[发明专利]一种制备含氟聚合物和含氟共聚物的装置及其工艺

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种含氟聚合物和含氟共聚物的装置，还涉及一种利用该装置把含氟单体进行连续聚合或共聚的制造工艺。

 

背景技术

含氟聚合物具有一系列优异的功能和特性，例如：耐高温、耐低温、耐腐蚀、耐气候抗老化、高绝缘性、介电性能稳定、高润滑、无毒害等种种实用性能，使它可在化学工程、石油化工、建筑工程、航空工业、纺织行业、汽车、光学、及微电子行业等国民经济的许多领域大显身手。诸如化工防腐蚀管道及设备上的衬里和涂层、超纯物质的过滤材料、耐高低温的液压传递软管、耐各种苛刻环境之密封垫圈、低摩擦之桥梁伸缩滑块、各类无油润滑活塞环、高温高频电子仪器的绝缘、可挠电缆、高级印刷线路板、压电压热性能材料、无油烹调饮具的脱模涂层、人体血管及心肺脏器的代用品等等，都只是它在这些领域的代表性用途。随着制造与加工技术的进步，必将有更多的含氟聚合物产品应用在各行各业的各个部门；因此，开发含氟聚合物的制造方法，具有极大的经济价值和社会价值。

含氟聚合物分为均聚物和共聚物，均聚物是一种单体聚合反应后的产物，如：聚四氟乙烯（PTFE，简称F4）、聚三氟氯乙烯（PCTFE，简称F3）、聚偏氟乙烯（PVDF，简称F2）、聚氟乙烯（PVF，简称F1）等；共聚物是2种或2种以上单体共同聚合反应后的产物，如：四氟乙烯和六氟丙烯的共聚物-聚全氟乙丙烯（FEP，简称F46）、四氟乙烯与全氟代烷基乙烯基醚共聚物-可熔性聚四氟乙烯（PFA）、偏氟乙烯与三氟氯乙烯共聚物（Kel-F，简称F23）、偏氟乙烯与四氟乙烯共聚物（фOomph，简称F24） 、偏氟乙烯与六氟丙烯共聚物（vitonA，简称F26）、三氟氯乙烯与乙烯共聚物（Halar，简称F30）、四氟乙烯与乙烯共聚物（Tefzel，简称F40）、偏氟乙烯与六氟异丁烯共聚物（CM-1）、偏氟乙烯与三氟氯乙烯共聚物、偏氟乙烯和六氟丙烯共聚物、偏氟乙烯和六氟丙烯及四氟乙烯三元共聚物等。

目前国内外合成均聚物的主要方法有乳液聚合法、悬浮聚合法、后乳化法和剪切乳化法，其中常用的方法是乳液聚合法和悬浮聚合法。合成共聚物常用的方法也是乳液聚合法和悬浮聚合法，只是在聚合釜内分别加入2种或2种以上的单体。

乳液聚合是指借助乳化剂的作用，在机械搅拌或振荡下，单体在水中形成乳液而进行的聚合；乳液聚合反应产物为胶乳，可直接应用，也可以把胶乳破坏，经洗涤、干燥等后处理工序，得粉状或针状聚合物。乳液聚合可以在较高的反应速度下，获得较高分子量的聚合物，物料的粘度低，易于传热和混合，生产容易控制，残留单体容易除去。乳液聚合的缺点是聚合过程中加入的乳化剂等影响制品性能。为得到固体聚合物，需要经过凝聚、分离、洗涤等工艺过程。

悬浮聚合是指单体在机械搅拌或振荡下，通过分散剂的作用，单体分散成液滴，通常悬浮于水中进行的聚合过程，故又称珠状聚合。特点是：反应器内有大量水，物料粘度低，容易传热和控制；聚合后只需经过简单的分离、洗涤、干燥等工序，即得树脂产品，可直接用于成型加工；产品较纯净、均匀。缺点是反应器生产能力和产品纯度较低，而且，不能采用连续法进行生产。

现有含氟聚合物的生产工艺，尽管配方不同，温度、压力、聚合时间等的工艺参数不同，但它们的制备都是以水相形式在反应釜内完成的，即如图1所示的装置内完成。在生产过程中存在以下缺点：

1、不能进行连续生产；每一釜反应完毕，需要清理反应釜，需要重新配料。因此产品产量小，不能大规模生产。 

2、由于工艺控制难度大，每一釜在配料、工艺控制等方面存在较大误差，使得这一釜产品与上一釜产品的质量存在较大差异，产品质量不稳定。

3、 水相中物料（包括纯水、表面活性剂、引发剂、分散剂、调聚剂、PH值调节剂、稳定剂、链转移剂等的几种或全体），随着单体的不断加入，其中的组分含量一直在变化，相当于单体聚合条件是在不断变化中的，由此导致本釜中的产品质量也存在差异，影响了使用效果。

4、反应釜一般都是采用搅拌桨的方式，但由于釜的结构和搅拌桨的结构所限定，搅拌并不能保证釜内物料达到均匀，而提高搅拌强度不仅增加能耗，效果也很有限；因此釜内各点的聚合是不均匀的。

5、由于釜式反应器的特征，反应釜的上部留有空间，如果搅起的物料不能到达此空间或搅拌不够均匀时，单体气体会在某处积累，产生自聚。如果自聚的物料较多，就会发生爆炸。