千年不能分解的PTFE塑料,应该怎么回收呢?

高分子不简单 2023-08-08
2049 字丨阅读本文需 5 分钟

氟塑料家族以PTFE应用最广泛,国内前几年PTFE的产品占氟塑料总产量的90%,在国外,PTFE 的产量也占到氟塑料总产量的60%。

PTFE 塑料具有优良的耐腐蚀性能及耐热性能,它几乎可耐任何浓度的强酸、强碱、强氧化性介质和有机溶剂,耐化学腐蚀性能超过了现有的所有塑料,耐温范围为-195℃~250℃,长期使用温度为-100℃~250℃。

聚四氟乙烯(PTFE)一直享有“塑料王”的美誉,它有着优异的耐化学性、热稳定性、介电性能、不粘性和自润滑性,在塑料材料中有着独特的地位。据ACMI统计,目前全球PTFE产能约为32万吨/年,其中中国占65.84%,并且产能增长稳定。那么,每年这么多PTFE生产出来,废弃的PTFE又该如何回收呢?

我国已发展为全球最大的氟化工产销国。我国氟化工最初是由铝工业 带动,由无机氟化盐开始的。1954 年 3 月,我国第一个氟化盐车间在抚顺 铝厂建成投产,这成为我国氟化工产业的起源。1954 年到改革开放前的二 十多年间,我国第一套氟制冷剂装置和第一套 PTFE 装置分别投产,我国氟 化工产业逐步建立。改革开放后,我国各类氟化工产品生产技术取得长足 进步。

进入 90 年代后,我国氟化工由军工为主转向民用为主,开始步入自 主开发和技术引进相结合的发展路线。进入 21 世纪,我国氟化工由“陪跑”、 “跟跑”转向“领跑”,产业迎来高速发展。时至今日,我国已具备包括 无机氟化物、氟碳化学品、含氟聚合物、含氟精细化学品、氟材料加工等 在内完整氟化工产业链,年产值超过 1000 亿元。我国已成为全球最大的氟 化工生产和消费国。

PTFE由于性质稳定,若深埋地下,即使1000年也不一定能降解,采用焚烧的方法又会产生有毒气体,污染环境。小编整理了目前PTFE的主流回收方法,包括:机械粉碎法、辐射裂解法和热分解法,一起来了解一下吧!

机械粉碎法

机械粉碎法是指将PTFE废料清洗干净后,利用切割机、球磨机、气流粉碎机将其粉碎。机械粉碎法具有高效、节能、回报率高等特点,同时也是工业生产最易实现的方式。通过机械力使PTFE废料粉碎,根据不同的工艺设置,可以得到不同细度的PTFE细粉。由于机械粉碎法对纯度要求较高,目前此方法主要针对生产过程中的瑕疵产品、机械磨屑废料及剩余料。

在机械粉碎之前,通常会将PTFE废料清洗或辐射、冷冻的方法预处理。后两种得到的颗粒相对较细,但是也增大了生产成本。由于PTFE韧性较大,与其他材料相比要耗能一些。无论是切割粉碎、球磨粉碎还是气流粉碎,控制工艺得到的颗粒细度能达到60~160μm,而且粉体细度符合正态分布。

将粉碎的粉体通过筛网,可以得到细度均匀的粉体。采用机械粉碎回收的方法,基本上保持材料的物理、化学性能,不产生其他有毒物质。经机械粉碎得到的PTFE 粉体,颗粒相对较大。由于其在熔融时粘度大等原因,不能通过注塑的方法,因此后续的加工主要有三种应用方法:挤压成型、热压成型和当做填充料使用。

辐射裂解法

辐射裂解回收法适用于纯的PTFE产品,因为在PTFE中添加料一般为玻纤、二硫化钼、铜粉等。玻纤经高能射线照射下会变色。加入的铜粉粒径一般为40μm左右,高能射线不能进一步细化该颗粒至10~20μm。因此辐射裂解法适用于纯PTFE加工过程中的次品、剩余料和加工过程中的下脚料车屑等。

在加速电子射线或高能γ射线的作用下,辐射剂量不小于100KGy环境中,破坏碳氟键,使PTFE分子链发生断裂,得到小分子量的 PTFE 产品。因为分子量的降低,PTFE变得很脆,通过气流粉碎或研磨的方法,可以得到粒径为1~20μm 的 PTFE超细粉体。

辐射裂解工艺对PTFE材料的要求较低,在一定的气氛条件下,通过高能射线作用于PTFE产品。在工艺流程的封装步骤,会因为使用的气体环境不同而得到不同的产品。在惰性气体条件下降解,可以得到全氟烷烃和全氟烯烃;在空气环境中降解,得到较纯的PTFE或其改性产品;在氧气条件下降解,得到高氟酸衍生物。

工业生产中,考虑成本和使用用途,一般采用在空气条件下降解。经辐射作用会改变PTFE的分子量,但是对其熔点影响较小。辐射中采用的辐射剂量增大,会使 PTFE分子摩尔质量降低,熔点略有下降。在辐射剂量开始增大时,摩尔质量变化较明显,但当辐射剂量达到 50KGy 时,变化趋于平缓。同时辐射剂量的增大,会使得到最终超细粉的粒径较小。研究发现辐射使PTFE发生交联反应,PTFE的断裂伸长率和拉伸强度降低。

经辐射法得到的PTFE超细粉不仅具有耐酸、碱、氧化剂、使用温度-200~260℃的优点,同时也具有良好的分散性,能与其他材料共混,但凝聚性较差。应用领域主要有以下三个:

(1)用作涂料的添加剂:在食品、电器、纺织、包装等部门广泛应用。研究表明在涂料中添加60%的PTFE超细粉,可以提高防腐性、防粘性和降低摩擦系数,提高涂料的使用性能。

(2)用作打印油墨的添加剂:在打印的油墨中通过添加一定质量百分比的PTFE 粉末,可以显著改善印刷品的光滑性与光泽性。

(3)作高分子材料的改性剂:在聚碳酸酯、聚甲醛、聚酰胺、聚苯硫醚、硅橡胶、丁苯橡胶等高分子中分别加入10%~20%的粉末,可明显提高成品的阻燃和耐磨等性能。

高温裂解法

高温裂解就是利用较高的温度,使PTFE发生分解。此方法很难控制分解产物的种类,而且还会产生很多有毒的副产物。在回收其中有用的分解产物过程中,对工艺设备和参数设置要求较高,一般不鼓励应用此方法。

高温裂解法对PTFE回收料的要求较低,无论是纯PTFE还是填充了其他材料都可以利用高温裂解法回收利用。对高温裂解产生影响的因素一般为:温度、压力、时间、气氛、进料速度等。高温裂解法回收PTFE工艺较复杂,而且投资较大,目前国内还没有将该工艺工业化生产。虽然国外已有较成熟的工艺,使高温裂解法实现工业的实际应用,但是企业运营成本高,产出低。对于高温裂解法还需要更多的研究,如何处理过程中产生的副产品也是研究的难点。

文章来源: 氟化工,铁氟龙管小姐姐,未来智库

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