聚四氟乙烯的聚合.doc

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聚四氟乙烯合成方法

1. 引言 

随着社会文明的进步和科学技术的发展，材料化学学科也在日新月异地发展，许多新型的无机材料越来越多地被使用在日常生活中。

聚四氟乙烯作为一种新型的无机非金属材料，在人们的生活和生产实践中起着举足轻重的作用。

四氟乙烯的发现首先是被用于冰箱的制冷剂，杜邦公司（Do Pont）的研究员Plunkett在研制四氟乙烯时意外得到的。

1938年4月6日，Plunkett和他的助手首次从装有TFE的钢瓶中得到了粉末状的聚四氟乙烯（PTFE），引起杜邦公司的重视，并探索其聚合条件及材料的性能和应用前景。

在第二次世界大战中，PTFE以其优异的性能被列为军需品，同时其专利也被保护起来。

直到1946年JAC才报导了杜邦公司在聚四氟乙烯的研究工作，同时美国专利局批准了多项专利。

聚四氟乙烯的性能特点主要有耐高低温性、耐化学腐蚀和耐候性、摩擦系数低、优异的电气绝缘性、自润滑性和非粘附性等众多优良品质，因此聚四氟乙烯被用于防腐材料、无油润滑材料、电子设备的高级介质材料、医学材料、防粘材料等。

虽然PTFE材料具有其它材料无法替代的优异性能，但是本身也存在着一定的缺点，例如：

难熔融加工性、难焊接性和冷流性。

随着材料应用技术的不断发展，这些缺点正在逐渐被克服，从而使它在石油化工、电子、医学、光学等多种领域的应用前景更加广阔。

2. 聚四氟乙烯的制备 

聚四氟乙烯由四氟乙烯经自由基聚合而生成。

工业上的聚合反应是在大量水存在下搅拌进行的，用以分散反应热，并便于控制温度。

聚合一般在40～80℃，3～26 Kg f/cm2压力下进行，可用无机的过硫酸盐、有机过氧化物为引发剂，也可以用氧化还原引发体系。

每摩尔四氟乙烯聚合时放热171.38kJ。

分散聚合须添加全氟型的表面活性剂，例如全氟辛酸或其盐类。

聚四氟乙烯的聚合方法包括本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合和乳液聚合（ 亦称分散聚合） 等，工业生产中主要采用悬浮聚合和乳液聚合。

2.1. 悬浮聚合 

悬浮聚合PTFE的加工方法基本步骤包括预成型、烧结和冷却三部分。

预成型是将粉末状PTFE树脂压成具有一定形状的预成品；烧结是将预成品加热至树脂熔点使树脂粒子密集为均相结构；冷却是在一定的冷却速度下降温以获取一定形状的聚四氟乙烯材料。

2.2. 乳液聚合（分散聚合）

此法属自由基聚合反应。

在此法中．使用的单体为气体四氟乙烯。

具体方式如下：

先向一个压力容器中加入一定量的水，然后将自由基引发剂、乳化剂、pH值调节剂以及一些其它必要试剂以一定的顺序加入其中，再将气体四氟乙烯单体通入反应器发生反应，生成聚四氟乙烯颗粒。

所用的表面活性剂一般为氟化型，而引发剂一般使用水溶性过硫酸盐：

但使用水溶性过硫酸盐作为引发剂时应注意一个原则：

反应温度高于50℃时，只单独使用此引发剂可以了；当温度在5～50℃之间时，需再加入一些还原剂，如铁盐、硝酸盐和二硫酸钠等。

此法所得的聚四氟乙烯颗粒尺寸一般较大。

如Bladel合成的聚四氟乙烯颗粒尺寸在50～150nm范围内，平均粒子直径为100nm。

因乳液合成法所获得的粒子一般是悬浮在溶液中，此聚合过程并不是一个真正意义上的液相聚合反应，有时把它称作悬浮聚合反应。

乳化聚合反应具有高转化率、高反应速率以及可获得高分子量的聚四氟乙烯颗粒的优点。

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