Способ получения тонкодисперсного порошка политетрафторэтилена

Способ получения тонкодисперсного порошка политетрафторэтилена

Реферат

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Тонкодисперсный порошок политетрафторэтилена производят коагуляцией водной эмульсии политетрафторэтилена (здесь далее обозначен как PTFE), полученной при полимеризации в водной среде с применением эмульгатора, так называемым способом эмульсионной полимеризации, с образованием тонкодисперсного порошка политетрафторэтилена (здесь далее обозначен как тонкодисперсный порошок PTFE) во влажном состоянии и последующей его сушкой. Так как тонкодисперсный порошок PTFE, по-видимому, образует волокнообразную структуру при приложении сдвигового усилия, его формуют специальным способом и затем используют для различных целей.

В качестве одного из способов формования тонкодисперсного порошка PTFE применяют формование пасты экструзией. Формование пасты экструзией раскрыто, например, в непатентном документе 1. А именно, к тонкодисперсному порошку PTFE добавляют лубрикант, такой как лигроин или нефтяной углеводород, имеющий температуру конца перегонки, по меньшей мере, 100°C, и однородно пропитывают порошок, получая смесь. Затем смесь предварительно формуют в требуемом виде, например в трубчатом виде, для предотвращения волокнообразования тонкодисперсного порошка PTFE и далее загружают в экструзионный цилиндр и экструдируют, применяя барабан для пластической деформации и получая продукт, формованный экструзией. Затем формованный экструзией продукт нагревают в сушильной печи для удаления лубриканта выпариванием и спекают в нагревательной печи, посредством чего можно получить требуемый формованный материал. По-другому, формованный экструзией продукт подвергают прокатке через вальцы перед выпариванием лубриканта, получая лист или пленку, и затем после удаления лубриканта лист или пленку подвергают растяжению при малой скорости растяжения, получая неспеченную сырую ленту. Кроме того, в случае моноаксиального или биаксиального растяжения неспеченной сырой ленты с высокой скоростью растяжения в условиях нагревания можно получить пористую пленку или лист высокой прочности.

Что касается тонкодисперсного порошка PTFE, то обычно, чем ниже давление экструзии во время экструзии пасты, тем выше производительность или выход продукта и, следовательно, характеристика низкого давления экструзии является желательной для тонкодисперсного порошка PTFE.

В качестве способа получения тонкодисперсного порошка PTFE, характеризующегося низким давлением экструзии, в патентном документе 1 раскрыто применение облучения тонкодисперсного порошка PTFE, например γ-облучения.

Кроме того, в качестве другого способа известен способ, в котором после полимеризации эмульсии на стадии сушки тонкодисперсного порошка PTFE во влажном состоянии, который получают коагуляцией водной эмульсии PTFE, устанавливают низкую температуру сушки, и, например, в патентном документе 2 раскрыто, что при формовании пасты экструзией, проводя сушку при низкой температуре примерно от 40°C до примерно 80°C, можно достичь такого низкого давления экструзии, как только возможно.

Кроме того, в качестве другого способа известен способ, который раскрыт в патентном документе 3, где увеличивают содержание лубриканта, подлежащего использованию во время экструзии пасты.

Патентный документ 1: JP-A-48-17546 (формула изобретения).

Патентный документ 2: JP-A-52-43895 (стр.8, строки с 13 по 20 левого верхнего столбца описания).

Патентный документ 3: JP-A-9-141734 (абзац № 0010).

Непатентный документ 1: Handbook of fluororesins, стр.116-122, под редакцией Takaomi Satokawa, опубликован THE NIKKAN KOGYO SHIMBUN, LTD., 1990.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

PTFE имеет проблему, заключающуюся в том, что когда его подвергают облучению, его молекулярная масса снижается и ухудшается, например механические свойства получаемого формованного изделия, тогда его применение ограничено, если применяют облучение тонкодисперсного порошка PTFE, как раскрыто в приведенном выше патентном документе 1.

Кроме того, существует такая проблема: если на стадии сушки тонкодисперсного порошка PTFE во влажном состоянии температуру сушки устанавливают при низком значении, то после сушки в тонкодисперсном порошке PTFE, по-видимому, остается некоторое содержание воды, или снижается производительность вследствие увеличенного времени сушки.

Кроме того, если во время экструзии пасты повышают содержание подлежащего использованию лубриканта, то качество экструзии имеет тенденцию к нестабильности. Кроме того, так как количество лубриканта, подлежащего удалению из формованного экструзией продукта перед спеканием, увеличивается, то становится недостаточным удаление лубриканта выпариванием, из-за чего конечное формованное изделие имеет тенденцию к окрашиванию. Кроме того, так как следует удалить большое количество лубриканта, чтобы он не оставался, существует проблема значительного снижения производительности.

С другой стороны, до этого было известно, что свойства получаемого тонкодисперсного порошка PTFE улучшаются при добавлении к водной эмульсии PTFE, получаемой способом эмульсионной полимеризации, таких добавок, как нерастворимый в воде органический растворитель и различные пигменты. Однако удивительно, что неизвестны методики улучшения свойств тонкодисперсного порошка PTFE на стадии сушки тонкодисперсного порошка PTFE.

Цель настоящего изобретения касается способа получения тонкодисперсного порошка PTFE, которым можно получить тонкодисперсный порошок PTFE, характеризующийся низким давлением экструзии, простым способом.

СРЕДСТВА ДОСТИЖЕНИЯ ЦЕЛИ

Настоящее изобретение касается способа производства тонкодисперсного порошка PTFE, составленного следующим образом.

Способ получения тонкодисперсного порошка политетрафторэтилена включает эмульсионную полимеризацию тетрафторэтилена в присутствии водной среды, фторированного ПАВ и радикального инициатора полимеризации, с получением водной эмульсии политетрафторэтилена, перемешивание и коагуляцию водной эмульсии для отделения тонкодисперсного порошка политетрафторэтилена и затем сушку тонкодисперсного порошка политетрафторэтилена во влажном состоянии в атмосфере, содержащей аммиак.

Согласно способу тонкодисперсный порошок политетрафторэтилена во влажном состоянии сушат посредством нагревания при температуре от 110 до 250°C в присутствии, по меньшей мере, одного члена, выбранного из группы, включающей аммиак, соль аммония и карбамид.

Подлежащее использованию количество аммиака, соли аммония или карбамида составляет от 0,1 до 10 частей масс. на 100 частей масс. высушенного тонкодисперсного порошка политетрафторэтилена, причем соль аммония представляет собой карбонат аммония, а количество атомов углерода во фторированном соединении, представляющем собой фторированное ПАВ, составляет от 4 до 10.

Согласно настоящему способу, фторированное ПАВ представляет собой, по меньшей мере, один член, выбранный из группы, включающей фторированные карбоновые кислоты, имеющие от 1 до 4 эфирных атомов кислорода в молекуле, и их соли, перфторалкилкарбоновые кислоты и их соли и фторированные сульфоновые кислоты и их соли.

Тонкодисперсный порошок политетрафторэтилена согласно настоящему изобретению во влажном состоянии имеет содержание воды от 25 до 50% масс.

Согласно настоящему способу, время сушки в атмосфере, содержащей аммиак, составляет от 4 до 20 часов.

Фторированное ПАВ представляет собой, по меньшей мере, один член, выбранный из группы, включающей перфторкапроевую кислоту, перфторгептановую кислоту, C₄H₉OCF(CF₃)COOH, C₄F₉OCF₂CF₂COOH, CF₃OCF₂CF₂CF₂OCF₂COOH, C₂F₅OCF₂CF₂OCF₂COOH, CF₃OCF₂OCF₂OCF₂COOH, C₄F₉OCF₂COOH, C₃F₇OCF₂CF₂COOH, CF₃OCF₂CF₂OCF₂COOH, C₂F₅OCF₂CF₂COOH и их соли.

Согласно одному из вариантов настоящего способа, фторированное ПАВ представляет собой, по меньшей мере, один член, выбранный из группы, включающей перфторкапроевую кислоту, C₂F₅OC₂F₄OCF₂COOH, CF₃OC₂F₄OCF₂COOH, C₄F₉OCF₂COOH и их аммонийные соли.

ЭФФЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В способе производства тонкодисперсного порошка PTFE по настоящему изобретению, можно получить тонкодисперсный порошок PTFE, характеризующийся низким давлением экструзии, так как при выпаривании аммиака во время сушки тонкодисперсного порошка PTFE получают тонкодисперсный порошок PTFE, который имеет большую удельную площадь поверхности. Кроме того, способ получения тонкодисперсного порошка PTFE по настоящему изобретению имеет высокую производительность и не требует вложений на специальное оборудование. Кроме того, во время коагуляции водной эмульсии PTFE не требуется добавок и, следовательно, не выгружаются сточные воды, содержащие загрязняющие воду вещества, например азот, и способ в высокой степени благоприятен для окружающей среды.

НАИЛУЧШИЙ СПОСОБ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В способе получения тонкодисперсного порошка PTFE по настоящему изобретению тетрафторэтилен (здесь далее обозначен как TFE) сначала подвергают эмульсионной полимеризации, получая водную эмульсию PTFE (здесь далее обозначена как эмульсия PTFE) в присутствии водной среды, фторированного ПАВ и радикального инициатора полимеризации.

В качестве водной среды, используемой для производства эмульсии PTFE, предпочтительна вода.

В качестве радикального инициатора полимеризации, используемого для производства эмульсии PTFE, можно, например, упомянуть водорастворимый радикальный инициатор, водорастворимый катализатор окисления-восстановления или растворимый в масле радикальный инициатор полимеризации. Предпочтителен водорастворимый радикальный инициатор или водорастворимый катализатор окисления-восстановления.

Водорастворимый радикальный инициатор предпочтительно представляет собой персульфат, такой как персульфат аммония или персульфат калия, или водорастворимый органический пероксид, такой как пероксид диянтарной кислоты, пероксид бисглутаровой кислоты или трет-бутилгидропероксид.

Водорастворимый катализатор окисления-восстановления предпочтительно представляет собой комбинацию окислителя, такого как бромноватая кислота или ее соль, хлорноватая кислота или ее соль, надсерная кислота или ее соль, марганцевая кислота или ее соль или пероксид водорода, и восстановителя, такого как сернистая кислота или ее соль, гидросернистая кислота или ее соль, тиосерная кислота или ее соль или органическая кислота.

Такие радикальные инициаторы полимеризации можно использовать сами по себе или в комбинации в виде смеси двух или более из них. Более предпочтительным радикальным инициатором полимеризации является пероксид диянтарной кислоты. Количество подлежащего использованию радикального инициатора полимеризации предпочтительно составляет от 0,01 до 0,20% масс., более предпочтительно от 0,01 до 0,15% масс., считая от конечного выхода PTFE.

При эмульсионной полимеризации TFE обычно используют фторированное ПАВ, так как оно не препятствует реакции полимеризации TFE с переносом цепи в водной среде.

Фторированное ПАВ, подлежащее использованию для получения эмульсии PTFE, предпочтительно представляет собой C_4-10 фторированное соединение, более предпочтительно C_4-8 фторированное соединение, наиболее предпочтительно C_4-7 фторированное соединение. Если количество атомов углерода превышает указанный диапазон, стабильность полимеризации становится превосходной, а потенциал биоаккумуляции становится низким.

Фторированное ПАВ, более предпочтительно представляет собой, по меньшей мере, одно выбранное из группы, включающей фторированные карбоновые кислоты, имеющие от 1 до 4 эфирных атомов кислорода в молекуле, и их соли, перфторалкилкарбоновые кислоты и их соли и фторированные сульфоновые кислоты и их соли.

Фторированные карбоновые кислоты, имеющие от 1 до 4 эфирных атомов кислорода в молекуле, могут представлять собой, например, C₃F₇OCF₂CF₂OCF₂COOH, C₄F₉OCF₂CF₂OCF₂COOH, C₅F₁₁OCF₂CF₂OCF₂COOH, C₆F₁₃OCF₂CF₂OCF₂COOH, CF₃O(CF₂CF₂O)₂CF₂COOH, C₃F₇O(CF₂CF₂O)₂CF₂COOH, C₄F₉O(CF₂CF₂O)₂CF₂COOH, C₅F₁₁O(CF₂CF₂O)₂CF₂COOH, C₆F₁₃O(CF₂CF₂O)₂CF₂COOH, C₃F₇O(CF₂CF₂O)₃CF₂COOH, C₄H₉O(CF₂CF₂O)₃CF₂COOH, C₅F₁₁O(CF₂CF₂O)₃CF₂COOH, C₆F₁₃O(CF₂CF₂O)₃CF₂COOH, C₄F₉OCF₂CF₂OCF₂CF₂OCF₂COOH, C₂F₅OCF₂CF₂OCF₂CF₂OCF₂COOH, C₃F₇OCF(CF₃)CF₂OCHFCOOH, CF₃OCF₂OCF₂OCF₂OCF₂COOH, CF₃OCF₂OCF₂OCF₂OCF₂OCF₂COOH, CF₃CF₂O(CF₂)₅COOH, CF₃CFHO(CF₂)₅COOH, CF₃OCF(CF₃)CF₂OCF(CF₃)COOH, CF₃OC₃F₆OCF(CF₃)COOH, CF₃O(CF₂)₃OCHFCF₂COOH, C₄H₉OCF(CF₃)COOH, C₄F₉OCF₂CF₂COOH, CF₃OCF₂CF₂CF₂OCF₂COOH, C₂F₅OCF₂CF₂OCF₂COOH, CF₃O(CF₂)₃OCHFCOOH, CF₃OCF₂OCF₂OCF₂COOH, C₄F₉OCF₂COOH, C₃F₇OCF₂CF₂COOH, C₃F₇OCHFCF₂COOH, CF₃CFHO(CF₂)₃COOH, CF₃OCF₂CF₂OCF₂COOH, C₂F₅OCF₂CF₂COOH, C₃F₇OCHFCOOH или CF₃OCF₂CF₂COOH. Кроме того, соли фторированных карбоновых кислот, имеющих от 1 до 4 эфирных атомов кислорода в молекуле, могут представлять собой, например, соли Li, Na, K или NH₄ указанных выше соединений.

Специфическими примерами перфторалкилкарбоновых кислот могут быть, например, перфторкапроевая кислота, перфторгептановая кислота, перфтороктановая кислота, перфторнонановая кислота и ω-гидроперфтороктановая кислота. Кроме того, соли перфторалкилкарбоновых кислот могут представлять собой, например, соли Li, Na, K или NH₄ указанных выше соединений.

Фторированная сульфоновая кислота может представлять собой, например, перфтороктановую сульфоновую кислоту или C₆F₁₃CH₂CH₂SO₃H. Кроме того, соли фторированных сульфоновых кислот могут представлять собой, например, соли Li, Na, K или NH₄ указанных выше соединений.

В качестве более предпочтительных специфических примеров фторированного ПАВ можно упомянуть перфторкапроевую кислоту, перфторгептановую кислоту, перфтороктановую кислоту, C₃F₇OCF₂CF₂OCF₂COOH, C₄F₉OCF₂CF₂OCF₂COOH, C₂F₅OCF₂CF₂OCF₂CF₂OCF₂COOH, C₃F₇OCF(CF₃)CF₂OCHFCOOH, CF₃OCF₂OCF₂OCF₂OCF₂COOH, CF₃O(CF₂CF₂O)₂CF₂COOH, CF₃CF₂O(CF₂)₅COOH, CF₃CFHO(CF₂)₅COOH, CF₃OCF(CF₃)CF₂OCF(CF₃)COOH, CF₃OC₃F₆OCF(CF₃)COOH, CF₃O(CF₂)₃OCHFCF₂COOH, C₄F₉OCF(CF₃)COOH, C₄F₉OCF₂CF₂COOH, CF₃OCF₂CF₂CF₂OCF₂COOH, C₂F₅OCF₂CF₂OCF₂COOH, CF₃O(CF₂)₃OCHFCOOH, CF₃OCF₂OCF₂OCF₂COOH, C₄F₉OCF₂COOH, C₃F₇OCF₂CF₂COOH, C₃F₇OCHFCF₂COOH, CF₃CFHO(CF₂)₃COOH, CF₃OCF₂CF₂OCF₂COOH, C₂F₅OCF₂CF₂COOH, C₃F₇OCHFCOOH, CF₃OCF₂CF₂COOH и фторированные сульфоновые кислоты или их соли.

Еще можно упомянуть в качестве предпочтительных специфических примеров перфторкапроевую кислоту, перфторгептановую кислоту, C₄F₉OCF(CF₃)COOH, C₄F₉OCF₂CF₂COOH, CF₃OCF₂CF₂CF₂OCF₂COOH, C₂F₅OCF₂CF₂OCF₂COOH, CF₃OCF₂OCF₂OCF₂COOH, C₄F₉OCF₂COOH, C₃F₇OCF₂CF₂COOH, CF₃OCF₂CF₂OCF₂COOH и C₂F₅OCF₂CF₂COOH или их соли.

В качестве наиболее предпочтительных примеров можно упомянуть перфторкапроевую кислоту, C₂F₅OC₂F₄OCF₂COOH, CF₃OC₂F₄OCF₂COOH и C₄F₉OCF₂COOH или их соли.

Кроме того, особо предпочтительным фторированным ПАВ является аммонийная соль (NH₄) такого соединения. Соль аммония имеет хорошую растворимость в водной среде, и в тонкодисперсном порошке PTFE не остается железного компонента в виде примеси.

В настоящем изобретении эмульсию PTFE предпочтительно получают эмульсионной полимеризацией TFE в присутствии стабилизирующего агента в дополнение к водной среде, фторированному ПАВ и радикальному инициатору полимеризации.

Стабилизирующий агент предпочтительно представляет собой парафиновый воск, фторсодержащее масло, фторсодержащий растворитель или силиконовое масло. Такие стабилизирующие агенты можно использовать сами по себе или в комбинации в виде смеси двух или более из них. Наиболее предпочтительным стабилизирующим агентом является парафиновый воск. При комнатной температуре парафиновый воск может быть жидким, полутвердым или твердым, и предпочтительным является насыщенный углеводород, имеющий, по меньшей мере, 12 атомов углерода. Температура плавления парафинового воска обычно предпочтительно составляет от 40 до 65°C, более предпочтительно от 50 до 65°C. Количество подлежащего использованию стабилизирующего агента предпочтительно составляет от 0,1 до 12% масс., более предпочтительно от 0,1 до 8% масс., считая от массы используемой водной среды.

В настоящем изобретении при эмульсионной полимеризации TFE можно получить гомополимер TFE (PTFE) посредством гомополимеризации TFE. Кроме того, TFE можно сополимеризовать с другим мономером (здесь далее обозначен как сомономер), который может сополимеризоваться с TFE, до такой степени, которая не дает пластичности расплава, с получением сополимера TFE с сомономером (здесь далее обозначен как модифицированный PTFE). Содержание составляющих звеньев сомономера в модифицированном PTFE предпочтительно составляет не больше 0,5% масс., более предпочтительно не больше 0,4% масс. от общего количества составляющих звеньев. Содержание выше 0,5% масс. придает полимеру плавкость, и модифицированный PTFE, вероятно, становится неподходящим для применения в термостойких изделиях.

Указанный выше сомономер, подлежащий использованию при полимеризации модифицированного PTFE, может представлять собой, например, гексафторпропилен, перфтор (алкилвиниловый эфир), хлортрифторэтилен, (перфторалкил) этилен, винилиденфторид, винилфторид, перфтор (алкенилвиниловый эфир), перфтор (2,2-диметил-1,3-диоксол) или перфтор (4-алкокси-1,3-диоксол). Такие сомономеры можно использовать сами по себе или в комбинации в виде смеси двух или более из них.

Перфтор (алкилвиниловый эфир) может представлять собой, например, перфтор (метилвиниловый эфир), перфтор (этилвиниловый эфир), перфтор (пропилвиниловый эфир), перфтор (бутилвиниловый эфир), перфтор (этоксиэтилвиниловый эфир), перфтор (пропоксипропилвиниловый эфир) или перфтор (тетрагидрофурилметилвиниловый эфир).

Перфтор (алкенилвиниловый эфир) может представлять собой, например, перфтор (аллилвиниловый эфир) или перфтор (бутенилвиниловый эфир).

Что касается условий проведения эмульсионной полимеризации TFE, температура полимеризации предпочтительно составляет от 10 до 95°C, более предпочтительно от 15 до 90°C. Давление полимеризация предпочтительно составляет от 0,5 до 4,0 МПа, более предпочтительно от 0,6 до 3,5 МПа. Время полимеризации предпочтительно составляет от 90 до 520 мин, более предпочтительно от 90 до 450 мин.

Эмульсия PTFE, получаемая при эмульсионной полимеризации TFE, имеет концентрацию PTFE предпочтительно от 10 до 45% масс., более предпочтительно от 15 до 45% масс., особо предпочтительно от 20 до 40% масс. Если концентрация PTFE слишком мала, трудно коагулировать первичные частицы PTFE. Если концентрация PTFE слишком высока, будут оставаться некоагулированные первичные частицы PTFE, и жидкость после коагуляции будет мутной. Если концентрация PTFE находится в рамках указанного выше диапазона, то первичные частицы PTFE легко коагулируются, благодаря чему становится возможным получить размер первичных частиц PTFE в диапазоне от 0,18 до 0,50 мкм. А именно, регулируя концентрацию PTFE от 15 до 45% масс., легко получить размер первичных частиц PTFE в диапазоне от 0,19 до 0,40 мкм. Здесь размер первичных частиц равен среднему размеру, определяемому при помощи лазерного дифракционного анализатора распределения частиц по размерам.

Далее тонкодисперсный порошок PTFE выделяют из эмульсии PTFE. В качестве способа выделения тонкодисперсного порошка PTFE можно применять известный способ. Например, эмульсию PTFE разбавляют водой, доводя концентрацию PTFE до значения от 8 до 20% масс., с последующим интенсивным перемешиванием для коагуляции первичных частиц PTFE. При коагуляции первичных частиц можно регулировать pH водной эмульсии PTFE или, если обстоятельства требуют, можно добавить к водной эмульсии PTFE коагулянт, например электролит или водорастворимый органический растворитель. В качестве агента, регулирующего pH, можно упомянуть карбонат натрия или гидрокарбонат натрия. В качестве электролита можно упомянуть, например, неорганическую соль, такую как нитрат калия, нитрат натрия, карбонат натрия или гидрокарбонат натрия. В качестве органического растворителя можно упомянуть спирт или ацетон.

Далее проводят коагуляцию первичных частиц PTFE и затем надлежащим образом перемешивают для отделения тонкодисперсного порошка PTFE, содержащего первичные частицы, коагулированные из водной среды, с последующей агломерацией, регулированием размера частиц, получая тонкодисперсный порошок PTFE во влажном состоянии. Здесь в настоящем изобретении агломерация представляет собой стадию роста частиц PTFE до размера в несколько сотен мкм после коагуляции водной эмульсии PTFE, и регулирование размера частиц является условием, при котором, продолжая перемешивание, регулируют свойства частиц и распределение частиц по размерам.

Кроме того, после отделения тонкодисперсного порошка PTFE в водной среде содержится фторированное ПАВ, и содержащееся в водной среде фторированное ПАВ можно выделить, применяя метод его адсорбции на ионообменной смоле, метод концентрирования, например, выпаривание воды, или адсорбцию активированным углем.

Далее выделенный из эмульсии PTFE тонкодисперсный порошок PTFE во влажном состоянии (здесь далее обозначен как невысушенный тонкодисперсный порошок PTFE) сушат. Настоящее изобретение отличается тем, что невысушенный тонкодисперсный порошок PTFE сушат в атмосфере, содержащей аммиак.

Здесь выражение «тонкодисперсный порошок PTFE во влажном состоянии» обычно обозначает тонкодисперсный порошок PTFE, который содержит от 25 до 50% масс. воды.

Кроме того, выражение «атмосфера, содержащая аммиак» обозначает атмосферу, в которой газообразный аммиак может контактировать с тонкодисперсным порошком PTFE. Например, оно обозначает атмосферу, в которой существует газообразный аммиак, или атмосферу, в которой генерируется газообразный аммиак, например, при нагревании такого раствора, в котором аммиак или соединение, генерирующее аммиак, растворено в воде, содержащейся в невысушенном тонкодисперсном порошке PTFE.

В качестве соединения, генерирующего аммиак, можно упомянуть, например, соль аммония или карбамид, и такие соединения разлагаются при нагревании, генерируя газообразный аммиак.

Предпочтительный диапазон содержания аммиака в атмосфере сушки определяют посредством деления количества аммиака, используемого в пространстве сушилки или общего количества аммиака в соединении, генерирующем аммиак, на объем пространства сушилки, и предпочтительно составляет от 0,001 до 3,0 г/л, более предпочтительно от 0,005 до 3,0 г/л и наиболее предпочтительно от 0,005 до 2,0 г/л.

С точки зрения эффективности обработки, запаха и т.д. в настоящем изобретении, предпочтительно добавлять водный раствор, содержащий аммиак, соль аммония или карбамид, к невысушенному тонкодисперсному порошку PTFE, так чтобы газообразный аммиак выделялся из водного раствора, когда невысушенный тонкодисперсный порошок PTFE нагревают и сушат.

Более предпочтительно проводить сушку посредством нагревания невысушенного тонкодисперсного порошка PTFE до температуры от 110 до 250°C в присутствии, по меньшей мере, одного члена, выбранного из группы, включающей аммиак, соль аммония и карбамид.

Соль аммония может представлять собой, например, карбонат аммония или гидрокарбонат аммония. Особо предпочтителен карбонат аммония. Растворимость карбоната аммония составляет 55,8 г/100 г воды (0°C) и выше растворимости гидрокарбоната аммония (24,8 г/100 г воды (25°C)), благодаря чему с ним легко обращаться, если использовать в водном растворе, так как его можно использовать в виде концентрированного раствора, и риск его осаждения при флуктуациях температуры воздуха является низким.

Кроме того, так как карбамид не разлагается до аммиака, пока не будет нагрет примерно до температуры, по меньшей мере, 130°C, то при проведении сушки при низкой температуре предпочтительно осуществлять ее в присутствии аммиака или соли аммония.

Количество подлежащего использованию аммиака, соли аммония или карбамида предпочтительно составляет от 0,1 до 10 частей масс. на 100 частей масс. высушенного тонкодисперсного порошка PTFE. Если количество подлежащего использованию аммиака, соли аммония или карбамида составляет, по меньшей мере, 0,1 масс. доли, эффекты настоящего изобретения выражены более существенно. Верхний предел предпочтительно составляет 10 частей масс., так как требуется соблюдение условий по запаху выгружаемого газа, если количество подлежащего использованию газа слишком велико. Более предпочтительно, если количество составляет от 0,1 до 7 масс. долей, наиболее предпочтительно от 0,1 до 5 частей масс.

При сушке невысушенного тонкодисперсного порошка PTFE в атмосфере, содержащей аммиак, получают тонкодисперсный порошок PTFE, характеризующийся низким давлением экструзии. Хотя причина этого не очевидна, полагают, что условие высокой удельной площади поверхности сообщается тонкодисперсному порошку PTFE, если проводят сушку в атмосфере, содержащей аммиак, что содействует однородному распределению лубриканта во время экструзии пасты. В частности, если невысушенный тонкодисперсный порошок PTFE нагревают и сушат в условиях, при которых аммиак, соль аммония или карбамид растворен в водной среде, газообразный аммиак генерируется таким образом, что во время сушки происходит пенообразование, благодаря чему становится возможным повысить удельную площадь поверхности тонкодисперсного порошка PTFE. Фактически, если сушку проводят в атмосфере, содержащей аммиак, то объемная плотность получаемого тонкодисперсного порошка PTFE ниже, чем в случае, когда сушку проводят без аммиака, что, как полагают, подкрепляет приведенное выше предположение.

С другой стороны, если соль аммония добавляют или позволяют присутствовать только во время перемешивания и коагуляции водной эмульсии PTFE, то можно получить плотно упакованный тонкодисперсный порошок PTFE, и объемная плотность может увеличиться, в результате чего может стать невозможным снижение давления экструзии пасты. Это говорит о том, что технология по настоящему изобретению полностью отлична от обычной технологии, где водную эмульсию PTFE перемешивают и коагулируют в присутствии аммиака или соли аммония.

Температура сушки невысушенного тонкодисперсного порошка PTFE предпочтительно составляет от 110 до 250°C, более предпочтительно от 120 до 230°C. Если температура сушки ниже 110°C, то не только время сушки становится больше, но, по-видимому, также недостаточным является удаление воды. Если температуру сушки поднимают до 250°C или выше, вероятно, становится невозможным улучшение характеристики низкого давления экструзии.

Время сушки предпочтительно составляет от 4 до 20 час, более предпочтительно от 5 до 18 час, наиболее предпочтительно от 5 до 15 час. Содержание воды, вероятно, сохраняется, если время сушки меньше 4 час, и, по-видимому, значительно ухудшается производительность, если время сушки больше 20 час. Если время сушки составляет величину в указанном выше диапазоне, то остаточное содержание воды и производительность хорошо сбалансированы, что предпочтительно.

Сушку невысушенного тонкодисперсного порошка PTFE предпочтительно проводить в таком состоянии, чтобы невысушенный тонкодисперсный порошок PTFE по существу не тек, предпочтительно в таком состоянии, чтобы он оставался на месте. Тогда также предпочтительно сушить его, применяя вакуум, высокочастотное облучение, горячий воздух или подобное. Кроме того, для осуществления эффективного удаления воды предпочтительно использовать лоток, в котором размазывают невысушенный тонкодисперсный порошок PTFE с образованием слоя малой высоты. Предпочтительно размазывать слой так, чтобы толщина слоя составляла от 1 до 10 см. В частности, если принимать во внимание производительность, то более предпочтительная толщина слоя составляет от 2 до 10 см, и если принимать во внимание эффективность сушки, то наиболее предпочтительная толщина составляет от 2 до 6 см.

Если сушку проводят, используя лоток и позволяя аммиаку, соли аммония или карбамиду в виде водного раствора сосуществовать с невысушенным тонкодисперсным порошком PTFE, то водный раствор можно вводить в лоток либо до, либо после введения невысушенного тонкодисперсного порошка PTFE. Принимая во внимание проблему запаха и условие контакта с тонкодисперсным порошком PTFE во влажном состоянии, предпочтительно вводить в лоток упоминаемый выше водный раствор до введения невысушенного тонкодисперсного порошка PTFE.

Кроме того, если невысушенный тонкодисперсный порошок PTFE имеет адсорбированное фторированное ПАВ, то адсорбированное фторированное ПАВ можно выделить, вводя в водный раствор щелочи воздух, выделяемый во время сушки.

Стандартная удельная масса тонкодисперсного порошка PTFE, полученная способом по настоящему изобретению, предпочтительно составляет от 2,140 до 2,180, более предпочтительно от 2,140 до 2,170, особо предпочтительно от 2,140 до 2,160. Стандартную удельную массу используют как относительный масштаб молекулярной массы, и чем ниже ее значение, тем выше молекулярная масса. По-видимому, тонкодисперсный порошок PTFE, имеющий большую молекулярную массу, обычно имеет высокое давление экструзии пасты. Однако тонкодисперсный порошок PTFE, полученный способом по настоящему изобретению, можно формовать при низком давлении экструзии пасты и, следовательно, чем выше молекулярная масса, т.е. меньше стандартная удельная масса, тем выше эффективность.

Тонкодисперсный порошок PTFE, произведенный способом получения тонкодисперсного порошка PTFE по настоящему изобретению, характеризуется низким давлением экструзии, благодаря чему его можно формовать при низком давлении экструзии пасты, и возможно получить желательное формованное изделие с хорошей производительностью.

В качестве способа формования экструзией пасты тонкодисперсного порошка PTFE можно применять известный общепринятый способ. Например, можно упомянуть способ, в котором лубрикант смешивают с тонкодисперсным порошком PTFE с целью придания текучести тонкодисперсному порошку PTFE и затем проводят формование пасты экструзией, получая желательную форму. Соотношение лубриканта в смеси можно установить должным образом для придания текучести тонкодисперсному порошку PTFE. Обычно оно составляет от 15 до 30 частей масс., более предпочтительно от 20 до 25 частей масс. на 100 частей масс. тонкодисперсного порошка PTFE. В качестве лубриканта предпочтительно использовать лигроин или углеводород нефти, имеющий температуру конца перегонки, по меньшей мере, 100°C. Кроме того, можно добавлять добавки, такие как пигмент для окрашивания или различные наполнители для придания прочности и электропроводности.

Формованный экструзией пасты продукт из тонкодисперсного порошка PTFE может иметь различную форму, например, иметь вид трубочек, листов, пленок или волокон. Его можно применять, например, для труб, покрытия для проволоки, герметиков, пористых мембран или фильтров. Кроме того, формованный экструзией пасты продукт из тонкодисперсного порошка PTFE можно затем растянуть, получая пористый материал PTFE. В качестве условий растяжения можно применять подходящую скорость, например, от 5%/сек до 1000%/сек и подходящую степень растяжения, например, по меньшей мере, 500%. Пористость пористого материала не имеет особых ограничений, но обычно предпочтительна пористость в диапазоне от 50 до 99%, особо предпочтительна от 70 до 98%. Изделия, состоящие из пористого материала, могут иметь различные формы, например, форму трубок, листов, пленок или волокон.

ПРИМЕРЫ

Теперь настоящее изобретение будет описано с дополнительными подробностями со ссылкой на примеры и сравнительные примеры, но следует понимать, что настоящее изобретение никоим образом не ограничено ими. Далее приведены способы определения характеристик тонкодисперсного порошка PTFE.

(A) Средний размер первичных частиц PTFE (единицы: мкм), полученного эмульсионной полимеризацией: средний размер определяют, применяя лазерный дифракционный анализатор распределения частиц по размерам (торговая марка: "LA-920", производство Horiba, Ltd.).

(B) Средний размер частиц тонкодисперсного порошка PTFE (единицы: мкм): определяют согласно JIS K6891. Стандартные сита 20, 30, 40, 45 и 60 меш складывают кучей в данном порядке сверху вниз. Порошок помещают на сита 20 меш и просеивают, определяют массу порошка PTFE, оставшегося на каждом сите. 50% размер частиц, рассчитанный по вероятностной бумаге для логарифмически нормального распределения на основании указанной выше массы, обозначают как средний размер частиц.

(С) Объемная плотность (единицы: г/мл): определяют согласно JIS K6891. В сосуд для взвешивания из нержавеющей стали с внутренним объемом 100 мл прикапывают образец из воронки, установленной выше, и часть образца, вздувающуюся из сосуда для взвешивания, соскребают при помощи плоской пластины. После этого определяют массу образца, остающегося в сосуде для взвешивания, и значение, полученное делением массы образца на внутренний объем сосуда для взвешивания, принимают за теоретическую плотность.

(D) Стандартная удельная масса (здесь далее обозначают также "SSG"): определяют согласно ASTM D1457-91a и D4895-91a. Отвешивают 12,0 г PTFE и хранят в цилиндрическом штампе с внутренним диаметром 28,6 мм под давлением 34,5 МПа в течение 2 мин. Образец помещают в печь при 290°C и повышают температуру со скоростью 120°C/час. Оставляют образец при 380°C на 30 мин, затем снижают температуру со скоростью 60°C/час и оставляют образец при 294°C на 24 мин. Формованный продукт хранят в эксикаторе при 23°C в течение 12 час. После этого определяют удельную массу формованного продукта к воде при 23°C и берут это значение в качестве стандартной удельной массы.

(E) Оценка давления экструзии: 100 г тонкодисперсного порошка PTFE, который находился при комнатной температуре в течение более 2 час, помещают в стеклянную бутыль, имеющую внутреннюю емкость 900 мл, и добавляют 21,7 г лубриканта Isopar H (зарегистрированная торговая марка; производство EXXON Corporation) с последующим перемешивание в течение 3 мин, получая смесь PTFE. Полученную смесь PTFE оставляют в камере с постоянной температурой 25°C на 2 час и затем экструдируют через отверстие, имеющее диаметр 2,5 см, длину фаски 1,1 см и угол введения 30°, при 25°C в условиях степени измельчения (отношение поперечного сечения ввода к поперечному сечению выхода экструзионной головки) 100 и скорости экструзии 51 см/мин, получая гранулы экструдированной пасты. В это время измеряют давление, необходимое для экструзии, и обозначают его как давление экструзии.

(F) Определение механической прочности PTFE прессованного формованного продукта: определяют согласно ASTM D4895-98 и D1708. Отвешивают 14,5 г тонкодисперсного порошка PTFE и оставляют в цилиндрическом штампе, имеющем внутренний диаметр 76 мм, при давлении 13,7 МПа на 3 мин. Помещают образец в печь при 290°C и повышают температуру со скоростью 120°C/час. Оставляют при 380°C на 30 мин, затем охлаждают со скоростью 60°C/час и оставляют при 300°C на 30 мин. Штампуют образец при помощи гантелеобразного микрорезца (MK-1229) и затем подвергают исследованию при зазоре тисков 22,25 м