФЭ 0,3-0,8 мкм.

fl р и м е р 3. Аналогично примеру 1, но скорость потока азота 80 мл/мин, что соот- 50 ветствует времени нахождения продуктов разложения фторопласта-4 в зоне реакции в течение 0,8 с, Размер частиц составляет

0,2 — 0,5 мкм.

Пример 4. 100 г стружки фторопла- 55 ста-4 помещают в проточный кварцевый реактор и нагревают до 485 С одновременно с подачей осушенного над серной кислотой азота, скорость потока азота 120 мл/мин.

Тонкодисперсный порошок ПТФЭ осаждается на стенках реактора, охлаждаемых до

20 С. Реакция заканчивается через б ч, выход продукта 10 г/ч, Размер частиц ПТФЭ

0,5-1,5 мкм.

Пример 5, 100 г стружки фторопласта4 помещают в проточный кварцевый реактор, нагревают до 490 С с одновременной подачей азота, осушенного над серной кислотой, скорость потока азота 120 мл/мин.

Реакция заканчивается через 4 ч, выход продукта составил 12 г/ч, Размер частиц ПТФЭ

0,3-10 мкм, Пример 6. 100 r стружки фторопласта4 помещают в проточный кварцевый реактор и нагревают одновременно с подачей азота, осушенного над серной кислотой.

Скорость подачи газа 120 мл/мин, Разложение фторопласта-4 проводят при температуре 510 С. На охлажденных. водой до комнатной температуры (20 С) частях реактора образовывается белый порошок, Реакция закончилась через 1,5 ч, размер частиц составил 0,1 — 0,5 мкм, Выход продукта 25 г/ч.

Пример 7. 100 г стружки фторопласта4 помещают в проточный кварцевый реактор и нагревают до 515 C одновременно с подачей осушенного над серной кислотой азота. Скорость потока азота 120 мл/мин.

Тонкодисперсный порошок ПТФЭ осаждается на стенках реактора, охлаждаемых до

20 С. Полное разложение стружки происходит за 1 ч, Размер частиц ПТФЭ 0,1-0,3 мкм.

Выход продукта составил 20 r/÷.

Пример 8. 100 r технологических отходов (в виде стружки) фторопластовых материалов марки Ф-4 помещают в проточный реактор и нагревают при температуре

540 С с подачей газообразного азота со скоростью 120 мл/мин. Такая скорость потока соответствует времени нахождения продуктов испарения в зоне нагрева в течение 0,5 с, Мелкодисперсный порошок политетрафторэтилена осаждается на стенках реактора, охлажденного до 20 С, Размер частиц 0,1 — 0,3 мкм. Полное испарение происходит эа 0,5 ч, выход продукта 10 r.

Определение антифрикционных показателей полученного мелкодисперсного порошка ПТФЭ проводилось на машине трения типа "Штифт-диск" (штифт-сталь

40Х, твердость 717 НВ, диаметром 50 мм, диск бронза Бр ОЦС4-2/4-17 с a - 15 кгс/мм ). Коэффициент трения при нагрузке

80 кгс был равен 0,005.

Пример 9. Аналогично примеру 8, но температура нагрева равна 480 С. Размер частиц 0,5-1,5 мкм. Реакция заканчивается через 6 час, выход продукта 10 г/час. В качестве исходного фторопластового матери1818328

20 что коэффициент трения для Ф-4Д равен

0,2-3 с с дальнейшей конденсацией мелкодисперсного порошка политетрафторэтилена на стенках реактора, охлаждаемых до

0-100 С.

Составитель А.Чеснокова

Техред М.Моргентал Корректор Л.Ливринц

Редактор

Заказ 1925 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 ала использовали марку Ф-42 (ГОСТ 2542882) в виде порошка. Газ носитель-аргон. Коэффициент трения 0,005 (методика определения описана в примере 8), Пример 10. Аналогично примеру 8, но температура конденсации 100 С. Размер частиц 0,1 — 0,3 мкм, испарение происходит за 0 5ч, выход продукта менее 8 г. В качестве исходного фторопластового материала использовали марку Ф-4МБ (ОСТ 6-05-40078) в виде кусков. Газ носитель-гелий. Коэффициент трения 0,005, Пример 11. Аналогично примеру 8, но температура конденсации 0 С. Полное испарение происходит за 0,5 ч, выход 11 r/÷.

В качестве исходного фторопластового материала использовали смесь стружки (Ф-4), порошка (Ф-42), кусков (Ф-4M6). Газ носитель-аргон. Коэффициент трения 0,005.

Пример 12. Аналогично примеру 1, но скорость потока азота 20 мл/мин, что соответствует 3 сек. пребывания продуктов испарения в зоне нагрева 500 С, размер частиц 0,1-0,2 мкм, выход 4 г/ч. В качестве исходного фторопластового материала использовали марку Ф-4Д(1) в виде порошка, Коэффициент трения равен 0,005.

Выбранный температурный интервал испарения 480-540 С обусловлен тем, что ниже 480 С скорость испарения невелика и, следовательно, низка производительность, а выше 540 С производительность тоже мала в связи с увеличением степени разложения полимерных молекул политетрафторэтилена до мономера.

Интервал температуры конденсации

100 — 0 С обусловлен тем, что свыше 100 С происходит увеличение потерь конечного продукта, а ниже 0 С выход конечного продукта увеличивается несущественно. Выход конечного продукта при нагревании 100 г технологических отходов при 500 С, температуре конденсации 20 С, времени пребывания в зоне нагрева 0,2; 0,8; 3 с (см. примеры 1, 3, 11) соответственно равен 23 г/ч, 15 г/ч, 3 г/ч.

Временной интервал пребывания в зоне нагрева продуктов испарения от 0,2 — 3 с выбран с учетом того, что для достижения времени пребывания менее 0,2 с требуется дополнительный нагрев подаваемого в реактор инертного газа, а свыше 3 с резко падает выход конечного продукта.

Структурные исследования мелкодисперсного порошка политетрафторэтилена проводились методом малоуглового рассеяния.

Сравнение антифрикционных свойств выпускаемого промышленностью мелкодисперсного порошка ПТФЭ марки Ф.-4Д с получаемым по данному способу показали, 0,008, а для мелкодисперсного порошка

ПТФЭ, получаемого по заявляемому способу, равен 0,005.

Формула изобретения

Способ получения мелкодисперсного"" порошка политетрафторэтилена, о т л и ч а-, ю шийся тем, что, с целью повышения антифрикционных показателей фторопластовый материал нагревают до температуры

480 — 540 С с последующим испарением в .токе инертного газа при времени пребыва35 ния продуктов испарения в зоне нагрева