Спосіб переробки фторопластів та матеріалів, що їх містять, з отриманням ультрадисперсного
Власники патенту UA 2528054:
Область техніки, до якої належить винахід Спосіб полягає в підготовці сировини та подальшому змішуванні підготовленої сировини з фторуючим агентом при термодеструкції фторопласту з одночасним його фторуванням при нагріванні. Технічний результат - утилізація виробничих та експлуатаційних фторопластсодержащих відходів з винятком утворення важкорозділених неутилізованих та небезпечних сумішей, зниженням витрат енергії на проведення процесу та скороченням часу проведення процесу термодеструкції. 8 з.п. ф-ли, 1 табл., 1 іл.
Винахід відноситься до хімії полімерів, зокрема до переробки фторопластів та матеріалів, що їх містять, у тому числі виробничих та експлуатаційних відходів, з метою отримання ультрадисперсного фторопласту та перфторпарафінів. Винахід може знайти застосування при отриманні добавок, що модифікують, полімерних матеріалів, мастил, композиційних покриттів.
Процеси утилізації фторопластів і матеріалів, що містять їх, супроводжуються утворенням високотоксичних продуктів, таких як карбонілдифторид, перфторизобутилен, фтористий водень. Отримання таких та інших сумішей ксенобіотиків становить серйозну загрозу для навколишнього середовища, що суттєво ускладнює розширення їх застосування у сучасних технологіях.
В даний час одним з найбільш перспективних напрямів переробки фторопластів та матеріалів, що їх містять, вважається регульована.термодеструкція в спеціальних умовах, кінцевою метою якої є, як правило, або переважне отримання низькомолекулярного тонкодисперсного фторопласту або різних газоподібних продуктів, зокрема мономерів.
Істотним недоліком описаних способів переробки фторопласту є утворення значної кількості складних сумішей газоподібних речовин, що потребують додаткового знешкодження.
Недоліком цього способу є можливість утворення складних сумішей, що містять, крім мономеру тетрафторетилену (80-85%), що використовується для фторорганічного синтезу, домішки інших фторолефінів, зокрема гексафторпропілену (5-10%), октофторциклобутилену, а також октофторциклобут. та оксидів вуглецю. Усе це створює серйозні передумови ускладнення виробничих процесів, що з поділом, очищенням і утилізацією перелічених товарів. Проведення процесів у кілька стадій також суттєво ускладнює технологію переробки вихідної сировини. Крім того, при проведенні термодеструкції потрібні значні витрати енергії для підтримки високих температур реакційних апаратах (до 750°С) протягом 120 годин, що може призводити також до розвитку багатьох побічних процесів.
Технічним результатом заявляється способу є переробка фторопластів і матеріалів, що їх містять шляхом термодеструкції при одночасному фторуванні. Це дозволяє уникнути утворення неутилізованих і небезпечних сумішей, що важко розділяються, і знизити витрати енергії на проведення процесу. При реалізації способу, що заявляється, спостерігається істотне скорочення часу проведення процесу термодеструкції в порівнянні з прототипом. Спосіб дозволяє утилізувати виробничі та експлуатаційні фторопластсодержащие відходи зотриманням їх основі затребуваних матеріалів.
Попередньо підготовлені фторопласт або матеріали, що його містять, механічно змішуються з фторуючим агентом. При цьому підготовка може розглядатися або як підготовка сировини, представленої у вигляді фторопласту та/або виробів з фторопласту, що виражається в очищенні поверхонь, видаленні механічних домішок та подальшому подрібненні сировини до розмірів 0,3-2 мм; або як підготовка сировини, представленої у вигляді матеріалів, що містять фторопласт, (для збільшення виходу ультрадисперсного фторопласту) що виражається у виділенні фторопласту з таких матеріалів та подальшому подрібненні виділеного фторопласту до розмірів 0,3-2 мм. Як фторуючий агент може бути використаний як газоподібний фтор, так і різні сполуки-переносники фтору, у тому числі фторид кобальту СоF3, фторид нікелю NiF2 та інші фториди металів зі змінною валентністю. Процес термодеструкції з одночасним фторуванням відбувається у реакторі при нагріванні. Температурний інтервал проведення процесу термодеструкції з одночасним фторуванням та оптимальне співвідношення фторопласту або матеріалів, що його містять, та фторуючого агента обумовлені вибором відповідного фторуючого агента, а також особливостями проведення реакції. При використанні фторуючого агента фториду кобальту СоF3 оптимальними параметрами проведення процесу є температура в інтервалі 480-520°С і співвідношення фторопласту або матеріалів, що його містять і переносника фтору СоF3 в інтервалі 1:5-1:10. Продукти, що утворюються в процесі термодеструкції з одночасним фторуванням, виходячи з реактора, охолоджуються і поділяються на тверду, рідку і газоподібну фази. Тверда фаза, що є ультрадисперсним фторопластом,відокремлюється у збірниках у вигляді порошку білого кольору. Після цього відбувається накопичення рідких і газоподібних продуктів, переважно перфторпарафінів СnF2n+2, де n до 26, в поглиначі, наприклад перфтордекаліні. Для уловлювання залишкової кількості продуктів термодеструкції передбачено використання пасток.
Процес термодеструкції фторопласту та матеріалів, що його містять, здійснюють з одночасним фторуванням у присутності фторуючого агента на установці, схематично зображеної на фігурі, де 1 - реактор, 2 - високотемпературний термостат, 3 - труба, 4 - система збірників ультрадисперсного фторопласту, 5 - абсорбер 6 – пастка.
Винахід ілюструється прикладами, наведеними у таблиці.
Переносником фтору у всіх наведених прикладах є фторид кобальту СоF3.
Як вихідний компонент у прикладах 1-3 використовується фторопласт Ф 4Д. Досліди за прикладами 4-5 відрізняються тим, що як вихідний компонент використовуються відходи фторопласту, отримані видаленням парафінів з парафіно-фторопластових відходів виробництва емульсійного фторопласту Ф 4Д. Видалення парафінів з матеріалів, що містять фторопласт, проводиться при промиванні відходів демінералізованою водою або маточним розчином, що утворюється у процесі синтезу фторопласту Ф 4Д. Температура води або маточного розчину – 95-100°С. Для збільшення ступеня відмивання парафінів виконують перемішування. Видалення парафінів з поверхні води виконують після остигання води до температури нижче температури плавлення парафінів. Досліди за прикладами 6-13 відрізняються тим, що як вихідний компонент використовуються подрібнені нерозділені парафіно-фторопластові відходи виробництва емульсійного фторопласту Ф 4Д, що містять до 87% цільового продукту.
Тривалістьпроведення процесу термодеструкції з одночасним фторуванням у всіх наведених прикладах не перевищує 10 хвилин.
Оптимальне співвідношення утилізованих фторопластів або матеріалів, що їх містять, та переносника фтору за масою дорівнює 1:7,5. Подальше збільшення масового надлишку переносника фтору не призводить до суттєвого зростання виходу ультрадисперсного фторопласту за зниження кількості газоподібних продуктів (приклади 3, 11-13). Зменшення масового надлишку СоF3 нижче 5-кратного по відношенню до утилізованих фторопластів або матеріалів, що їх містять, призводить до істотного скорочення виходу ультрадисперсного фторопласту при деякому збільшенні кількості газоподібних продуктів (приклади 8, 9).