CN101880401A - 一种聚合物表面氟化工艺 - Google Patents
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Abstract
一种聚合物表面氟化工艺,该方法包括将聚合物制品和吸附剂放入氟化室中,将氟化炉中气体和聚合物制品加热到10~80℃,并将氟化炉抽真空和氮气置换;将氟气或氟氮气通入氟化炉中,控制氟气浓度在5%~50%,氟化室压力控制在-0.08MPa~0.1MPa,氟化炉中气体进行强制循环氟化室温度控制在10~80℃,反应20~120min。本发明可以有效提高聚合物表面的氟化效率,并使氟化层表面更深入、更均匀。
Description
技术领域:
本发明涉及聚合物表面的处理工艺,尤其是一种聚合物表面氟化工艺。
背景技术:
聚合物制品是指聚乙烯、聚丙烯、橡胶等材料制成的油箱、容器、油管、薄膜等物品。对聚合物表面进行氟化处理后,其表面可由碳氢结构转变为碳氟键结构,形成阻隔层与整个聚合物基体以共价键键合,构成不可分割的整体。该阻隔层类似于聚四氟乙烯结构,具有优良的阻隔和抗化学性能。
目前,氟化处理聚合物表面主要包括在线氟化法和离线氟化法。在线氟化法主要用于氟化瓶的生产,而对结构复杂、形状各异的聚合物制品则更多采用离线氟化法,氟化工艺更安全、操作工艺弹性更大。
美国专利US457687采用在氟化过程中,利用多次增减压力来促进氟化反应副产物氟化氢从制品表面脱除,有助于氟化反应的深入。但操作工艺复杂,动力消耗大量增加,对设备和***的要求也大幅度提高。
专利CN200510022396提出两步分段的氟化工艺,首先在20~60℃条件下制品与0.5~10.0%的氟气反应0.5~4.0hr,然后再升温,于30~90℃条件下,制品与第一次氟氮气用量的20~200%再次反应0.5~5hr。这样反应较温和,制品的阻隔层更致密。但两次氟化需要更长的反应时间,处理效率损失较大。
发明的内容:
本发明提出的工艺是:
①将聚合物制品置于氟化炉(1)中,同时放置吸附剂(2);
②开启循环热水泵(3)和加热器(6)将氟化炉中气体和聚合物制品加热到10~80℃;
③使用真空泵(4)将氟化炉抽真空;
④使用高纯氮气或氩气置换氟化炉2~3遍;
⑤将氟气或氟氮气通入氟化炉中,控制氟气浓度在5%~50%,氟化室压力控制在-0.08MPa~0.1MPa,使用强力内循环***(5)对氟化炉中气体进行强制循环氟化室温度控制在10~80℃,反应20~120min;
⑥抽空氟化室,并用高纯氮气或氩气置换2~3遍,抽空和置换气体经吸附和洗涤净化后经过放空气体吸收器(7)排放;
⑦取出氟化炉中的聚合物制品。
⑧聚合物制品材料既可以是聚乙烯、聚丙烯材质、也可以是聚氯乙烯、聚氨酯、橡胶等聚合物材料;所述聚合物制品既可以是油箱、桶、瓶等类型的包装容器,也可以是管状、膜状、带状、板状、颗粒等形状物品。
本发明的具体技术方案是,将220ml的HDPE油箱500只放入氟化炉中,同时放入吸附剂3000kg;关闭炉门,使用循环热水将炉内加热到70℃,抽空并使用高纯氮气置换2次,通入20%氟氮气至氟化炉中压力为-0.02MPa,开启氟化炉内气体强制循环,反应20min,保持氟化炉内温度70~75℃。抽空炉内气体并使用高纯氮气置换2次,取出油箱,观察油箱表面呈明显钝化效果,测定油箱表面含氟量315μg/cm2,将油箱装入93#乙醇汽油,按EPA标准进行溶剂渗透试验,40℃恒温条件下渗透率0.28g/m2.d,远低于EPA标准要求。
将500ml的HDPE油箱250只放入氟化炉中,同时放入吸附剂2500g。关闭炉门,使用循环热水将炉内加热到70℃,抽空并使用高纯氮气置换2次;通入10%氟氮气至氟化炉中压力为-0.02MPa,开启氟化炉内气体强制循环,反应40min,保持氟化炉内温度70~75℃;抽空炉内气体并使用高纯氮气置换2次,取出油箱;观察油箱表面呈明显钝化效果,测定油箱表面含氟量280μg/cm2;将油箱装入93#乙醇汽油,按EPA标准进行溶剂渗透试验,40℃恒温条件下渗透率0.35g/m2.d,远低于EPA标准要求。
将150ml的HDPE油箱800只放入氟化炉中,同时放入吸附剂2500g;关闭炉门,使用循环热水将炉内加热到50℃,抽空并使用高纯氮气置换2次;通入纯氟气至氟化炉中压力为-0.08MPa,然后通入高纯氮气至氟化炉内压力为-0.04MPa,开启氟化炉内气体内部强制循环,反应60min,保持氟化炉内温度50~55℃;抽空炉内气体并使用高纯氮气置换2次,取出油箱;观察油箱表面呈明显钝化效果,测定油箱表面含氟量305μg/cm2;将油箱装入93#乙醇汽油,按EPA标准进行溶剂渗透试验,40℃恒温条件下渗透率0.30g/m2.d,远低于EPA标准要求。
本发明的有益效果是:先把聚合物制品升温至一定温度,可以使聚合物表面的分子充分达到足够的活性,此时将氟气或氟氮气引入氟化炉中,氟气分子可以迅速与聚合物分子反应形成致密的类聚四氟乙烯层,氟化层深度较深,从而提高聚合物表面的阻隔效果。相比较两步法氟化反应,可以节约氟化时间,提高生产效率。本工艺采用强制内循环***,克服了以往工艺使用外循环***风量小,氟化炉中容易出现气体滞留等不利因素。本工艺使用的吸附剂,可以将氟化产生的杂质气体吸附,净化了炉中气体种类,可以使聚合物表面清洁、干燥,更有利于氟气分子和聚合物表面的反应,氟化效果更好。
说明书附图
下面结合附图对本发明进一步进行说明。
图1是,本发明设备工艺示意图。
图中,氟化炉1,吸附剂2,循环热水泵3,真空泵4,强力内循环***5,加热器6,放空气体吸收器7。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步进行说明。聚合物制品材料既可以是聚乙烯、聚丙烯材质、也可以是聚氯乙烯、聚氨酯、尼龙等聚合物材料;所述聚合物制品既可以是油箱、桶、瓶等类型的包装容器,也可以是管状、膜状、带状、板状、颗粒等形状物品。
实施例1
将220ml的HDPE油箱500只放入氟化炉中,同时放入吸附剂3000kg;关闭炉门,使用循环热水将炉内加热到70℃,抽空并使用高纯氮气置换2次,通入20%氟氮气至氟化炉中压力为-0.02MPa,开启氟化炉内气体强制循环,反应20min,保持氟化炉内温度70~75℃。抽空炉内气体并使用高纯氮气置换2次,取出油箱,观察油箱表面呈明显钝化效果,测定油箱表面含氟量315μg/cm2,将油箱装入93#乙醇汽油,按EPA标准进行溶剂渗透试验,40℃恒温条件下渗透率0.28g/m2.d,远低于EPA标准要求。
实施例2
将500ml的HDPE油箱250只放入氟化炉中,同时放入吸附剂2500g;关闭炉门,使用循环热水将炉内加热到70℃,抽空并使用高纯氮气置换2次;通入10%氟氮气至氟化炉中压力为-0.02MPa,开启氟化炉内气体强制循环,反应40min,保持氟化炉内温度70~75℃;抽空炉内气体并使用高纯氮气置换2次,取出油箱;观察油箱表面呈明显钝化效果,测定油箱表面含氟量280μg/cm2;将油箱装入93#乙醇汽油,按EPA标准进行溶剂渗透试验,40℃恒温条件下渗透率0.35g/m2.d,远低于EPA标准要求。
实施例3
将150ml的HDPE油箱800只放入氟化炉中,同时放入吸附剂2500g;关闭炉门,使用循环热水将炉内加热到50℃,抽空并使用高纯氮气置换2次;通入纯氟气至氟化炉中压力为-0.08MPa,然后通入高纯氮气至氟化炉内压力为-0.04MPa,开启氟化炉内气体内部强制循环,反应60min,保持氟化炉内温度50~55℃;抽空炉内气体并使用高纯氮气置换2次,取出油箱;观察油箱表面呈明显钝化效果,测定油箱表面含氟量305μg/cm2;将油箱装入93#乙醇汽油,按EPA标准进行溶剂渗透试验,40℃恒温条件下渗透率0.30g/m2.d,远低于EPA标准要求。
Claims (7)
1.一种聚合物表面氟化工艺,是由,氟化炉(1),吸附剂(2),循环热水泵(3),真空泵(4),强力内循环***(5),加热器(6),放空气体吸收器(7)构成;其特征在于:将聚合物制品置于氟化炉(1)中,同时放置吸附剂(2);
开启循环热水(3)和加热器(6)将氟化炉中气体和聚合物制品加热到10~80℃;
使用真空泵(4)将氟化炉抽真空;
使用高纯氮气或氩气置换氟化炉2~3遍;
将氟气或氟氮气通入氟化炉中,控制氟气浓度在5%~50%,氟化室压力控制在-0.08MPa~0.1MPa,开启强力内循环***(5),氟化室温度控制在10~80℃,反应20~120min;抽空氟化室,并用高纯氮气或氩气置换2~3遍,抽空和置换气体经吸附和洗涤净化后经过放空气体吸收器(7)排放;
取出氟化炉中的聚合物制品。
2.根据权利要求1中所述的一种聚合物表面氟化工艺,其特征在于:将220ml的HDPE油箱500只放入氟化炉中,同时放入吸附剂3000kg;关闭炉门,使用循环热水将炉内加热到70℃,抽空并使用高纯氮气置换2次,通入20%氟氮气至氟化炉中压力为-0.02MPa,开启氟化炉内气体强制循环,反应20min,保持氟化炉内温度70~75℃。抽空炉内气体并使用高纯氮气置换2次,取出油箱,观察油箱表面呈明显钝化效果,测定油箱表面含氟量315μg/cm2,将油箱装入93#乙醇汽油,按EPA标准进行溶剂渗透试验,40℃恒温条件下渗透率0.28g/m2.d,远低于EPA标准要求。
3.根据权利要求1中所述的一种聚合物表面氟化工艺,其特征在于:将500ml的HDPE油箱250只放入氟化炉中,同时放入吸附剂2500g。关闭炉门,使用循环热水将炉内加热到70℃,抽空并使用高纯氮气置换2次;通入10%氟氮气至氟化炉中压力为-0.02MPa,开启氟化炉内气体强制循环,反应40min,保持氟化炉内温度70~75℃;抽空炉内气体并使用高纯氮气置换2次,取出油箱;观察油箱表面呈明显钝化效果,测定油箱表面含氟量280μg/cm2;将油箱装入93#乙醇汽油,按EPA标准进行溶剂渗透试验,40℃恒温条件下渗透率0.35g/m2.d,远低于EPA标准要求。
4.根据权利要求1中所述的一种聚合物表面氟化工艺,其特征在于:将150ml的HDPE油箱800只放入氟化炉中,同时放入吸附剂2500g;关闭炉门,使用循环热水将炉内加热到50℃,抽空并使用高纯氮气置换2次;通入纯氟气至氟化炉中压力为-0.08MPa,然后通入高纯氮气至氟化炉内压力为-0.04MPa,开启氟化炉内气体内部强制循环,反应60min,保持氟化炉内温度50~55℃;抽空炉内气体并使用高纯氮气置换2次,取出油箱;观察油箱表面呈明显钝化效果,测定油箱表面含氟量305μg/cm2;将油箱装入93#乙醇汽油,按EPA标准进行溶剂渗透试验,40℃恒温条件下渗透率0.30g/m2.d,远低于EPA标准要求。
5.根据权利要求1中所述的一种聚合物表面氟化工艺,其特征在于:所述聚合物制品材料既可以是聚乙烯、聚丙烯材质、也可以是聚氯乙烯、聚氨酯、橡胶等聚合物材料;所述聚合物制品既可以是油箱、桶、瓶类型的包装容器,也可以是管状、膜状、带状、板状、颗粒等形状的物品。
6.根据权利要求1中所述的一种聚合物表面氟化工艺,其特征在于:用于聚合物表面处理的氟化剂,既可以是氟氮混合气,也可以是纯氟气。
7.根据权利要求1中所述的一种聚合物表面氟化工艺,其特征在于:聚合物氟化过程中,使用内部气体强力循环***,促使内部气体形成湍流。
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