一种用于处理含氟聚合物不稳定端基的装置及处理工艺的制作方法

文档序号:11096200阅读:1332来源:国知局
一种用于处理含氟聚合物不稳定端基的装置及处理工艺的制造方法

本发明涉及一种用于处理含氟聚合物不稳定端基的装置及处理工艺,属于氟化学技术领域。



背景技术:

在含氟聚合物的均聚和共聚合过程中,由于使用无机过氧化物(如过硫酸钾K2S2O8、过硫酸铵(NH4)2S2O8)引发剂在链引发和终止阶段能产生大量的羧酸端基,或含氟聚合物分子链中自身带有的乙烯基键,被氧化成羧酸根,造成含氟聚合物分子链带有羧酸根等不稳定端基。过氧化物引发剂导致产生氟酰基-COF,它在水中不稳定,分解后生成-COOH和氢氟酸。在含氟聚合物加工温度下,-COOH分解成CO2和-CF=CF-,后者又能被氧化成-COOH,产生带有腐蚀性的气体,在加工过程中产生气泡残留于产品中,极大的影响了含氟聚合物的性能、外观和使用,在工业化生产中带来巨大的经济损失。

目前被提及的含氟聚合物不稳定端基处理的方法有湿热法、双螺杆机剪切挤出法、氟气直接氟化法等。湿热法、双螺杆机剪切挤出法在工业化生产过程的应用很不理想;而氟气直接氟化法,由于在处理过程中使用到化学活性高、毒性极强的氟单质,安全风险极大,为了在氟气使用过程中能够更有效的控制安全生产,通常会针对原料采取相适应的工艺和设备。但由于目前市场上氟化工产品种类多,需求不稳定,这种单一原料固定生产工艺及设备导致企业设备投资大,生产成本高。



技术实现要素:

本发明的目的是提供一种用于处理含氟聚合物不稳定端基的装 置,其不仅可针对不同含氟聚合物(如聚四氟乙烯PTFE、聚全氟乙丙烯FEP、四氟乙烯和全氟正丙基乙烯基醚共聚物PFA)进行氟化处理,适用性非常广,而且氟化处理效果好,适合在氟化工行业大力推广。

为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:

一种用于处理含氟聚合物不稳定端基的装置,包括依次连接的制氟电解槽、氟化氢冷冻脱除器、氟气收集罐、隔膜压缩机、氟氮混合气高压贮罐、高压反应罐;

其中,所述高压反应罐的出气口还与氟气收集罐的另一出气口管道连接;

其中,为了使处理工艺环保和安全,在所述高压反应罐的出气口处还连接碱洗塔,用于将未反应完全的氟氮混合器洗涤后放空;在高压反应罐与碱洗塔之间还有真空缓冲罐及与真空缓冲罐连接的真空泵。

本发明所述的氟化处理装置中,所述氟气收集罐顶部和底部各设一取样口,用于气相色谱仪对氟气收集罐内的氟氮混合气进行取样分析。所述氟气收集罐和氟氮混合气高压贮罐的材质为不锈钢、铝、铝镁合金、蒙乃尔、哈氏合金中的一种。

本发明所述的氟化处理装置中,所述隔膜压缩机可选择常规隔膜压缩机,但为了确保隔膜压缩机使用过程的安全性,我们使用五氟化锑、全氟油、全氟醚油等惰性物质替换常规的压缩机油,并将隔膜压缩机膜片的数量增加至2~3片,以防止隔膜压缩机膜片损坏造成的安全风险;所述隔膜压缩机的膜片材质选用蒙乃尔合金、哈氏合金、英格耐尔、不锈钢中的一种。

本发明所述的氟化处理装置中,所述高压反应罐内还设一搅拌装置,其具体可选择为磁力搅拌器、无油润滑锚式搅拌器或使用以全氟油、全氟醚油为润滑油脂的搅拌装置中的一种。所述高压反应罐与搅 拌器的橡胶密封件全部更换为氟橡胶密封件,并将搅拌器轴承润滑油更换为全氟醚油,以防止氟气泄漏造成的安全事故;所述高压反应罐的材质为不锈钢、蒙乃尔合金、哈氏合金、铝、铝镁合金中的一种。

本发明还提供一种利用上述装置对含氟聚合物不稳定端基氟化处理的工艺,包括如下步骤:

(1)氟气的精制与收集;

(2)氟氮混合气的配制和加压;

(3)含氟聚合物不稳定端基的氟化处理;

(4)反应尾气的处理及包装。

其中,步骤(1)具体为:将无水氟化氢连续或间断式加入制氟电解槽中,在直流电的作用下发生电解反应产生氟气,经氟化氢冷冻脱除器在冷媒的作用下脱除氟气中含有的氟化氢气体进入已进行抽真空的氟气收集罐进行收集,直至氟气收集罐的压力与大气压相等后,停止收集氟气。

在上述步骤(1)中,所述氟化氢冷冻脱除器的冷冻温度在-80℃以下。

其中,步骤(2)具体为:按配比向氟气收集罐中加入一定量的精氮,然后再将配制好的氟氮混合气用隔膜压缩机增压输入氟氮混合气高压罐内待用;

在实际生产中,按计算好的氟氮比例配制的氟氮混合气中氟含量往往与理论计算并不一致,这是由于设备规模、密封程度等原因造成的,为了保证氟化处理的效果,本申请发明人在大量实践中发现通过利用气相色谱仪对氟氮混合气贮罐底部和顶部分别取样分析其中的氟气含量,并将两次取样中氟气体积百分含量的平均值作为氟氮混合气中氟气的体积百分含量,同时根据此数据补加氮气,所得氟氮混合气更接近于理论计算的氟氮比例,从而保证的氟化处理的效果。

其中,步骤(3)具体为:向带有搅拌装置的高压反应罐内加入 待氟化处理的含氟聚合物,对物料进行加热,并启动搅拌装置,待温度达到反应温度后,向高压反应罐内通入高压氟氮混合气至指定反应压力,连续反应至规定时间。

在上述步骤(3)中,所述含氟聚合物是以过硫酸氨或过硫酸钾为引发剂制取的均聚和共聚含氟化合物,其包括但不限于聚四氟乙烯(PTFE)、聚全氟乙丙烯(FEP)、四氟乙烯和全氟正丙基乙烯基醚共聚物(PFA)。

在上述步骤(3)中,所述加热是利用高压反应罐热媒夹套中的热媒加热,其中热媒可根据反应温度的高低进行调整;当反应温度<100℃时,所述热媒选择热水,当反应温度在100~180℃时,热媒选择蒸汽,当反应温度为180~400℃时,热媒选择高温导热油。

其中,步骤(4)具体为:氟化反应结束后,缓慢打开高压反应罐的排气阀,将未反应完全的氟氮混合气排至碱洗塔洗涤后放空,然后反复的向高压反应罐内通入氮气进行置换,将高压反应罐固相内残余的氟气置换干净,最后将经氟化处理的含氟聚合物从反应罐的底部放出包装。

本发明所述氟化处理装置能够调节反应所需氟氮混合气氟气的浓度及反应压力,从而满足不同含氟聚合物氟化处理过程中对于氟气浓度、反应压力的不同要求,消除了现有装置提高含氟气体压力导致的安全问题,其可将含氟气体压力提高至10MPa,从而有效提高氟化处理反应速率和氟化效率。使用循环热水、蒸汽、高温导热油作为加热夹套的热媒,可以满足不同温度条件下的反应需求;利用带有搅拌装置的高压反应罐可使含氟聚合物颗粒比较均匀与氟气进行反应,提升了不稳定端基的处理能力;此外,采用低温冷冻氟化氢脱除技术,在合适的温度和停留时间下使氟气中氟化氢的脱除率达到99%。由此可见,本发明所述的氟化处理装置对反应温度没有限制要求,含氟聚合物与氟气在高压反应罐中均匀反应,不稳定端基-COOH、-COF、 -CF=CF2全部转化为稳定的-CF3,达到了消除含氟聚合物不稳定端基的目的。整个氟化处理装置实现制氟、混配、氟化处理及后处理一条龙工艺,可根据市场环境适时调整生产产品的种类,针对氟化企业生产需求不饱和、加工原料多样化的特点,满足氟化企业的实际生产需求,降低企业生产及运营成本,同时使产品质量、外观均得到了大幅度的提高,具有安全可靠、适用范围广泛,直接氟化处理工艺简单等特点。

附图说明

图1为本发明涉及的含氟聚合物不稳定端基处理的工艺流程图

图中:1、制氟电解槽;2、氟化氢冷冻脱除器;3、氟气收集罐;4、隔膜压缩机;5、氟氮混合气高压罐;6、高压反应罐;7、真空缓冲罐;8、真空泵;9、碱洗塔。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。

实施例1

一种用于处理含氟聚合物不稳定端基的装置,包括依次连接的制氟电解槽、氟化氢冷冻脱除器、氟气收集罐、隔膜压缩机、氟氮混合气高压贮罐、高压反应罐;所述高压反应罐的出气口还与氟气收集罐的另一出气口管道连接;在所述高压反应罐的出气口处还连接碱洗塔,用于将未反应完全的氟氮混合器洗涤后放空;在高压反应罐与碱洗塔之间还有真空缓冲罐及与真空缓冲罐连接的真空泵。

其中,所述氟气收集罐顶部和底部各设一取样口,用于气相色谱仪对氟气收集罐内的氟氮混合气进行取样分析。所述氟气收集罐和氟氮混合气高压贮罐的材质为不锈钢、铝、铝镁合金、蒙乃尔、哈氏合金中的一种。

其中,所述隔膜压缩机为常规隔膜压缩机,其中压缩机油使用五氟化锑、全氟油、全氟醚油等惰性物质,并增加隔膜压缩机膜片的数 量至2~3片,以防止隔膜压缩机膜片损坏造成的安全风险;所述隔膜压缩机的膜片材质选用蒙乃尔合金、哈氏合金、英格耐尔、不锈钢中的一种。

其中,所述高压反应罐内还设一搅拌装置,其具体可选择为磁力搅拌器、无油润滑锚式搅拌器或使用以全氟油、全氟醚油为润滑油脂的搅拌装置中的一种。所述高压反应罐的材质为不锈钢、蒙乃尔合金、哈氏合金、铝、铝镁合金中的一种。所述高压反应罐与搅拌器的普通橡胶密封件,全部更换为氟橡胶密封件,并将搅拌器轴承润滑油更换为全氟醚油,以防止氟气泄漏造成的安全事故。

实施例2聚全氟乙丙烯(FEP)的氟化处理

一种聚全氟乙丙烯(FEP)的氟化处理方法,包括如下步骤:

(1)氟气的精制与收集;

将氟气收集罐(氟氮混合气罐)、氟氮混合气高压罐抽空备用,开启制氟电解槽逐步提升电解槽电流,待电解槽阳极室及其管道用氟气置换干净后,将氟气切换至氟气收集罐收集直至氟气收集罐压力与大气压相平,将氟气切换至放空洗涤塔放空,关闭氟气收集罐氟气进口阀门,停制氟电解槽。

(2)氟氮混合气的配制和加压;

向氟气收集罐内加入定量的精氮,压力升至0.3MPa,然后用气相色谱仪对氟气收集罐进行取样分析,罐顶样与罐底样的平均值约为20%,启动隔膜压缩机将氟氮混合气压入氟氮混合气高压罐至高压罐压力达到1.2MPa为止。

(3)含氟聚合物不稳定端基的氟化处理;

向高压反应罐装填少量的经过氟化处理的聚全氟乙丙烯(FEP)直至与搅拌器的底部相平,然后在加入一定量待处理的聚全氟乙丙烯(FEP),启动搅拌装置,转速调制120r/min,然后开启夹套蒸汽阀门,通入高压蒸汽对其进行升温,然后启动真空泵对高压反应罐 抽空后缓慢开启氟氮混合气高压罐至高压反应罐的阀门将高压反应罐的压力升至1.0MPa,持续升温至160℃,连续反应2小时达到反应终点。

(4)反应尾气的处理及包装;

关闭反应罐的蒸汽进口阀门,缓慢打开反应罐到碱液洗涤塔的放空阀门,将高压反应罐的压力卸至常压,通入管道氮气反复对高压反应罐进行置换,直至将反应罐内残留的氟气、氟化氢气体置换干净后停止搅拌装置。最后从高压反应罐的底部将FEP放出包装,利用红外检测FEP不稳定端基的含量<10个-COF端基/106个碳原子。

实施例3聚四氟乙烯(PTFE)的氟化处理方法

一种聚四氟乙烯(PTFE)的氟化处理方法,包括如下步骤:

(1)氟气的精制与收集;

将氟气收集罐(氟氮混合气罐)、氟氮混合气高压罐抽空备用,开启制氟电解槽逐步提升电解槽电流,待电解槽阳极室及其管道用氟气置换干净后,将氟气切换至氟气收集罐收集直至氟气收集罐压力与大气压相平,将氟气切换至放空洗涤塔放空,关闭氟气收集罐氟气进口阀门,停制氟电解槽。

(2)氟氮混合气的配制和加压;

向氟气收集罐内加入定量的精氮,压力升至0.22MPa,然后用气相色谱仪对氟气收集罐进行取样分析,罐顶样与罐底样的平均值约为25%,启动隔膜压缩机将氟氮混合气压入氟氮混合气高压罐至高压罐压力达到1.2MPa为止。

(3)含氟聚合物不稳定端基的氟化处理;

向高压反应罐装填少量的经过氟化处理的聚四氟乙烯(PTFE)直至与搅拌器的底部相平,然后在加入一定量待处理的聚四氟乙烯(PTFE),启动搅拌装置,转速调制240r/min,然后开启夹套蒸汽阀 门,通入高压蒸汽对其进行升温,然后启动真空泵对高压反应罐抽空后缓慢开启氟氮混合气高压罐至高压反应罐的阀门将高压反应罐的压力升至1.0MPa,控制反应温度在100±10℃,连续反应4小时达到反应终点。

(4)反应尾气的处理及包装;

关闭反应罐的蒸汽进口阀门,缓慢打开反应罐到碱液洗涤塔的放空阀门,将高压反应罐的压力卸至常压,通入管道氮气反复对高压反应罐进行置换,直至将反应罐内残留的氟气、氟化氢气体置换干净后停止搅拌装置。最后从高压反应罐的底部将PTFE放出包装,利用红外检测FEP不稳定端基的含量<20个-COF端基/106个碳原子。

实施例4四氟乙烯和全氟正丙基乙烯基醚共聚物(PFA)的氟化处理方法

一种四氟乙烯和全氟正丙基乙烯基醚共聚物(PFA)的氟化处理方法,包括如下步骤:

(1)氟气的精制与收集;

将氟气收集罐(氟氮混合气罐)、氟氮混合气高压罐抽空备用,开启制氟电解槽逐步提升电解槽电流,待电解槽阳极室及其管道用氟气置换干净后,将氟气切换至氟气收集罐收集直至氟气收集罐压力与大气压相平,将氟气切换至放空洗涤塔放空,关闭氟气收集罐氟气进口阀门,停制氟电解槽。

(2)氟氮混合气的配制和加压;

向氟气收集罐内加入定量的精氮,压力升至0.4MPa,然后用气相色谱仪对氟气收集罐进行取样分析,罐顶样与罐底样的平均值约为16%,启动隔膜压缩机将氟氮混合气压入氟氮混合气高压罐至高压罐压力达到1.2MPa为止。

(3)含氟聚合物不稳定端基的氟化处理;

向高压反应罐装填少量的经过氟化处理的四氟乙烯和全氟正丙基乙烯基醚共聚物(PFA)直至与搅拌器的底部相平,然后在加入一定量待处理的四氟乙烯和全氟正丙基乙烯基醚共聚物(PFA),启动搅拌装置,转速调制120r/min,然后开启夹套高温导热油进口阀门,控制反应釜内温度250±10℃,然后启动真空泵对高压反应罐抽空后缓慢开启氟氮混合气高压罐至高压反应罐的阀门将高压反应罐的压力升至0.5MPa,连续反应6小时达到反应终点。

(4)反应尾气的处理及包装;

关闭反应罐的导热油进口阀门,缓慢打开反应罐到碱液洗涤塔的放空阀门,将高压反应罐的压力卸至常压,通入管道氮气反复对高压反应罐进行置换,直至将反应罐内残留的氟气、氟化氢气体置换干净后停止搅拌装置。最后从高压反应罐的底部将PFA放出包装,利用红外检测PFA不稳定端基的含量<10个-COF端基/106个碳原子

虽然,上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述,但在本发明基础上,可以对之作一些修改或改进,这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此,在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进,均属于本发明要求保护的范围。

当前第1页1 2 3 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1