CN105111352A - 一种特种氟醚低聚物的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种特种氟醚低聚物的制备方法，是使用特殊含氟单体混合物进行光化氧化聚合反应所得。所获得的氟醚低聚物有许多意想不到、很有价值的应用。其平均分子量在300～1500的，其黏度在25度温度下约1～20？cPs，酸值在70～100的适合加工做氟醚表面活性剂，可成为全氟辛酸替代品。所述氟醚低聚物的平均分子量在1500以上的，其黏度在25度温度下约20～500？cPs，还适合加工做氟醚油及其耐高温润滑油脂等的重要应用。以上产物或其混合物也可做为特种氟橡胶的聚合工艺所用的助剂，尤其是制备耐低温氟橡胶，其耐低温性能可达到零下40度，更能被航天航空、汽车工业市场所接受。

Description

一种特种氟醚低聚物的制备方法

技术领域

本发明涉及特种氟醚低聚物的制备方法，具体涉及特种氟醚低聚物的制备及其衍生的氟醚表面活性剂、氟醚油及特种氟橡胶的制备方法及应用。

背景技术

氟醚油、尤其是氟醚类的低聚物具有优异的物理表面性能和耐低温性，化学稳定性，在化工材料、机械密封、耐高温润滑、航天军工、新材料等各领域都有着广泛的应用。将含氟单体及氧气在零下低温采用光照或辐照，再经过端基处理，可获得具有优秀表面性能的氟材料，由于其特殊性能，该材料成为一种高端应用的含氟功能性材料，例如用于化工助剂、添加剂、表面活性剂、化妆品、防护涂料、服装面料、密封材料、耐高温润滑油、电子材料清洗剂等。氟醚低聚物材料因具有优良的耐高低温性能，机械性能，表面活性和化学稳定性，从八十年代以来就被用于制造耐高温油脂、密封材料、表面活性剂、涂料、以及服装面料等。氟醚低聚物在工业制备上通常采用四氟乙烯、六氟丙烯单体，与氧气，通过低温紫外灯照或辐照方法进行氧化聚合来制备氟醚低聚物。但此种氟醚低聚物液体的表面活性与一般氟聚物乳液聚合常用的全氟辛酸相比，乳液稳定性较差，但由于全氟辛酸造成环境污染问题，急需寻找全氟辛酸替代品。此外这类氟醚低聚物的表面防油性能没有传统的三防氟聚物好，其表面张力性能仍需改进。另外，传统氟橡胶的耐低温性能不好，以偏氟橡胶为例，其耐低温性一般最低到零下30度就易脆裂，这对开发航天航空材料不够，需要再改进。

发明内容

基于以上背景，本发明提供了一种特种氟醚低聚物的制备方法，它可以提高氟醚低聚物的表面活性，其应用除了做为全氟辛酸替代品，还可作成氟醚油，及耐低温氟橡胶的关键原料等。

本发明首先提供一种特种氟醚低聚物的制备方法，所述制备方法包括先将含氟单体A, B以莫尔比（99：1）～（65：35）的比例，优选的以莫尔比（95：5）～（80：20）的比例，通入已除湿的光化低温反应釜，其中含氟单体A：含（10～100%莫尔比）的六氟丙烯及（0～90%莫尔比）的四氟乙烯；含氟单体B：含全氟丙烯基烷基醚CF2=CFCF2-O-Rf，Rf是CnF2n+1，n=1～5：其中优选的有全氟丙烯基甲基醚CF2=CFCF2-O-CF3，全氟丙烯基乙基醚CF2=CFCF2-O-C2F5，全氟丙烯基丙基醚CF2=CFCF2-O-C3F7，或其混合物；反应釜的夹套温度要事先维持在含氟混合单体的沸点以下，使含氟单体进入釜里能维持在液相，一般在零下70度～0度，优选的是在零下60度～零下30度；然后开搅拌，开紫外灯，通入已除湿的氧气及可选的分子量调节剂到含氟单体液相中开始光化氧化聚合反应，其中氧气的纯度至少95%，氧气进到光化反应釜里的总量至少是含氟单体总莫尔数的1.5倍，优选的是大于2倍；分子量调节剂是含氟含氯、含氟含溴、或含氟含碘有机化合物（含1～3个碳），可选的有三氟氯甲烷CF3-Cl，二氟二氯甲烷 CF2Cl2，三氟溴甲烷CF3-Br，三氟碘甲烷CF3-I，三氟氯乙烯，二氟二氯乙烯等。分子量调节剂进到此光化反应釜里的总量至少是含氟单体总莫尔数的0～50%，优选的1～30%，分子量调节剂用量越大，产物分子量越低。光化反应是用紫外光催化，让氧气变成带自由基的氧原子（O-），去起动自由基聚合，液相含氟单体与气相氧原子共聚，这是气液反应，气相氧需要与液相含氟单体充分搅拌，才能充分反应，分子量调节剂起到自由基聚合反应封端的作用。反应时间在半小时到24小时之间。含氟单体转化成氟醚低聚物的得率约5～50%，优选的得率约10～30%。反应物的组成很复杂，不是单一产物，分子量分布在200～20000，总称为氟醚低聚物。其黏度在25度温度下约1～500 cPs。 产物的化学结构很复杂，因原料组成不同，可含有 （–CF2O-） （-CF2CF2O-）（-CF2CF(CF3)O-）（-CF2CF(CF2OCF3)O-）（-CF2CF(CF2OC2F5)O-）（-CF2CF(CF2OC3F7)O-） 等链段不同的排列组合，其末端基可含有 -CF3，-CF2Cl, - CF2Br，- CF2I，-COF, -COCl, -COBr, -COI等。

其中，所述氟醚低聚物的平均分子量在300～1500的，其黏度在25度温度下约1～20 cPs，适合做氟醚表面活性剂，可成为全氟辛酸替代品。所述氟醚低聚物的平均分子量在1500以上的，其黏度在25度温度下约20～500 cPs，还适合做氟醚油及其耐高温润滑油脂等的重要应用。以上产物或其混合物也可做为特种氟橡胶的聚合工艺所用的助剂，尤其是耐低温氟橡胶。以上分类可以用精馏方法把所制得的氟醚低聚物粗产物依其沸程不同来分离及使用。

可选地，所述氟醚表面活性剂的制备方法包括：在水解反应釜内加入去离子水和平均分子量在300～1500的氟醚低聚物，重量比约为（1：15）～（3：1），并搅拌升温，釜内温度维持至约30~200℃，氟醚低聚物的不稳定端基（如酰氟 -COF，酰氯 -COCl等）会被水解成羧酸端基，反应时间约半小时到8小时，优选的釜内温度维持在50~200℃；反应后让反应液静置后分层，上层水溶液吸出去除，水解釜内再加入约等量的干净去离子去清洗反应物，常温下搅拌半小时左右，再将上层水溶液吸出去除，如此重复所述清洗方法1～3次，反应物出料，制得含羧酸端基的氟醚表面活性剂，其酸值在60到120之间，优选的在80到100之间，其表面张力在水里0.1% 的浓度约为13～18牛顿/米 (N/m)，优于全氟辛酸的表面活性～20牛顿/米 (N/m)。此种氟醚表面活性剂在水性溶液里使用时，建议中合成为胺盐或碱金属盐，如钠盐或钾盐等。

可选地，所述氟醚油的制备方法1如下：将平均分子量在1500以上的氟醚低聚物未水解粗产物在光化反应釜里进行高温偶合反应，光化反应是靠紫外光在高温下去除氟醚低聚物的过氧键及不稳定端基，例如把过氧键Rf-O-O-Rf 转化成 Rf-O-Rf。把不稳定端基如酰氟 -COF，酰氯 -COCl等被打断，造成Rf-的自由基，两个Rf-的自由基可偶合成为稳定氟醚链接。高温是指在50到200度间，反应时间约半小时～12小时。

优选地，所述氟醚油的制备方法2如下：将所述氟醚油的制备方法1所制得的粗产物进行氟化（F2）。反应条件是用反应釜在除氧条件下，将所述氟醚油的制备方法1所制得的粗产物通入氟气，是种气液反应，搅拌很关键，反应时也可用紫外光催化其端基断裂，使端基能彻底被氟化成较稳定端基如 -CF3等。反应温度在50到200度，反应压力在1到20大气压，反应时间约半小时到24小时。

可选地，所述特种氟橡胶的聚合工艺如下：在耐压反应釜里，加入去离子水及上述所述氟醚羧酸盐为表面活性剂，在反应釜除氧后，加热搅拌，通入气相含氟单体，含莫尔比（20%～70%）的偏氟乙烯、（10%～40%）六氟丙烯、（0%～70%）的四氟乙烯、其余可选的共聚单体（0%～40%）选自：全氟甲基乙烯基醚、全氟乙基乙烯基醚、全氟丙基乙烯基醚、氟乙烯、乙烯、丙烯、三氟乙烯、三氟氯乙烯、二氟二氯乙烯、3，3，3-三氟丙稀和全氟烷基乙烯中的任意一种单体或超过一种单体以上的组合，然后加入自由基引发剂，反应温度控制在20度～140度，反应压力控制在1大气压～50大气压。

较佳的，所述氟醚羧酸表面活性剂的平均酸值在60～120，优选的平均酸值在70～100，其表面张力在水里0.1% 的浓度约为13～18牛顿/米 (N/m)，

可选的，所述氟醚羧酸盐在最终乳液产物里的浓度为0.01%～3%，优选的浓度在0.05%～2.0%。

可选的，自由基引发剂选自过硫酸盐、双氧水或有机过氧化物中的任意一种或其组合。

本发明还提供一种特种耐低温氟橡胶（在零下40度环境下不脆裂）及其制备方法，所述制造方法包括以下工序：在耐压反应釜里，加入去离子水及上述所述氟醚羧酸盐为表面活性剂及上述所述的氟醚油，在反应釜除氧后，加热搅拌，通入气相含氟单体，含莫尔比（20%～70%）的偏氟乙烯、（10%～40%）六氟丙烯、（0%～70%）的四氟乙烯、其余可选的共聚单体（0%～40%）选自：全氟甲基乙烯基醚、全氟乙基乙烯基醚、全氟丙基乙烯基醚、氟乙烯、乙烯、丙烯、三氟乙烯、三氟氯乙烯、二氟二氯乙烯、3，3，3-三氟丙稀和全氟烷基乙烯中的任意一种单体或超过一种单体以上的组合，然后加入自由基引发剂，反应温度控制在20度～140度，反应压力控制在1大气压～50大气压。

可选的，所述氟醚羧酸表面活性剂的平均酸值在60～120，优选的平均酸值在70～100，其表面张力在水里0.1% 的浓度约为13～18牛顿/米 (N/m)，

可选的，所述氟醚羧酸盐在最终乳液产物里的浓度为0.01%～3%，优选的浓度在0.05%～2.0%。

可选的，所述氟醚油的分子量在1500～20000，所述氟醚油在最终乳液产物里的浓度为0.01%～3%，优选的浓度在1%～3%。

可选的，所述自由基引发剂选自过硫酸盐、双氧水或有机过氧化物中的任意一种或其组合。

本发明具有以下有益效果：从上面所述可以看出，根据本发明提供的制备方法所获得的特种氟醚低聚物有许多有价值的用途，采用了以上技术提供了制备方法制备的特种氟醚低聚物可以提高氟醚低聚物的表面活性，其应用除了做为全氟辛酸替代品，还可作成氟醚油，及耐低温氟橡胶的关键原料等，本发明公开了一种特种氟醚低聚物的制备方法，是使用特殊含氟单体混合物进行光化氧化聚合反应所得。所获得的氟醚低聚物有许多意想不到、很有价值的应用。其平均分子量在300～1500的，其黏度在25度温度下约1～20 cPs，酸值在70～100的适合加工做氟醚表面活性剂，可成为全氟辛酸替代品。所述氟醚低聚物的平均分子量在1500以上的，其黏度在25度温度下约20～500 cPs，还适合加工做氟醚油及其耐高温润滑油脂等的重要应用。以上产物或其混合物也可做为特种氟橡胶的聚合工艺所用的助剂，尤其是制备耐低温氟橡胶，其耐低温性能可达到零下40度，更能被航天航空、汽车工业市场所接受。本发明所用光化反应及特种氟单体，所获得的氟醚低聚物有许多意想不到、很有价值的应用。低分子量的氟醚低聚物可经水解后，制成氟醚羧酸，其表面张力低于全氟辛酸，可实验证明可替代全氟辛酸做含氟高分子分散乳液聚合。此特种氟醚低聚物还可制成耐高温氟醚油。很惊奇的是用此发明所述氟醚羧酸及氟醚油来一起搭配制备氟橡胶，实验证明所得的氟橡胶其耐低温性能比单用全氟辛酸的好，可制得对航天航空、汽车、半导体工业等密封材料市场所需：能耐零下40度的低温氟橡胶，此特种耐低温氟橡胶更能被市场接受。

具体实施方式

本发明提供了一种特种氟醚低聚物的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：先将含氟单体A和含氟单体B以莫尔比99：1～65：35的比例，通入已除湿的光化低温反应釜，其中含氟单体A：含10～100%莫尔比的六氟丙烯及0～90%莫尔比的四氟乙烯；含氟单体B：含全氟丙烯基烷基醚CF2=CFCF2-O-Rf，Rf是CnF2n+1，n=1～5：其中优选的有全氟丙烯基甲基醚CF2=CFCF2-O-CF3，全氟丙烯基乙基醚CF2=CFCF2-O-C2F5，全氟丙烯基丙基醚CF2=CFCF2-O-C3F7，或其混合物；反应釜的夹套温度要事先维持在含氟混合单体的沸点以下，使含氟单体进入反应釜里能维持在液相，反应釜内的温度在零下70度～0度；然后开搅拌，开紫外灯，通入已除湿的氧气及可选的分子量调节剂到含氟单体液相中开始光化氧化聚合反应，其中氧气的纯度至少95%，氧气进到光化反应釜里的总量至少是含氟单体总莫尔数的1.5倍，分子量调节剂是含氟含氯、含氟含溴、或含氟含碘有机化合物，含氟含氯、含氟含溴、或含氟含碘有机化合物含1～3个碳，分子量调节剂进到此光化反应釜里的总量至少是含氟单体总莫尔数的0～50%，分子量调节剂用量越大，产物分子量越低，光化反应是用紫外光催化，让氧气变成带自由基的氧原子（O-），去起动自由基聚合，液相含氟单体与气相氧原子共聚，这是气液反应，气相氧需要与液相含氟单体充分搅拌，才能充分反应，分子量调节剂起到自由基聚合反应封端的作用，反应时间在半小时到24小时之间，含氟单体转化成氟醚低聚物的得率约5～50%，反应物分子量分布在200～20000，总称为氟醚低聚物，其黏度在25度温度下约1～500 cPs，所述反应产物的化学结构因原料组成不同含有 （–CF2O-） （-CF2CF2O-）（-CF2CF(CF3)O-）（-CF2CF(CF2OCF3)O-）（-CF2CF(CF2OC2F5)O-）（-CF2CF(CF2OC3F7)O-） 的链段不同的排列组合，其末端基含有 -CF3，-CF2Cl, - CF2Br，- CF2I，-COF, -COCl, -COBr, -COI，所述的含氟单体A和含氟单体B以莫尔比为95：5～80：20的比例，反应釜内的温度优选零下60度～零下30度，氧气进到光化反应釜里的总量优选为大于含氟单体总莫尔数的2倍，分子量调节剂是三氟氯甲烷CF3-Cl，二氟二氯甲烷 CF2Cl2，三氟溴甲烷CF3-Br，三氟碘甲烷CF3-I，三氟氯乙烯或二氟二氯乙烯，分子量调节剂进到此光化反应釜里的总量为含氟单体总莫尔数的1～30%，含氟单体转化成氟醚低聚物的得率为10～30%，所述氟醚低聚物的平均分子量在300～1500，其黏度在25度温度下约1～20 cPs，适合做氟醚表面活性剂，可成为全氟辛酸替代品，所述氟醚低聚物的平均分子量在1500以上的其黏度在25度温度下约20～500 cPs，还适合做氟醚油及其耐高温润滑油脂等的重要应用，以上产物或其混合物也可为特种氟橡胶的聚合工艺所用的助剂，尤其是耐低温氟橡胶，以上分类可以用精馏方法把所制得的氟醚低聚物粗产物依其沸程不同来分离及使用，所述氟醚表面活性剂的制备方法包括：在水解反应釜内加入去离子水和平均分子量在300～1500的氟醚低聚物，重量比约为1：15～3：1，并搅拌升温，水解反应釜内温度维持至约30~200℃，氟醚低聚物的不稳定端基，如酰氟 -COF，酰氯 –COCl，会被水解成羧酸端基，反应时间半小时到8小时，反应后让反应液静置后分层，上层水溶液吸出去除，水解釜内再加入约等量的干净去离子去清洗反应物，常温下搅拌半小时左右，再将上层水溶液吸出去除，如此重复所述清洗方法1～3次，反应物出料，制得含羧酸端基的氟醚表面活性剂，所述水解反应釜内温度优选维持在50~200℃，所述氟醚表面活性剂其酸值在60到120之间，优选的在70到100之间，其表面张力在水里0.1% 的浓度约为13～18牛顿/米 (N/m)，优于全氟辛酸的表面活性～20牛顿/米 (N/m)，此种氟醚表面活性剂在水性溶液里使用时，可中合成为胺盐或碱金属盐，如钠盐或钾盐，所述氟醚油的制备方法包括：将平均分子量在1500以上的氟醚低聚物未水解粗产物在光化反应釜里进行高温偶合反应，光化反应是靠紫外光在高温下去除氟醚低聚物的过氧键及不稳定端基，例如把过氧键Rf-O-O-Rf 转化成 Rf-O-Rf，把不稳定端基如酰氟 -COF，酰氯 -COCl等被打断，造成Rf-的自由基，两个Rf-的自由基可偶合成为稳定氟醚链接，高温是指在50到200度间，反应时间约半小时～12小时，将所述权利要求6所制备的偶合后的氟醚油粗产物进行氟化（F2），反应条件是用反应釜在除氧条件下，将所述偶合后的氟醚油粗产物通入氟气，是种气液反应，搅拌很关键，反应时也可用紫外光催化其端基断裂，使端基能彻底被氟化成较稳定端基如 -CF3等，反应温度在50到200度，反应压力在1到20大气压，反应时间约半小时到24小时，所述特种氟橡胶的聚合工艺为在耐压反应釜里，加入去离子水及氟醚羧酸盐为表面活性剂，在反应釜除氧后，加热搅拌，通入气相含氟单体，含莫尔比20%～70%的偏氟乙烯、含莫尔比10%～40%六氟丙烯、含莫尔比0%～70%的四氟乙烯、其余可选的共聚单体0%～40%选自：全氟甲基乙烯基醚、全氟乙基乙烯基醚、全氟丙基乙烯基醚、氟乙烯、乙烯、丙烯、三氟乙烯、三氟氯乙烯、二氟二氯乙烯、3，3，3-三氟丙稀和全氟烷基乙烯中的任意一种单体或超过一种单体以上的组合，然后加入自由基引发剂，反应温度控制在20度～140度，反应压力控制在1大气压～50大气压，所述氟醚羧酸表面活性剂的平均酸值在60～120，优选的平均酸值在70～100，其表面张力在水里0.1% 的浓度约为13～18牛顿/米 (N/m)，所述氟醚羧酸盐在最终乳液产物里的浓度为0.01%～3%，优选的浓度在0.05%～2.0%，所述的自由基引发剂选自过硫酸盐、双氧水或有机过氧化物中的任意一种或其组合，所述特种耐低温氟橡胶的聚合工艺如下：在耐压反应釜里，加入去离子水及所述氟醚羧酸盐为表面活性剂及氟醚油，在反应釜除氧后，加热搅拌，通入气相含氟单体，含莫尔比20%～70%的偏氟乙烯、10%～40%六氟丙烯、0%～70%的四氟乙烯、其余可选的共聚单体0%～40%选自：全氟甲基乙烯基醚、全氟乙基乙烯基醚、全氟丙基乙烯基醚、氟乙烯、乙烯、丙烯、三氟乙烯、三氟氯乙烯、二氟二氯乙烯、3，3，3-三氟丙稀和全氟烷基乙烯中的任意一种单体或超过一种单体以上的组合，然后加入自由基引发剂，反应温度控制在20度～140度，反应压力控制在1大气压～50大气压，所述氟醚羧酸表面活性剂的平均酸值在60～120，优选的平均酸值在70～100，所述氟醚羧酸盐在最终乳液产物里的浓度为0.01%～3%，优选的浓度在0.05%～2.0%，其表面张力在水里0.1% 的浓度约为13～18牛顿/米 (N/m)，所述氟醚油的分子量在1500～20000，所述氟醚油在最终乳液产物里的浓度为0.01%～3%，优选的浓度在1%～3%，所述自由基引发剂选自过硫酸盐、双氧水或有机过氧化物中的任意一种或其组合，所述耐低温氟橡胶在零下40度不脆裂。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。

实施例1（低分子量300～1500氟醚低聚物的制备）

在一个约10升内容积的光化反应釜内，首先用氮气排氧及除湿，夹套温度降低至零下70度，然后往釜里通入9.9公斤的含氟单体A（90%六氟丙烯，10%四氟乙烯），0.1公斤的含氟单体B: 全氟丙烯基甲基醚CF2=CFCF2-O-CF3，此时混合含氟单体基本全部液化，开搅拌，并开紫外灯功率约300瓦，开始往釜底通入氧气（约3.5升/分钟），同时也通入二氟二氯甲烷（约0.45升/分钟），釜内温度控制在零下35～零下40℃左右，反应约8小时后停止搅拌，未反应单体排出，降压，反应物放料，获得约1.97公斤的分子量约300～1500的氟醚低聚物透明液体，密度约为1.69克/毫升。

实施例2（低分子量300～1500氟醚低聚物的制备）

在一个约10升内容积的光化反应釜内，首先用氮气排氧及除湿，夹套温度降低至零下70度，然后往釜里通入9.5公斤的含氟单体A（80%六氟丙烯，20%四氟乙烯），0.5公斤的含氟单体B: 全氟丙烯基丙基醚CF2=CFCF2-O-C3F7，此时混合含氟单体基本全部液化，开搅拌，并开紫外灯功率约300瓦，开始往釜底通入氧气（约3.6升/分钟），同时也通入三氟一溴甲烷（约0.41升/分钟），釜内温度控制在零下35～零下40℃左右，反应约8小时后停止搅拌，未反应单体排出，降压，反应物放料，获得约1.69公斤的分子量约300～1500的氟醚低聚物透明液体，密度约为1.66克/毫升。

实施例3（低分子量300～1500氟醚低聚物的制备）

在一个约10升内容积的光化反应釜内，首先用氮气排氧及除湿，夹套温度降低至零下70度，然后往釜里通入8.0公斤的含氟单体A（99%六氟丙烯，1%四氟乙烯），2.0公斤的含氟单体B: 全氟丙烯基乙基醚CF2=CFCF2-O-C2F5，此时混合含氟单体基本全部液化，开搅拌，并开紫外灯功率约300瓦，开始往釜底通入氧气（约3.9升/分钟），同时也通入三氟一氯甲烷（约0.43升/分钟），釜内温度控制在零下30～零下40℃左右，反应约8小时后停止搅拌，未反应单体排出，降压，反应物放料，获得约2.09公斤的分子量约300～1500的氟醚低聚物透明液体，密度约为1.68克/毫升。

实施例4（高分子量 >1500氟醚低聚物的制备）

在一个约10升内容积的光化反应釜内，首先用氮气排氧及除湿，夹套温度降低至零下70度，然后往釜里通入9.5公斤的含氟单体A（80%六氟丙烯，20%四氟乙烯），0.5公斤的含氟单体B: 全氟丙烯基丙基醚CF2=CFCF2-O-C3F7，此时混合含氟单体基本全部液化，开搅拌，并开紫外灯功率约300瓦，开始往釜底通入氧气（约3.8升/分钟），不加任何分子量调节剂，釜内温度控制在零下35～零下40℃左右，反应约8小时后停止搅拌，未反应单体排出，降压，反应物放料，获得约2.68公斤的平均分子量约 >1000的氟醚低聚物透明液体，密度约为1.67克/毫升。

实施例5（高分子量 >1500氟醚低聚物的制备）

在一个约10升内容积的光化反应釜内，首先用氮气排氧及除湿，夹套温度降低至零下70度，然后往釜里通入6.5公斤的含氟单体A（99%六氟丙烯，1%四氟乙烯），3.5公斤的含氟单体B: 全氟丙烯基乙基醚CF2=CFCF2-O-C2F5，此时混合含氟单体基本全部液化，开搅拌，并开紫外灯功率约300瓦，开始往釜底通入氧气（约4.2升/分钟），不加任何分子量调节剂，釜内温度控制在零下35～零下40℃左右，反应约8小时后停止搅拌，未反应单体排出，降压，反应物放料，获得约2.89公斤的平均分子量约 >1500的氟醚低聚物透明液体，密度约为1.68克/毫升。

实施例6（氟醚表面活性剂制备）

在5升水解反应釜内加入1公斤去离子水和1.8公斤的分子量在300～1500的氟醚低聚物（从实施例1中所获得），并搅拌升温，釜内温度维持至约180℃，氟醚低聚物的不稳定端基（如酰氟 -COF，酰氯 -COCl等）被水解成羧酸端基，反应时间约3小时，釜内温度维持在150~190℃；反应后让反应液静置后分层，上层水溶液吸出去除，水解釜内再加入约1公斤的干净去离子去清洗反应物，常温下搅拌半小时左右，再将上层水溶液吸出去除，如此重复所述清洗方3次，反应物出料，制得含羧酸端基的氟醚表面活性剂，其酸值为81，其表面张力在水里0.1% 的浓度约为～18牛顿/米 (N/m)，优于全氟辛酸的表面活性～20牛顿/米 (N/m)。

实施例7（氟醚表面活性剂制备）

在5升水解反应釜内加入1公斤去离子水和1.5公斤的分子量在300～1500的氟醚低聚物（从实施例2中所获得），并搅拌升温，釜内温度维持至约170℃，氟醚低聚物的不稳定端基（如酰氟 -COF，酰溴 –COBr等）被水解成羧酸端基，反应时间约2小时，釜内温度维持在130~180℃；反应后让反应液静置后分层，上层水溶液吸出去除，水解釜内再加入约1公斤的干净去离子去清洗反应物，常温下搅拌半小时左右，再将上层水溶液吸出去除，如此重复所述清洗方3次，反应物出料，制得含羧酸端基的氟醚表面活性剂，其酸值为98，其表面张力在水里0.1% 的浓度约为～16牛顿/米 (N/m)，优于全氟辛酸的表面活性～20牛顿/米 (N/m)。

实施例8（氟醚表面活性剂制备）

在5升水解反应釜内加入1公斤去离子水和1.9公斤的分子量在300～1500的氟醚低聚物（从实施例3中所获得），并搅拌升温，釜内温度维持至约130℃，氟醚低聚物的不稳定端基（如酰氟 -COF，酰氯 -COCl等）被水解成羧酸端基，反应时间约4小时，釜内温度维持在100~150℃；反应后让反应液静置后分层，上层水溶液吸出去除，水解釜内再加入约1公斤的干净去离子去清洗反应物，常温下搅拌半小时左右，再将上层水溶液吸出去除，如此重复所述清洗方3次，反应物出料，制得含羧酸端基的氟醚表面活性剂，其酸值为66，其表面张力在水里0.1% 的浓度约为～13牛顿/米 (N/m)，优于全氟辛酸的表面活性～20牛顿/米 (N/m)。

实施例9（氟醚油制备-偶合反应）

在5升的偶合反应釜里，将2公斤的平均分子量在1500以上的氟醚低聚物未水解粗产物（来自实施例4）在釜里进行高温偶合反应，偶合反应是靠种光化反应，靠紫外光在高温下去除氟醚低聚物的过氧键及不稳定端基，把过氧键Rf-O-O-Rf 转化成 Rf-O-Rf，也把不稳定端基如酰氟 -COF等靠紫外光能打断，造成Rf-的自由基，两个Rf-的自由基可偶合成为稳定氟醚链接。偶合温度控制在100到150度之间。反应时间约6小时，光化偶合后有氟代光气副产物出现，用碱水中合收集成废水。获得约1.89公斤的偶合好的氟醚油。

实施例10（氟醚油制备-氟化反应）

在5升的氟化反应釜里，将2公斤的平均分子量在1500以上的氟醚低聚物未水解粗产物（来自实施例5）在釜里进行氟元素（F2）氟化处理，反应条件是用氟化反应釜先用氮气排氧后，通入氟气/氮气（20：80莫尔比）的混合气体进入氟醚有粗产物，是种气液反应，开搅拌，务使气液搅拌反应充足，使端基能彻底被氟化成较稳定端基如 -CF3等。反应温度控制在90到120度，反应压力在6～7大气压，反应时间约12小时。有氟代光气副产物出现，所有尾气用碱水中合收集成废水处理。获得约1.87公斤的端基稳定的氟醚油。

实施例11（氟橡胶乳液的制造：不含全氟辛酸、含氟醚羧酸）

在一个约20升的高压反应釜内，首先加入10L的去离子水和90g的氟醚羧酸铵（来自实施例6，酸值约81），把釜里抽真空排氧（直到氧含量 < 20 ppm），开搅拌，釜内温度升到约70℃，然后往釜里通入偏氟乙烯和六氟丙烯和全氟甲基乙烯基醚的混合气体（60：30：10莫尔比），釜内压力达到约25公斤。釜内加入5克过硫酸铵（事先溶于500 毫升水中）作为引发剂，开始共聚反应，釜内温度维持在80~100℃，反应过程中通过混合气体使釜内压力维持在约25公斤，持续反应到乳液固含量达到约33%，将釜内温度降至室温后，停止搅拌，未反应单体排出，降压，反应物放料，获得稳定氟橡胶乳液，证明氟醚羧酸可替代全氟辛酸做聚合反应，其初级粒子的平均粒径约120nm。取小样乳液经破乳，凝聚，干燥后，检测此氟橡胶无熔点，密度约为1.79 g/cm³。氟橡胶的低温柔韧性的脆化温度约为零下33度。

实施例12（低温氟橡胶制备：不含全氟辛酸、含氟醚羧酸及氟醚油）

在一个约20升的高压反应釜内，首先加入10L的去离子水和90g的氟醚羧酸铵（来自实施例7，酸值约98）和160克的氟醚油（来自实施例9），把釜里抽真空排氧（直到氧含量 < 20 ppm），开高速搅拌预乳化氟醚油，釜内温度升到约70℃，然后往釜里通入偏氟乙烯和六氟丙烯和全氟丙基乙烯基醚的混合气体（50：30：20莫尔比），釜内压力达到约25公斤。釜内加入5克过硫酸铵（事先溶于500 毫升水中）作为引发剂，开始共聚反应，釜内温度维持在80~100℃，反应过程中通过混合气体使釜内压力维持在约25公斤，持续反应到乳液固含量达到约29%，将釜内温度降至室温后，停止搅拌，未反应单体排出，降压，反应物放料，获得稳定氟橡胶乳液，证明氟醚羧酸可替代全氟辛酸做聚合反应，其初级粒子的平均粒径约90nm。取小样乳液经破乳，凝聚，干燥后，检测此氟橡胶无熔点，密度约为1.88 g/cm³。此氟橡胶的低温柔韧性的脆化温度约为零下46度。

对比实施例1（低分子量300～1500氟醚低聚物制备，不加氟单体B）

在一个约10升内容积的光化反应釜内，首先用氮气排氧及除湿，夹套温度降低至零下70度，然后往釜里通入10公斤的含氟单体A（70%六氟丙烯，30%四氟乙烯），不加含氟单体B，此时混合含氟单体基本全部液化，开搅拌，并开紫外灯功率约300瓦，开始往釜底通入氧气（约3.6升/分钟），同时也通入三氟一氯甲烷（约0.45升/分钟），釜内温度控制在零下35～零下40℃左右，反应约8小时后停止搅拌，未反应单体排出，降压，反应物放料，获得约1.66公斤的分子量约300～1500的氟醚低聚物透明液体，比重约为1.63。水解反应后，制得含羧酸端基的氟醚表面活性剂，其酸值为70，其表面张力在水里0.1% 的浓度约为～21牛顿/米 (N/m)，没有全氟辛酸的表面活性～20牛顿/米 (N/m) 的好。在后续的氟橡胶聚合反应，所制得的乳液也比较全氟辛酸不稳定。

对比实施例2（氟橡胶乳液的制造：含全氟辛酸、不含氟醚羧酸）

在一个约20升的高压反应釜内，首先加入10L的去离子水和90g的全氟辛酸铵，把釜里抽真空排氧（直到氧含量 < 20 ppm），开搅拌，釜内温度升到约70℃，然后往釜里通入偏氟乙烯和六氟丙烯和全氟甲基乙烯基醚的混合气体（60：30：10莫尔比），釜内压力达到约25公斤。釜内加入5克过硫酸铵（事先溶于500 毫升水中）作为引发剂，开始共聚反应，釜内温度维持在80~100℃，反应过程中通过混合气体使釜内压力维持在约25公斤，持续反应到乳液固含量达到约33%，将釜内温度降至室温后，停止搅拌，未反应单体排出，降压，反应物放料，获得稳定氟橡胶乳液，证明氟醚羧酸可替代全氟辛酸做聚合反应，其初级粒子的平均粒径约130nm。取小样乳液经破乳，凝聚，干燥后，检测此氟橡胶无熔点，密度约为1.78 g/cm³。氟橡胶的低温柔韧性的脆化温度约为零下27度。低温脆化温度没有用氟醚羧酸的好（对比实施例11）。

由此可见，本发明所用光化反应及特种氟单体，所获得的氟醚低聚物有许多意想不到、很有价值的应用。低分子量的氟醚低聚物可经水解后，制成氟醚羧酸，其表面张力低于全氟辛酸，可实验证明可替代全氟辛酸做含氟高分子分散乳液聚合。此特种氟醚低聚物还可制成耐高温氟醚油。很惊奇的是用此发明所述氟醚羧酸及氟醚油来一起搭配制备氟橡胶，实验证明所得的氟橡胶其耐低温性能比单用全氟辛酸的好，可制得对航天航空、汽车、半导体工业等密封材料市场所需：能耐零下40度的低温氟橡胶，此特种耐低温氟橡胶更能被市场接受。

以上实施例中所采用的检测方法叙述如下：

密度：按GB/T 1033.1-2008 A方法测试密度

酸值的测定：每克样品所需毫克氢氧化钾去中合的数值（mg KOH/g样品）

表面张力：白金环法（Wilhelmy plate method)

低温柔韧性：

制取LY12-CZ板材，尺寸为150mm×75mm×1mm。制取三件样品材料试样，尺寸为150mm×50mm。将试样粘贴在金属板材中部，整体放置于低温箱（零下40±2 ℃或其它低温），保持2小时。在低温箱内，保持材料面向外，将金属板材沿着直径30mm的金属棒材曲面弯曲180˚，保持1min。取出后，目视检查密封材料是否有裂纹等情况。

分子量测定：液相色谱仪

黏度测定：采用毛细管粘度计测量（改良型乌氏粘度管），中国石油化工总公司产品企业标准Q/SH012．4．01-86，本专利申请所属领域的普通技术人员应当理解：以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种特种氟醚低聚物的制备方法，其特征是所述制备方法包括以下步骤：先将含氟单体A和含氟单体B以莫尔比99：1～65：35的比例，通入已除湿的光化低温反应釜，其中含氟单体A：含10～100%莫尔比的六氟丙烯及0～90%莫尔比的四氟乙烯；含氟单体B：含全氟丙烯基烷基醚CF2=CFCF2-O-Rf，Rf是CnF2n+1，n=1～5：其中优选的有全氟丙烯基甲基醚CF2=CFCF2-O-CF3，全氟丙烯基乙基醚CF2=CFCF2-O-C2F5，全氟丙烯基丙基醚CF2=CFCF2-O-C3F7，或其混合物；反应釜的夹套温度要事先维持在含氟混合单体的沸点以下，使含氟单体进入反应釜里能维持在液相，反应釜内的温度在零下70度～0度；然后开搅拌，开紫外灯，通入已除湿的氧气及可选的分子量调节剂到含氟单体液相中开始光化氧化聚合反应，其中氧气的纯度至少95%，氧气进到光化反应釜里的总量至少是含氟单体总莫尔数的1.5倍，分子量调节剂是含氟含氯、含氟含溴、或含氟含碘有机化合物，含氟含氯、含氟含溴、或含氟含碘有机化合物含1～3个碳，分子量调节剂进到此光化反应釜里的总量至少是含氟单体总莫尔数的0～50%，分子量调节剂用量越大，产物分子量越低，光化反应是用紫外光催化，让氧气变成带自由基的氧原子（O-），去起动自由基聚合，液相含氟单体与气相氧原子共聚，这是气液反应，气相氧需要与液相含氟单体充分搅拌，才能充分反应，分子量调节剂起到自由基聚合反应封端的作用，反应时间在半小时到24小时之间，含氟单体转化成氟醚低聚物的得率约5～50%，反应物分子量分布在200～20000，总称为氟醚低聚物，其黏度在25度温度下约1～500 cPs，所述反应产物的化学结构因原料组成不同含有 （–CF2O-） （-CF2CF2O-）（-CF2CF(CF3)O-）（-CF2CF(CF2OCF3)O-）（-CF2CF(CF2OC2F5)O-）（-CF2CF(CF2OC3F7)O-） 的链段不同的排列组合，其末端基含有 -CF3，-CF2Cl, - CF2Br，- CF2I，-COF, -COCl, -COBr, -COI。

2.根据权利要求1所述的特种氟醚低聚物的制备方法，其特征是所述的含氟单体A和含氟单体B以莫尔比为95：5～80：20的比例，反应釜内的温度优选零下60度～零下30度，氧气进到光化反应釜里的总量优选为大于含氟单体总莫尔数的2倍，分子量调节剂是三氟氯甲烷CF3-Cl，二氟二氯甲烷 CF2Cl2，三氟溴甲烷CF3-Br，三氟碘甲烷CF3-I，三氟氯乙烯或二氟二氯乙烯，分子量调节剂进到此光化反应釜里的总量为含氟单体总莫尔数的1～30%，含氟单体转化成氟醚低聚物的得率为10～30%。

3.根据权利要求1所述的特种氟醚低聚物的制备方法，其特征是所述氟醚低聚物的平均分子量在300～1500，其黏度在25度温度下约1～20 cPs，适合做氟醚表面活性剂，可成为全氟辛酸替代品，所述氟醚低聚物的平均分子量在1500以上的其黏度在25度温度下约20～500 cPs，还适合做氟醚油及其耐高温润滑油脂等的重要应用，以上产物或其混合物也可为特种氟橡胶的聚合工艺所用的助剂，尤其是耐低温氟橡胶，以上分类可以用精馏方法把所制得的氟醚低聚物粗产物依其沸程不同来分离及使用。

4.根据权利要求3所述的特种氟醚低聚物的制备方法，其特征是所述氟醚表面活性剂的制备方法包括：在水解反应釜内加入去离子水和平均分子量在300～1500的氟醚低聚物，重量比约为1：15～3：1，并搅拌升温，水解反应釜内温度维持至约30~200℃，氟醚低聚物的不稳定端基，如酰氟 -COF，酰氯 –COCl，会被水解成羧酸端基，反应时间半小时到8小时，反应后让反应液静置后分层，上层水溶液吸出去除，水解釜内再加入约等量的干净去离子去清洗反应物，常温下搅拌半小时左右，再将上层水溶液吸出去除，如此重复所述清洗方法1～3次，反应物出料，制得含羧酸端基的氟醚表面活性剂。

5.根据权利要求4所述的特种氟醚低聚物的制备方法，其特征是所述水解反应釜内温度优选维持在50~200℃，所述氟醚表面活性剂其酸值在60到120之间，优选的在70到100之间，其表面张力在水里0.1% 的浓度约为13～18牛顿/米 (N/m)，优于全氟辛酸的表面活性～20牛顿/米 (N/m)，此种氟醚表面活性剂在水性溶液里使用时，可中合成为胺盐或碱金属盐，如钠盐或钾盐。

6.根据权利要求3所述的特种氟醚低聚物的制备方法，其特征是所述氟醚油的制备方法包括：将平均分子量在1500以上的氟醚低聚物未水解粗产物在光化反应釜里进行高温偶合反应，光化反应是靠紫外光在高温下去除氟醚低聚物的过氧键及不稳定端基，例如把过氧键Rf-O-O-Rf 转化成 Rf-O-Rf，把不稳定端基如酰氟 -COF，酰氯 -COCl等被打断，造成Rf-的自由基，两个Rf-的自由基可偶合成为稳定氟醚链接，高温是指在50到200度间，反应时间约半小时～12小时，将所述权利要求6所制备的偶合后的氟醚油粗产物进行氟化（F2），反应条件是用反应釜在除氧条件下，将所述偶合后的氟醚油粗产物通入氟气，是种气液反应，搅拌很关键，反应时也可用紫外光催化其端基断裂，使端基能彻底被氟化成较稳定端基如 -CF3等，反应温度在50到200度，反应压力在1到20大气压，反应时间约半小时到24小时。

7.根据权利要求3或4所述的特种氟醚低聚物的制备方法，其特征是所述特种氟橡胶的聚合工艺为在耐压反应釜里，加入去离子水及氟醚羧酸盐为表面活性剂，在反应釜除氧后，加热搅拌，通入气相含氟单体，含莫尔比20%～70%的偏氟乙烯、含莫尔比10%～40%六氟丙烯、含莫尔比0%～70%的四氟乙烯、其余可选的共聚单体0%～40%选自：全氟甲基乙烯基醚、全氟乙基乙烯基醚、全氟丙基乙烯基醚、氟乙烯、乙烯、丙烯、三氟乙烯、三氟氯乙烯、二氟二氯乙烯、3，3，3-三氟丙稀和全氟烷基乙烯中的任意一种单体或超过一种单体以上的组合，然后加入自由基引发剂，反应温度控制在20度～140度，反应压力控制在1大气压～50大气压，所述氟醚羧酸表面活性剂的平均酸值在60～120，优选的平均酸值在70～100，其表面张力在水里0.1% 的浓度约为13～18牛顿/米 (N/m)，所述氟醚羧酸盐在最终乳液产物里的浓度为0.01%～3%，优选的浓度在0.05%～2.0%，所述的自由基引发剂选自过硫酸盐、双氧水或有机过氧化物中的任意一种或其组合。

8.根据权利要求3、4或6所述的特种氟醚低聚物的制备方法，其特征是所述特种耐低温氟橡胶的聚合工艺如下：在耐压反应釜里，加入去离子水及所述氟醚羧酸盐为表面活性剂及氟醚油，在反应釜除氧后，加热搅拌，通入气相含氟单体，含莫尔比20%～70%的偏氟乙烯、10%～40%六氟丙烯、0%～70%的四氟乙烯、其余可选的共聚单体0%～40%选自：全氟甲基乙烯基醚、全氟乙基乙烯基醚、全氟丙基乙烯基醚、氟乙烯、乙烯、丙烯、三氟乙烯、三氟氯乙烯、二氟二氯乙烯、3，3，3-三氟丙稀和全氟烷基乙烯中的任意一种单体或超过一种单体以上的组合，然后加入自由基引发剂，反应温度控制在20度～140度，反应压力控制在1大气压～50大气压，所述氟醚羧酸表面活性剂的平均酸值在60～120，优选的平均酸值在70～100，所述氟醚羧酸盐在最终乳液产物里的浓度为0.01%～3%，优选的浓度在0.05%～2.0%，其表面张力在水里0.1% 的浓度约为13～18牛顿/米 (N/m)，所述氟醚油的分子量在1500～20000，所述氟醚油在最终乳液产物里的浓度为0.01%～3%，优选的浓度在1%～3%，所述自由基引发剂选自过硫酸盐、双氧水或有机过氧化物中的任意一种或其组合。

9.根据权利要求8所述的特种氟醚低聚物的制备方法，其特征是所述耐低温氟橡胶在零下40度不脆裂。