专利名称：一种利用电子束制备ptfe超细粉的方法
技术领域：
本发明涉及化工技术领域，特别涉及一种利用电子束辐照和双氧水制备聚四氟乙烯超细粉的方法。
背景技术：
聚四氟乙烯(PTFE)俗称塑料王，是由四氟乙烯单体聚合而成的聚合物，有很强的凝聚性，树脂很容易附在一起，不易分散。PTFE超细粉(微粉)是低分子量的聚四氟乙烯，达到超细程度的PTFE超细粉，分子量低于I万以下，粒径在0.5-15 μ m的PTFE微粉系列，不仅保持着聚四氟乙烯原有的所有优良性能，还具有许多独特的性能:如无自凝聚性、无静电效应、相溶性好、分子量低、分散性好、自润滑性高、摩擦系数降低，不结团，容易与油或有机液体相混，与其它固体微粒也可均匀混合明显等等。PTFE超细粉平均粒径小于5 μ m，比表面大于10m2/g，摩擦系数0.06 0.07，润滑性好，能很好地分散在许多材料中。可用作塑料、橡胶、油墨、涂料、润滑油脂的防黏、减摩、阻燃添加剂，也可作干性润滑剂制成气溶胶等。PTFE超细粉可以单独作固体润滑剂使用，也可以作为塑料、橡胶、涂料、油墨、润滑油、润滑脂等的添加剂。与塑料或橡胶混合时可用各种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细粉，可降低摩擦系数，只要加百分之几，就可提高润滑油的寿命。其有机溶剂分散液还可作脱模剂。制备PTFE超细粉的方法，决定了 PTFE超细粉的结构性能、分子量及其分布。PTFE超细粉的制备方法主要有两种:1、直接用TFE调节聚合，经一定时间后终止聚合反应，产物再进行适当加工；2、 用高分子量PTFE降解，再粉碎。裂解反应制备PTFE超细粉的方法主要有热裂解和辐照裂解。辐照裂解过程中，PTFE降解受辐照条件的影响，辐照剂量，辐照所采用的能量来源以及氧化条件的不同，对PTFE超细粉的物理性能和化学性能均有较大影响，因此需要对PTFE辐照裂解过程中的设备和工艺条件进行优化并严格控制。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种利用电子束辐照和双氧水制备PTFE超细粉的方法。为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下:一种利用电子束制备PTFE超细粉的方法，其特征在于，包括如下步骤:(I)将干燥的聚四氟乙烯原料用液氮进行低温急冷处理；将低温处理后的聚四氟乙烯原料粉碎成粒径为100-1000 μ m的粉料；(2)提供一种电子加速器，包括高频振荡器，辐照窗，位于辐照窗下方的循环小车；将聚四氟乙烯粉料置于循环小车上；开启电子加速器；电子加速器产生高能电子束对聚四氟乙烯粉料进行辐照，辐照剂量为300-500KGy ;高分子的聚四氟乙烯粉料裂解得到粒径为100 μ m以下的聚四氟乙烯细粉。(3)提供一种气流粉碎机，对聚四氟乙烯细粉进行再粉碎、分级，聚四氟乙烯细粉分散成平均粒径在5 μ m以下的聚四氟乙烯超细粉。进一步地，在上述方法中，所述电子加速器的能量为2MeV，束流为10mA，扫描均匀性为98%以上，扫描宽度为IOOOmm ;所述电子束对聚四氟乙烯粉料进行辐照的次数为2_5次，每次3-10分钟。 进一步地，在上述任一种方法中，所述辐照剂量为400KGy，辐照次数为5次，每次8分钟。进一步地，在上述任一种方法中，在步骤(2)中，提供一种喷淋装置，在辐照过程中，通过所述喷淋装置将与待喷淋聚四氟乙烯重量比3-8%的双氧水液体喷淋在聚四氟乙烯粉料表面。进一步地，在上述任一种方法中，所述双氧水液体与待喷淋聚四氟乙烯的重量比为5% ο进一步地，在上述任一种方法中，所述电子束对聚四氟乙烯粉料进行辐照的次数为2次，每次3分钟。进一步地，在上述任一种方法中，所述气流粉碎机包括气流喷嘴、粉碎室，压缩空气通过喷嘴高速喷射入粉碎室，在多股高压气流的交汇点处，经辐照过的聚四氟乙烯细粉颗粒被反复碰撞、磨擦、剪切而粉碎。进一步地，在上述任一种方法中，所述气流粉碎机还包括旋风分离器、除尘器和引风机；所述气流粉碎机包括分级室，在粉碎室粉碎后的聚四氟乙烯在引风机作用下运动至分级室，在分级轮作用下，使聚四氟乙烯细粉颗粒按粒度大小分离，符合粒度要求的细颗粒通过分级轮进入旋风分离器或除尘器进行收集，不符合粒度要求的粗颗粒下降至粉碎室继续粉碎。进一步地，在上述任一种方法中，所述气流粉碎机的气流喷嘴为拉瓦尔喷嘴。进一步地，在上述任一种方法中，所述气流粉碎机具有干燥过滤装置，所述干燥过滤装置位于喷嘴前。根据本发明提供的利用电子束制备PTFE超细粉的方法，在相同的辐照条件下，可增加聚四氟乙烯的降解率或者降低辐照时间也能达到相同的降解率，因此提高了生产效率，保证获得尺寸符合要求的低分子的聚四氟乙烯超细粉，且制造过程可严格进行控制，保证生产质量。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。聚四氟乙烯的耐辐射性能较差(lOOOGy)，受高能辐射后引起降解，本发明利用聚四氟乙烯的这个特性采用高频高压电子加速器对聚四氟乙烯进行辐射降解处理，再用气流粉碎机进行分散处理可得到聚四氟乙烯超细粉材料。高频高压电 子加速器是一种能产生强流电子射线的装置。它将50Hz工频低压电能，用高频振荡器变成IOOkHz高频电能，再通过高频耦合方式给由二极管和空间电容组成倍压整流电流并联供电，串连后得到极高的直流高压，用它加速电子，便可以获得所需要的强流高能电子束射线。本发明下述实施例采用的电子加速器能量为2Mev，束流为10mA，扫描均匀性98%以上，扫描宽度1000mm。其中，用于放置物料的电子束辐照的盘子尺寸为IOOOmmX IOOOmmX 12mm,物料盛满后体积为0.012m3,小车运行速度IOm/分，电子束束流10mA，走一圈剂量为10Kgy，300Kgy就是30圈，以此类推。为了增加聚四氟乙烯的降解率，采用在电子束辐照过程中添加双氧水的办法来降低辐照剂量，双氧水通过特制喷淋装置成雾状喷在聚四氟乙烯原料的表面，因为双氧水在辐照过程中产生羟基自由基(.0H)，羟基自由基(.0H)是一种重要的活性氧，从分子式上看是由氢氧根(0H-)失去一个电子形成。羟基自由基具有极强的得电子能力也就是氧化能力，氧化电位2.8v，是自然界中仅次于氟的氧化剂，通过电子束和双氧水的双重协同氧化反应，把高分子的聚四氟乙烯原料降解为低分子的聚四氟乙烯超细粉。经过辐照降解后的聚四氟乙烯已经由高分子变成低分子了，可低分子的聚四氟乙烯还是团聚在一起，没有分散成小分子的超细粉，为了能得到超细粉，必须把辐照降解后的低分子的聚四氟乙烯经过气流粉碎机粉碎。本发明下述实施例中所使用的气流粉碎机包括螺旋加料器、气流喷嘴、粉碎室、分级室、引风机。气流粉碎机的气流喷嘴为拉瓦尔喷嘴。气流粉碎机还具有干燥过滤装置，位于喷嘴前。辐照好的聚四氟乙烯放入气流粉碎机，通过螺旋加料器进入粉碎室，压缩空气通过特殊配置的超音速拉瓦尔喷嘴向粉碎室高速喷射，经辐照过的聚四氟乙烯细粉颗粒在超音速喷射流中加速，并在喷嘴交汇处反复冲击、碰撞，达到粉碎。被粉碎的物料随上升气流进入分级室，由于分级转子高速旋转，粒子既受到分级转子的离心力，又受到气流粘性作用产生的向心力，当粒子受到的离心力大于向心力，即分级径以上的粗粒子返回粉碎室继续冲击粉碎，分级径以下的细粒子随气流进入旋风分离器、除尘器收集，旋风分离器收集细粒子中的较粗粒子，少部分超细粒子由除尘器收集，大约在10% — 20%，气体由引风机排出。实施例一一种利用电子束制备PTFE超细粉的方法，包括如下步骤:(I)将干燥的聚四氟乙烯原料用液氮进行低温冷处理；将低温处理后的聚四氟乙烯原料粉碎成粒径为100-1000 μ m的粉料；(2)提供一种电子加速器，包括高频振荡器，辐照窗，位于辐照窗下方的循环小车；将聚四氟乙烯粉料置于循环小车上；开启电子加速器；电子加速器产生高能电子束对聚四氟乙烯粉料进行辐照，每0.012m3聚四氟乙烯粉料(优选盛满盘子，所盛聚四氟乙烯粉料的厚度为12mm)的辐照剂量为400KGy ;所述电子束对聚四氟乙烯粉料进行辐照的次数为5次，每次8分钟；高分子的聚四氟乙烯粉料裂解得到粒径为100 μ m以下的聚四氟乙烯细粉。(3)用气流粉碎机对聚四氟乙烯细粉进行再粉碎、分级，聚四氟乙烯细粉分散成平均粒径在5 μ m以下的聚四氟乙烯超细粉。实施例二: 本实施例提供的利用电子束制备PTFE超细粉的方法中，步骤(I )，步骤(3)与上述实施例中相同，步骤(2)为:
提供一种电子加速器，包括高频振荡器，辐照窗，位于辐照窗下方的循环小车；将聚四氟乙烯粉料置于循环小车上；开启电子加速器；电子加速器产生高能电子束对聚四氟乙烯粉料进行辐照，每0.012m3聚四氟乙烯粉料(盛满盘子，所盛聚四氟乙烯粉料的厚度为12mm)的辐照剂量为400KGy ；提供一种喷淋装置，在辐照过程中，通过所述喷淋装置将与待喷淋聚四氟乙烯重量比5%的双氧水液体喷淋在聚四氟乙烯粉料表面；电子束对聚四氟乙烯粉料进行辐照的次数为2次，每次3分钟；高分子的聚四氟乙烯粉料裂解得到粒径为100 μ m以下的聚四氟乙烯细粉。通过实验测定，添加5% (重量比)的双氧水能提高降解效率20%，也就是说达到同样的聚四氟乙烯原料降解率可以降低电子束辐照时间20%，达到了减少辐照时间、节约成本的作用。实施例三:本实施例提供的利用电子束制备PTFE超细粉的方法中，步骤(I )，步骤(3)与上述实施例中相同，步骤(2)为:提供一种电子加速器，包括高频振荡器，辐照窗，位于辐照窗下方的循环小车；将聚四氟乙烯粉料置于循环小车上；开启电子加速器；电子加速器产生高能电子束对聚四氟乙烯粉料进行辐照，每0.012m3聚四氟乙烯粉料(盛满盘子，所盛聚四氟乙烯粉料的厚度为12mm)的辐照剂量为400KGy ；提供一种喷淋装置，在辐照过程中，通过所述喷淋装置将与待喷淋聚四氟乙烯重量比3%的双氧水液体喷淋在聚四氟乙烯粉料表面；电子束对聚四氟乙烯粉料进行辐照的次数为2次，每次5分钟；高分子的聚 四氟乙烯粉料裂解得到粒径为100 μ m以下的聚四氟乙烯细粉。实施例四:本实施例提供的利用电子束制备PTFE超细粉的方法中，步骤(I )，步骤(3)与上述实施例中相同，步骤(2)为:提供一种电子加速器，包括高频振荡器，辐照窗，位于辐照窗下方的循环小车；将聚四氟乙烯粉料置于循环小车上；开启电子加速器；电子加速器产生高能电子束对聚四氟乙烯粉料进行辐照，每0.012m3聚四氟乙烯粉料(盛满盘子，所盛聚四氟乙烯粉料的厚度为12mm)的辐照剂量为400KGy ；提供一种喷淋装置，在辐照过程中，通过所述喷淋装置将与待喷淋聚四氟乙烯重量比8%的双氧水液体喷淋在聚四氟乙烯粉料表面；电子束对聚四氟乙烯粉料进行辐照的次数为2次，每次4分钟；高分子的聚四氟乙烯粉料裂解得到粒径为100 μ m以下的聚四氟乙烯细粉。实施例五:本实施例提供的利用电子束制备PTFE超细粉的方法中，步骤(I )，步骤(3)与上述实施例中相同，步骤(2)为:提供一种电子加速器，包括高频振荡器，辐照窗，位于辐照窗下方的循环小车；将聚四氟乙烯粉料置于循环小车上；开启电子加速器；电子加速器产生高能电子束对聚四氟乙烯粉料进行辐照，每0.012m3聚四氟乙烯粉料(盛满盘子，所盛聚四氟乙烯粉料的厚度为12mm)的辐照剂量为300KGy ；提供一种喷淋装置，在辐照过程中，通过所述喷淋装置将与待喷淋聚四氟乙烯重量比8%的双氧水液体喷淋在聚四氟乙烯粉料表面；
电子束对聚四氟乙烯粉料进行辐照的次数为2次，每次5分钟；高分子的聚四氟乙烯粉料裂解得到粒径为100 μ m以下的聚四氟乙烯细粉。实施例六:本实施例提供的利用电子束制备PTFE超细粉的方法中，步骤(I )，步骤(3)与上述实施例中相同，步骤(2)为:提 供一种电子加速器，包括高频振荡器，辐照窗，位于辐照窗下方的循环小车；将聚四氟乙烯粉料置于循环小车上；开启电子加速器；电子加速器产生高能电子束对聚四氟乙烯粉料进行辐照，每0.012m3聚四氟乙烯粉料(盛满盘子，所盛聚四氟乙烯粉料的厚度为12mm)的辐照剂量为800KGy ；提供一种喷淋装置，在辐照过程中，通过所述喷淋装置将与待喷淋聚四氟乙烯重量比3%的双氧水液体喷淋在聚四氟乙烯粉料表面；电子束对聚四氟乙烯粉料进行辐照的次数为2次，每次6分钟；高分子的聚四氟乙烯粉料裂解得到粒径为100 μ m以下的聚四氟乙烯细粉。以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
权利要求
1.一种利用电子束制备PTFE超细粉的方法，其特征在于，包括如下步骤 (1)将干燥的聚四氟乙烯原料用液氮进行低温急冷处理；将低温处理后的聚四氟乙烯原料粉碎成粒径为100-1000 μ m的粉料； (2)提供一种电子加速器，包括高频振荡器，辐照窗，位于辐照窗下方的循环小车，将聚四氟乙烯粉料置于循环小车上，开启电子加速器，电子加速器产生高能电子束对聚四氟乙烯粉料进行辐照，辐照剂量为300-500KGy，使高分子的聚四氟乙烯粉料裂解得到粒径为100 μ m以下的聚四氟乙烯细粉； (3)提供一种气流粉碎机，对步骤(2)得到的聚四氟乙烯细粉进行再粉碎、分级，使聚四氟乙烯细粉分散成平均粒径在5 μ m以下的聚四氟乙烯超细粉。
2.根据权利要求I所述的利用电子束制备PTFE超细粉的方法，其特征在于，所述电子加速器的能量为2MeV，束流为10mA，扫描均匀性为98%以上，扫描宽度为IOOOmm ;所述电子束对聚四氟乙烯粉料进行辐照的次数为2-5次，每次3-10分钟。
3.根据权利要求2所述的利用电子束制备PTFE超细粉的方法，其特征在于，所述辐照剂量为400KGy，辐照次数为5次，每次8分钟。
4.根据权利要求1-3任一项所述的利用电子束制备PTFE超细粉的方法，其特征在于，在步骤(2)中，提供一种喷淋装置，在辐照过程中，通过所述喷淋装置将与待喷淋聚四氟乙烯重量比3-8%的双氧水液体喷淋在聚四氟乙烯粉料表面。
5.根据权利要求4所述的利用电子束制备PTFE超细粉的方法，其特征在于，所述双氧水液体与待喷淋聚四氟乙烯的重量比为5%。
6.根据权利要求I或2所述的利用电子束制备PTFE超细粉的方法，其特征在于，所述电子束对聚四氟乙烯粉料进行辐照的次数为2次，每次3分钟。
7.根据权利要求5所述的利用电子束制备PTFE超细粉的方法，其特征在于，所述气流粉碎机包括气流喷嘴和粉碎室，压缩空气通过喷嘴高速喷射入粉碎室，在多股高压气流的交汇点处，经辐照过的聚四氟乙烯细粉颗粒被反复碰撞、磨擦、剪切而粉碎。
8.根据权利要求7所述的利用电子束制备PTFE超细粉的方法，其特征在于所述气流粉碎机还包括旋风分离器、除尘器和引风机；所述气流粉碎机包括分级室，在粉碎室粉碎后的聚四氟乙烯在引风机作用下运动至分级室，在分级轮作用下，使聚四氟乙烯细粉颗粒按粒度大小分离，符合粒度要求的细颗粒通过分级轮进入旋风分离器或除尘器进行收集，不符合粒度要求的粗颗粒下降至粉碎室继续粉碎。
9.根据权利要求8所述的利用电子束制备PTFE超细粉的方法，其特征在于，所述气流粉碎机的气流喷嘴为拉瓦尔喷嘴。
10.根据权利要求9中所述的利用电子束制备PTFE超细粉的方法，其特征在于，所述气流粉碎机具有干燥过滤装置，所述干燥过滤装置位于喷嘴前。
全文摘要
一种利用电子束制备PTFE超细粉的方法，包括将干燥的聚四氟乙烯原料用液氮进行低温冷处理；将低温处理后的聚四氟乙烯原料粉碎成PTFE粉料；提供电子加速器，包括高频振荡器，辐照窗，位于辐照窗下方的循环小车；将聚四氟乙烯粉料置于循环小车上；开启电子加速器；电子加速器产生高能电子束对聚四氟乙烯粉料进行辐照；在辐照过程中，通过喷淋装置将双氧水液体喷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细粉；用气流粉碎机对聚四氟乙烯细粉进行再粉碎、分级，聚四氟乙烯细粉分散成聚四氟乙烯超细粉。根据本发明提供的方法，在相同的辐照条件下，可增加聚四氟乙烯的降解率或者降低辐照时间也能达到相同的降解率。
文档编号C08J3/28GK103252278SQ20131011651
公开日2013年8月21日 申请日期2013年4月3日 优先权日2013年4月3日
发明者顾建忠, 吴明红, 蔡建球 申请人:太仓金凯特种线缆有限公司