WASTE: DRY CRUSHING OF SECONDARY POLYTETRAFLUOROETHYLENE

ОТХОДЫ: СУХОЕ ИЗМЕЛЬЧЕНИЕ ВТОРИЧНОГО ПОЛИТЕТРАФТОРЭТИЛЕНА

Аллаяров С. Р., Институт проблем химической физики Российской академии наук, Черноголовка, Московская обл., Россия
Никольский В. Г., Дударева Т. В., Институт химической физики Российской академии наук, Москва, Россия
Шарпатый В. А., Институт биохимической физики Российской академии наук, Москва, Россия
Кисперт Л. Д., Диксон Д. А., Алабамский университет, Таскалууса, США

Технология изготовления изделий из политетрафторэтилена (ПТФЭ) значительно отличается от традиционно используемой при переработке большинства известных полимеров из-за уникальных свойств ПТФЭ — практически полной нерастворимости в органических растворителях и слишком высокой (более 500 °С) температуры технологического течения. Эти свойства исключают переработку ПТФЭ обычными для термопластов способами.
Все известные способы переработки ПТФЭ сводятся к двум стадиям: предварительному формованию заготовки на холоду (прессование на гидравлических прессах) и ее последующему спеканию при 365—385 °С. Самой трудной задачей в производстве ПТФЭ является переработка полученных при этом отходов. Сложна также переработка бывших в употреблении изделий из ПТФЭ. В итоге ежегодно скапливается немалое количество его отходов. Если учесть, что ПТФЭ не усваивается ни одним из известных в настоящее время микроорганизмов, то можно представить себе последствия такого скопления отходов ПТФЭ для экологии в будущем.
В начале 80-х гг. начались работы по радиационному измельчению ПТФЭ в силу его низкой радиационной стойкости. Этот факт позволил предложить радиолиз как предварительную стадию процесса измельчения производственных отходов. Основными разработчиками технологии радиационного измельчения ПТФЭ были специалисты ГДР и СССР, в частности Института химической физики РАН. Фактором, тормозящим практическое применение методики, является отсутствие понимания механизма радиационной деструкции ПТФЭ.
На основе выявленных закономерностей радиолиза и особенностей множественного растрескивания и измельчения фторполимеров в интенсивном силовом поле разработан способ получения высокодисперсных порошков фторпластов после предварительной обработки излучением высокой энергии. Получены тонкие порошки (средних размеров около 100—300 микрон) из подоблученных отходов ПТФЭ. Как показали эксперименты, ПТФЭ можно измельчить только после предварительного радиолиза. Роль радиации может быть сведена к двум факторам: либо после радиолиза появляются боковые цепи или сшивка, либо радиация, разрушая структуру макромолекулы, увеличивает число дефектов, позволяющих достичь критического значения для реологического взрыва. Лабораторные исследования показали, что другие фторполимеры (политрифторхлорэтилен, поливинилиденфторид) и фторсополимеры (сополимеры тетрафторэтилена с гексафторпропиленом, сополимеры тетрафторэтилена с перфторалкильвиниловыми эфирами) измельчаются плохо, но зато хорошо измельчаются фторрезины. Такие фторполимеры можно измельчить до порошков размером около 0,5—1 мм.
ПТФЭ — дорогой и дефицитный полимер, поэтому наиболее целесообразно использовать вторичный ПТФЭ. Для этого необходимо переработать вторичный ПТФЭ или отходы производства ПТФЭ после его предварительной обработки излучением высокой энергии. В качестве источника такого излучения могут быть использованы как ускорители электронов, так и источники гамма-излучения.
Применяемый для измельчения подоблученного ПТФЭ способ высокотемпературного сдвигового измельчения был развит в 80—90-х гг. прошлого века В. Г. Никольским и другими и успешно зарекомендовал себя как метод промышленного получения уникальных полимерных порошковых материалов. Чисто фундаментальное научное исследование пластического течения полимеров привело к созданию этой принципиально новой промышленной технологии. При таком измельчении твердое тело полностью разрушается и превращается в высокодисперсный порошок с удельной поверхностью от 0,1 до 10 м²/г в зависимости от типа измельчаемого материала.
Полученные с использованием таких порошков фторпластсодержащие композиции могут с успехом использоваться во многих областях техники, а также в качестве примеси или в составе суспензий, лаков, футеровок. Максимального эффекта при минимальных расходах можно достичь при использовании тонкодисперсного порошка с размером частиц около 100 мк. Разрабатываемым способом можно при небольших финансовых затратах получить такие порошки ПТФЭ.
Описанный способ измельчения можно также использовать для получения различных видов крахмала и крахмалсодержащего сырья — порошкообразной кукурузы, пшеницы, риса и др. Полученные после такой обработки крахмалопродукты можно использовать для стабилизации и повышения термической устойчивости буровых растворов. При этом заметно упрощается процесс и снижаются затраты на производство крахмалсодержащего продукта. В сравнении с существующими способами подобного назначения предлагаемый метод получения порошков имеет ряд преимуществ: простота конструкции, низкая металлоемкость и уровень шума аппарата, низкая себестоимость; измельчение происходит при ограниченном доступе воздуха, вследствие чего измельчаемый материал практически не окисляется.
Работа выполнена при финансовой поддержке CRDF (the Cooperative Grants Program of the U.S. Civilian Research and Development Foundation) (проект RUC2-2287-CG-06).

Allayarov S. R., Institute of Problems of Chemical Physics, Russian Academy of Sciences, Chernogolovka, Moscow Oblast, Russia
Nikolskiy V. G., Dudareva T. V., Institute of Chemical Physics, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia
Sharpatiy V. A., Institute of Biochemical Physics, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia
Kispert L. D., DixonD. A., Department of Chemistry, the University of Alabama, Tuscaloosa, USA

Waste polytetrafluoroethylene (PTFE) is difficult to process by the methods normally used for other thermoplastics because of the unique properties of PTFE. A method for producing superfine powders of PTFE has been developed by crushing in an intense power field following our recent discoveries of the behavior of PTFE after irradiation. Thin powders of PTFE with average sizes of 100-300 micron can now be produced. Other fluoropolymers can be crushed into powders with sizes of 0,5-1 millimeter, including fluorinated rubbers. Such an appraoch can also be used for the production of powders of various kinds of starch and starch-containing raw material as a corn, wheat, rice, etc.

Главная страница

Сведения об авторах

Аллаяров Садулла Реймович, д-р хим. наук, вед. науч. сотр., Институт проблем химической физики РАН, Черноголовка, Московская обл., 142432, Россия. Тел. (496) 522-12-19, факс (496) 515-54-20. E-mail
Никольский Вадим Геннадьевич, канд. хим. наук, вед. науч. сотр., Институт химической физики РАН, Черноголовка, Московская обл., 142432, Россия. Тел. (495) 939-75-06, факс (495) 137-83-18. E-mail
Дударева Татьяна Владимировна, старший инженер, Институт химической физики РАН, Черноголовка, Московская обл., 142432, Россия. Тел. (495) 939-75-06, факс (495) 137-83-18
Шарпатый Валерий Андреевич, д-р хим. наук, проф., Институт биохимической физики РАН, ул. Косыгина, 4, Москва, 117997, Россия. Тел. (495) 939-71-14
Диксон Дэвид Адамс, проф., химический факультет, Алабамский университет, Таскалууса, Алабама, 35487-0336, США. Факс (205) 348-91-04. E-mail
Кисперт Ловелл Дональд, проф., химический факультет, Алабамский университет, Таскалууса, Алабама, 35487-0336, США. Тел. (205) 348-59-54, факс (205) 348-91-04. E-mail

Последние изменения внесены 12.07.07