一种聚全氟乙丙烯聚合装置与合成方法与流程

本发明涉及聚全氟乙丙烯，具体涉及一种聚全氟乙丙烯聚合装置与合成方法。

背景技术：

1、聚全氟乙丙烯树脂（fep）是四氟乙烯和六氟丙烯的共聚物，通常分子中含有10%～20%的六氟丙烯共聚单元，具有优越的耐热性、耐化学性、抗气候性和绝缘性等。fep的结构类似于ptfe，只是在部分重复单元上有一个全氟甲基取代一个氟原子，全氟甲基的引入阻碍了聚合物链的高度结晶和彼此之间的滑动，因此fep相较于ptfe熔融粘度低很多，抗蠕变性更佳，加工性能更优，几乎可用一切通用方法加工成型，被广泛应用于电线电缆、机械、化工和医疗等领域。

2、聚全氟乙丙烯的共聚聚合工艺一般是采用乳液聚合法，该方法是先在聚合釜中加入固定组分的初始混合单体四氟乙烯和六氟丙烯，同时在聚合釜中加入无离子水、引发剂、乳化剂等助剂后，在一定温度和压力下聚合，然后在聚合反应过程中连续补加四氟乙烯和六氟丙烯维持聚合釜内压力至达到聚合目标值，fep 乳液经后处理即得。发明人在实施上述方案之后发现，该现有技术至少存在以下缺陷：聚全氟乙丙烯共聚物中的四氟乙烯和六氟丙烯单元的比例不可控，导致所合成聚全氟乙丙烯产物的组分均匀性下降；聚合所采用的温度普遍偏高，生成的聚全氟乙丙烯分子量分布较宽，聚全氟乙丙烯的组分均匀性差和分子量分布宽会导致加工的制品耐开裂性能差，力学强度偏低。在不同聚合条件下，传统方法采用的聚合助剂适配度降低，对所制备的聚全氟乙丙烯的胶粒分布和粒径影响较大，产物分子量分布较宽。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种聚全氟乙丙烯聚合装置与合成方法，所生产的聚全氟乙丙烯分子量分布较窄，且耐开裂性和力学强度得到了提高。

2、为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明的目的在于提供一种聚全氟乙丙烯聚合装置，包括聚合釜和气体混合器；

4、聚合釜，配置为四氟乙烯和六氟丙烯乳液法合成聚全氟乙丙烯的反应区；所述聚合釜的上方设置有第一气相取样口，所述第一气相取样口连接有第一气相检测装置；

5、所述聚合釜的上方一侧设置有气体进料口，所述气体进料口配置为向所述聚合釜内加入四氟乙烯和六氟丙烯的混合气，所述气体进料口连接气体混合器，所述气体混合器配置为将进入到气体混合器中的四氟乙烯和六氟丙烯均匀混合；所述气体混合器的出口侧设置有第二气相取样口，所述第二气相取样口连接有第二气相检测装置。

6、进一步地，所述聚合釜与所述气体混合器之间还设置有压缩器，配置为对含有四氟乙烯和六氟丙烯的气体进行加压；

7、所述气体混合器入口处连接有四氟乙烯进气管和六氟丙烯进气管，所述气体混合器的出口连接所述压缩器的入口，所述压缩器的出口连接所述聚合釜的气体进料口。

8、进一步地，所述聚合釜采用卧式结构，所述聚合釜采用螺带式搅拌器；

9、所述聚合釜的上方一侧设置有引发剂加入口；

10、所述引发剂加入口连接所述引发剂储罐。

11、本发明还提供一种利用上述装置合成聚全氟乙丙烯的方法，包括以下步骤：

12、s1、向聚合釜中加入乳化剂、以及釜体积50%～70%的高纯水，对聚合釜抽真空、充入氮气置换除氧，备用；

13、s2、向气体混合器中通入四氟乙烯和六氟丙烯进行混合，通过第二气相检测装置检测气体混合器出口处四氟乙烯和六氟乙烯的比例，并调节四氟乙烯进气管和六氟丙烯进气管阀门开度，使气体混合器出口处四氟乙烯和六氟丙烯的质量比为m1±2%，m1选自10～30:70～90范围内一固定值，将混合好的气体采用压缩器升压后送至聚合釜内；

14、s3、待加入混合单体后，将聚合釜升温至70℃～85℃，升压至2mpa～3mpa，加入初始引发剂进行聚合反应；

15、s4、调节四氟乙烯进气管和六氟丙烯进气管阀门开度，至第二气相检测装置检测气体混合器出口处四氟乙烯和六氟丙烯的质量比为m2±2%，m2选自75～95:5～25范围内一固定值，将均匀混合的混合单体采用压缩器升压后送至聚合釜内；

16、s5、向聚合釜内持续通入四氟乙烯和六氟乙烯的混合气体，通过第一气相检测装置检测聚合釜内四氟乙烯和六氟乙烯的比例，并结合调节四氟乙烯进气管和六氟丙烯进气管阀门开度，使聚合釜第一气相取样口测定的四氟乙烯和六氟丙烯的质量比为m1±2%，向聚合釜内加入主引发剂；

17、s6、待聚全氟乙丙烯反应量达到高纯水质量的25%～40%时停止反应，对所得聚全氟乙丙烯乳液依次进行凝聚、洗涤、干燥和造粒得到聚全氟乙丙烯。

18、进一步地，s1所述乳化剂由非离子氟碳表面活性剂、含氟烷基甜菜碱按照质量比为0.5～0.7：0.3～0.5复配而成；

19、所述非离子氟碳表面活性剂的结构式为h(cf2)mch2o(ch2ch2o)nh，其中m=6～9；n=4～10；

20、所述含氟烷基甜菜碱的结构式为：cpf2p+1(ch2)qconh(ch2)fn+(ch3)2ch2coox

21、其中，p=6～9；q=0～2；f=1～3；

22、x=h、nh4、na或k；

23、所述乳化剂加入量为高纯水质量的0.05%～0.3%。

24、进一步地，s2中调整混合单体质量比的方法为，通过第二气相检测装置检测气体混合器内四氟乙烯和六氟乙烯的比例，若气体混合器内四氟乙烯和六氟丙烯的质量比为m1±2%，则维持四氟乙烯进气管和六氟丙烯进气管阀门开度；若气体混合器内四氟乙烯和六氟丙烯的质量比不在m1±2%范围内，则对四氟乙烯进气管和六氟丙烯进气管阀门开度进行微调，并采用第二气相检测装置再次测定，直至气体混合器内的四氟乙烯和六氟丙烯的质量比为m1±2%。

25、进一步地，s5使聚合釜第一气相取样口测定的四氟乙烯和六氟丙烯的质量比为m1±2%的方法为，调节四氟乙烯进气管和六氟丙烯进气管阀门开度，向聚合釜内持续通入四氟乙烯和六氟乙烯的混合气体，通过第一气相检测装置检测聚合釜内四氟乙烯和六氟乙烯的比例，若聚合釜内四氟乙烯和六氟丙烯的质量比为m1±2%，则维持四氟乙烯进气管和六氟丙烯进气管阀门开度；

26、若聚合釜内四氟乙烯和六氟丙烯的质量比不在m1±2%范围内，则对四氟乙烯进气管和六氟丙烯进气管阀门开度进行调节，并采用第一气相检测装置再次测定，直至聚合釜内的四氟乙烯和六氟丙烯的质量比为m1±2%。

27、进一步地，s3所述初始引发剂为过氧化丁二酸，初始引发剂加入量为高纯水质量的0.001%～0.05%。

28、进一步地，s5中主引发剂为过硫酸钾，主引发剂加入量为高纯水质量的0.01%～1%。

29、进一步地，s5主引发剂的加入方式为：

30、第一阶段截止至聚全氟乙丙烯反应量达到总反应量的5%～15%，该阶段加入占总量的2%～10%的主引发剂；

31、第二阶段截止至聚全氟乙丙烯反应量达到总反应量的60%～90%，该阶段加入占总量的70%～95%的主引发剂；

32、第三阶段截止至聚全氟乙丙烯反应量达到总反应量的85%～98%，该阶段将剩余主引发剂全部加入釜内，占主引发剂总量的2%～15%；

33、第四阶段截止至聚全氟乙丙烯反应量达到总反应量目标值，该阶段不加入主引发剂。

34、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

35、1. 通过在气体混合器的出口侧设置第二气相检测装置，对通入聚合釜内的气相组成进行检测，能够避免因压差、温度、调节阀灵敏度导致的进料准确性下降；通过设置第一气相检测装置，能够对聚合釜内的气相组成进行实时监测，并将检测结果与聚合釜内初始混合单体的组分比例进行对比，根据组分偏差情况对聚合釜补加混合单体的组分比例预期值进行适当调整，使聚合过程中聚合釜内混合单体的组分比例与初始混合单体的组分比例偏差尽可能小，保证聚合全过程生成的聚全氟乙丙烯的组分均匀性良好。通过设置连接聚合釜的引发剂储罐，可以控制引发剂的加入时机，避免一次性加入引发剂导致的自由基波动过大，有利于将生成的聚全氟乙丙烯分子量控制在较窄范围。

36、2. 通过对流出气体混合器出口和聚合釜中的混合单体的组成采用气相检测装置检测，并结合四氟乙烯进料阀和六氟丙烯进料阀开度调节，使聚合釜中四氟乙烯和六氟丙烯的组成能够稳定在特定区间，改进了表面活性剂和引发剂的种类，并采用分段式主引发剂，使在较低温度和压力下进行乳液聚合反应成为可能，总体聚合反应过程可控，所制备的聚全氟乙丙烯具有分子量分布较窄，且具有较佳的耐开裂性和力学性能。