Способ получения политетрафторэтилена методом фотохимической полимеризации
Владельцы патента RU 2409594:
Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт эластомерных материалов и изделий" (ООО "НИИЭМИ") (RU)
Изобретение относится к способу получения политетрафторэтилена фотохимической полимеризацией тетрафторэтилена в газовой фазе с использованием инициатора. В качестве инициатора используют четыреххлористый углерод в количестве 4-10 мас.% от загруженного тетрафторэтилена. Массовое количество получаемых частиц политетрафторэтилена с размером до 5 мкм составляет до 93 мас.%. Технический результат - полученные частицы используют в качестве компонента для получения резин и консистентных пластичных смазок, увеличивая их износостойкость, стойкость к растворителям, маслам и агрессивным средам при многолетней эксплуатации в широком интервале температур. 1 табл.
Настоящее изобретение относится к получению политетрафторэтилена (ПТФЭ), который может быть использован в качестве компонента для получения резин и консистентных пластичных смазок.
Тетрафторэтилен (ТФЭ) сравнительно легко полимеризуется в присутствии перекисных инициаторов. Существуют различные способы полимеризации: в массе, суспензионный эмульсионный, фотохимический (A.N.Bolstad. USA Pat. 3163628, 1964. Соединения фтора. Синтез и применение под редакцией Н.Исикава. Москва, «Мир», 1990, 63-64. R.N.Haszeldine. J. Chem. Soc. 2860, 1949).
Известен также способ полимеризации с использованием ультрафиолетового излучения в присутствии источника радикалов - смеси тетрафтордихлорацетона и трифтортрихлорацетона формулы (патент РФ 2186791):
Этот способ наиболее близок по технической сущности к предлагаемому изобретению.
Основным недостатком этого способа является крайне ограниченная доступность указанных инициаторов ввиду отсутствия их промышленного производства.
Известен также способ получения низкомолекулярных фторсодержащих полимеров в сухом виде насыпью, в виде раствора, эмульсии или суспензии путем полимеризации мономеров в присутствии реагента передачи цепи (патент РФ 2131888). К числу таких обычных реагентов цепной передачи относятся такие реагенты, как четыреххлористый углерод, ацетон, диэтиловый эфир малоновой кислоты и додецилмеркаптан.
При создании настоящего изобретения ставилась задача найти более доступный - газофазный способ получения высокодисперсного термостабильного ПТФЭ с высоким содержанием частиц размером до 5 мкм, применение которого в качестве компонента резин и консистентных смазок увеличивает их износостойкость и стойкость к агрессивным средам.
Поставленная цель достигается тем, что фотохимическую полимеризацию проводят в газовой фазе в присутствии в качестве инициатора - четыреххлористого углерода.
В качестве источника ультрафиолетового излучения, например, используют ртутно-кварцевую лампу.
Под действием ультрафиолетового излучения четыреххлористый углерод распадается с образованием радикалов:
Эти радикалы принимают участие в росте цепи полимера, не ухудшая его химических и физико-химических свойств.
Количество четыреххлористого углерода составляет 4-10 мас.% от загруженного ТФЭ.
Схематически эту реакцию можно представить таким образом:
ПТФЭ, полученный этим способом, представляет собой белый порошок с насыпной массой от 198 до 901 кг/м3, имеет температуру плавления 314-330°С, размер частиц не более 10 мкм, гранулометрический состав (массовое количество частиц с размером до 5 мкм) - не менее 90%.
Фотохимическую реакцию полимеризации проводят, например, в реакторе из нержавеющей стали, снабженном манометром, термопарой, кварцевым фонарем, в который помещают ртутно-кварцевую лампу.
Нижеследующие примеры иллюстрируют заявленное изобретение, но не ограничивают его.
Пример 1.
Реактор вакуумируют до остаточного давления 1-10 мм рт.ст., включают лампу и прогревают до 80-100°С, после чего лампу выключают, загружают инициатор в количестве 4% массовых от загружаемого ТФЭ. По показанию манометра загружают ТФЭ в количестве 220 г. Включают вновь ртутно-кварцевую лампу. Процесс проводят при температуре не выше 250°С и не более 3 часов.
После окончания процесса полимеризации источник УФ-излучения выключают, реактор охлаждают до комнатной температуры и выгружают полученный ПТФЭ в количестве 202 г (91,8% от загруженного ТФЭ).
Полученный ПТФЭ имеет следующие показатели:
- температура плавления 314°С;
- насыпная плотность 198 кг/м3;
- гранулометрический состав (массовое количество частиц с размером до 5 мкм) - 93% массовых.
Указанная цель достигается.
Остальные примеры представлены в таблице. Примеры получения ПТФЭ методом фотохимической полимеризации в газовой фазе в условиях примера 1.
| Количество инициатора, мас.% | Характеристика полученного ПТФЭ | Выход, % | Примечание | |||
| Температура плавления, °С | Насыпная плотность, кг/м3 | Гранулометрический состав (массовое количество частиц с размером до 5 мкм), % | ||||
| 1 | 5 | 320 | 202 | 91 | 91,5 | Малая насыпная плотность |
| 2 | 6 | 323 | 451 | 92 | 90,0 | Средняя насыпная плотность |
| 3 | 7 | 325 | 528 | 92 | 89,5 | Повышенная насыпная плотность |
| 4 | 10 | 330 | 901 | 91 | 90,5 | Высокая насыпная плотность |
Полученный методом фотохимической полимеризации ТФЭ с использованием в качестве инициатора четыреххлористого углерода ПТФЭ может быть использован как загуститель пластичных консистентных смазок, работающих при температурах от минус 120 до плюс 250°С в контакте с агрессивными средами в условиях многолетней эксплуатации. Кроме того, он может быть использован в качестве компонента резин на основе фторкаучуков, работающих в агрессивных средах в условиях многолетней эксплуатации в широком диапазоне температур от глубокого холода до плюс 300°С.
Способ получения политетрафторэтилена фотохимической полимеризацией тетрафторэтилена в газовой фазе в присутствии инициатора, отличающийся тем, что в качестве инициатора используют четыреххлористый углерод в количестве 4-10 мас.% от загруженного тетрафторэтилена, причем массовое количество получаемых частиц политетрафторэтилена с размером до 5 мкм составляет до 93 мас.%.
