CN105924561A

CN105924561A - 一种改性聚四氟乙烯树脂的制备方法

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Publication number: CN105924561A
Application number: CN201610430741.2A
Authority: CN
Inventors: 刘文武; 任慧芳; 余考明; 刘频; 王晓妹; 孟庆文
Original assignee: Zhejiang Juhua Co Ltd Fluor-Polymeric Plant; Jusheng Fluorine Chemistry Co Ltd Zhejiang
Current assignee: Zhejiang Juhua Co Ltd Fluor-Polymeric Plant; Jusheng Fluorine Chemistry Co Ltd Zhejiang
Priority date: 2016-06-16
Filing date: 2016-06-16
Publication date: 2016-09-07

Abstract

本发明公开了一种改性聚四氟乙烯树脂的制备方法，将去离子水、四氟乙烯单体、活化剂、乳化剂、引发剂、稳定剂、第二单体投入反应釜中，在反应温度60～110℃，压力1.0～3.0Mpa下进行聚合反应，至反应压力降至0.1～0.3Mpa时，结束反应，降温出料，分离稳定剂，向分离稳定剂后的物料中加入去离子水使固含量为10～20wt％后，加入氨水调节物料PH值为8～10，在80～90r/min搅拌转速和15～35℃下凝聚8～12min，分离出上层凝聚物，经干燥后得到改性聚四氟乙烯树脂。本发明具有产品质量好、工艺简单、成本低、节能环保的优点。

Description

一种改性聚四氟乙烯树脂的制备方法

技术领域

本发明涉及含氟树脂的制备方法，特别涉及一种改性聚四氟乙烯树脂的制备方法。

背景技术

聚四氟乙烯(PTFE)为四氟乙烯单体(TFE)的高结晶聚合物，是一种白色有蜡状感觉的热塑性塑料。在PTFE中，氟原子取代聚乙烯中的氢原子，使得碳-碳链由聚乙烯的平面的、充分伸展的曲折构象渐渐扭转到PTFE的螺旋结构，这种螺旋结构正好包围在PTFE易受化学侵蚀的碳链骨架外，从而形成了一个紧密的完全“氟代”的保护层，使PTFE表现出良好的机械性能、电性能、耐化学性能、耐侯性以及不粘性和润滑性，被合成材料界称之为“塑料王”。

在应用方面，PTFE是耐腐蚀管道、管件、波纹管、泵体、阀门、釜、槽、塔和各种标准设备的耐腐蚀衬里的首选材料。另外，作为密封材料、润滑材料在机械、石化、交通运输、医药、食品、轻工、纺织、建筑等行业使用十分广泛。根据PTFE薄膜处理后具有选择透过性，可用于分离材料，有选择的透过气体或液体，其多孔膜还用于气液分离及液液分离，以及过滤腐蚀性液体。随着市场需求的不断扩大，单一PTFE的物理、化学及加工等性能已经不能满足市场需求，特别是PTFE的不抗蠕变性、熔体黏度高难以加工成型，特别是焊接加工成型性能差、导热性差、材料粘合性差等性能缺陷严重制约了PTFE的发展前景，因此通过对PTFE进行填料改性、共混改性等方法改善PTFE的性能特别是焊接加工成型性能，可以极大的拓宽PTFE的应用市场。

如中国专利公开号CN101125900A公开了一种加入第二共聚单体制备改性聚四氟乙烯树脂的方法。改方法中使用的第二共聚单体为全氟正丙基乙烯基醚，引发剂可以是碱金属或碱土金属的过硫酸盐，也可以是氧化还原引发体系。其中全氟正丙基乙烯基醚的加入采用真空吸入的方式，避免了分散剂的使用，但也导致其产品的拉伸性能相对较低，焊接加工成型性能较差，且生产效率不高。

CN101724117A中提供了一种大型模压薄板PTFE树脂的制备方法，包括在聚合体系中加入稳定聚合反应速度的适量酸值稳定剂、全氟醚类单体等，所得树脂具有较好的耐磨性，对聚合物进行水处理，使大分子的端基充分水解，降低聚合产物的吸湿性，但由于该发明中改性剂加入方式为间歇性补加，所得树脂均匀度不高，从而影响其机械性能，特别是焊接加工成型性能较差。

CN103694398B中公布了一种高焊接性能的改性PTFE树脂及其制备方法，通过调整聚合单体的投料步骤，有效控制反应进程，所获得的聚合物结构紧密，孔隙率低但反应过程复杂，控制较难，且生产效率低，成本高，焊接加工成型性能较差。

发明内容

本发明针对现有技术的不足之处，提供一种工艺简单、产品质量好、成本低、节能环保的改性聚四氟乙烯树脂的制备方法。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案为：一种改性聚四氟乙烯树脂的制备方法，包括以下步骤：

(1)按重量份数，将去离子水500份、四氟乙烯单体100～150份、活化剂0.1～0.18份、乳化剂15～22份、引发剂0.04～0.08份、稳定剂16～21份、第二单体0.01～0.1份投入反应釜，在反应温度60～110℃，压力为1.0～3.0Mpa的条件下进行聚合反应，至反应压力降至0.1～0.3Mpa时，结束反应，降温出料，分离稳定剂；

(2)向分离稳定剂后的物料中加入去离子水使固含量为10～20wt％后，加入氨水调节物料PH值为8～10，在80～90r/min搅拌转速和15～35℃下凝聚8～12min，分离出上层凝聚物；

(3)将步骤(2)得到的凝聚物在110～200℃下干燥7～12小时得到改性聚四氟乙烯树脂。

进一步的：

所述活化剂优选为乙酸或盐酸。

所述乳化剂优选为全氟辛酸铵或全氟辛基磺酸钾。

所述引发剂优选为过氧化丁二酸或过硫酸铵。

所述稳定剂优选为石蜡或氟氯油。

所述第二单体优选为全氟甲基乙烯基醚、全氟乙基乙烯基醚、全氟丙基乙烯基醚中的一种。所述第二单体更优选为全氟丙基乙烯基醚。

步骤(1)所述的反应温度优选为70～100℃，压力优选为2.0～2.5Mpa。

步骤(2)所述的固含量优选为12～15wt％(wt％，质量百分含量)。

步骤(3)所述的干燥时温度优选为130～180℃，时间优选为8～11小时。

活化剂能提供给聚合体系较快的初始聚合速度。但活化剂加入过多，聚合反应速度较快，难以控制，活化剂加入太少，聚合初始速度较慢，影响整体反应时间，因此本发明中活化剂的加入份数为0.1～0.18份。活化剂可以选择有机酸和无机酸，如盐酸、乙酸、乙二酸等，优选盐酸或乙酸。

乳化剂能减小物质间的表面张力使物质更容易互溶。但乳化剂加入过多，成本增加，加入太少，反应后会造成乳液的严重破乳，造成大量消耗，因此本发明中乳化剂的加入份数为15～22份。乳化剂可以选用全氟辛酸盐、全氟磺酸盐，如全氟辛酸铵、全氟辛酸钠、全氟丁基磺酸钾、全氟己基磺酸钾、全氟辛基磺酸钾，优选为全氟辛酸铵或全氟辛基磺酸钾。

引发剂能提供链引发反应的自由基，能够引发聚合反应。但引发剂加入太多，温度压力难以调控，且影响树脂的质量，加入太少，反应难以进行，因此本发明中引发剂的加入份数为0.04～0.08份。引发剂可选用烷基过氧化物、过硫酸、偶氮类化合物、烷基过氧化氢物，如过氧化二酰、过硫酸铵、偶氮二异丁腈、过氧化丁二酸、过氧化氢等，优选为过氧化丁二酸或过硫酸铵。

稳定剂可提高树脂的热稳定性，防止凝聚物的产生。但稳定剂加入太多，增加后处理的难度，也容易带入产品中，影响产品质量，加入太少，则聚合体系稳定性差，容易产生凝聚物，因此本发明中稳定剂的加入份数为16～21份。本发明中稳定剂优选石蜡或氟氯油。

反应温度对反应速度有影响。反应速度随反应温度的升高而加快，但反应温度太高，聚合热较大，控制难，反应温度太低，反应难以进行，因此本发明中的反应温度为60～110℃，优选为70～100℃。

反应压力对反应速度也有影响。反应速度随反应压力的升高而加快，但压力太高，对设备要求高，加大投入成本，压力太低，四氟乙烯在水中的溶解度低，反应速度慢，因此本发明中的反应压力为1.0～3.0Mpa，优选为2.0～2.5Mpa。

第二单体作为改性聚四氟乙烯树脂制备中的核心物料，对聚四氟乙烯树脂性能的改变起到至关重要的作用。第二单体选用含有烷氧侧基的全氟乙烯基醚类单体。第二单体改性聚四氟乙烯树脂的主链结构与聚四氟乙烯树脂十分接近，因此可以保持PTFE的物理、化学和电学等性能，而全氟烷氧侧基的存在增加了链的不规整性和柔性，降低了聚合物的结晶性和结晶结构的规整性，使共聚物具有低的熔融温度和熔体黏度，使其加工性能得到极大改善，使得聚四氟乙烯树脂用于焊接加工成型具有了可行性。而第二单体选用含有烷氧侧基的全氟乙烯基醚类的另一重要原因在于其用量极少而改性效果较好，成本低廉，且操作简单易行，直接溶于反应釜中即可。第二单体用量多则改性效果更佳，但会增加成本，所以本发明中第二单体的加入份数为0.01～0.1份。第二单体优选全氟甲基乙烯基醚(PMVE)、全氟乙基乙烯基醚(PEVE)、全氟丙基乙烯基醚(PPVE)中的一种，更优选全氟丙基乙烯基醚(PPVE)。

固含量对凝聚度及凝聚后颗粒的大小有影响，固含量太高则颗粒较大，固含量太低则颗粒较小，因此本发明中固含量选择在10～20wt％，优选为12～15wt％。

凝聚搅拌转速对改性树脂质量有影响。转速越快越有利于破乳，但速度太快，则凝聚出来的树脂颗粒会偏细，所以本发明中搅拌速度控制在80～90r/min。

凝聚时需要给物料提供一个酸碱平衡的破乳环境，因此物料PH值对破乳效果会产生较大影响。PH值太低，影响凝聚完全度；PH值太高，凝聚效果不会明显的增加，因此本发明中的PH值取8～10。

凝聚温度和时间对树脂质量有影响。温度太高，凝聚度降低，物料损耗增加，温度太低，能耗大，不经济；凝聚时间太长，会降低生产负荷，凝聚时间太短，凝聚不完全，因此本发明中的凝聚温度选择为15～35℃，凝聚时间为8～12min。

干燥温度和时间对树脂质量有影响。温度太高或时间太长，对电气设备损耗大，且树脂发黄发焦；温度太低或时间太短，树脂含水量不合格，所以本发明中树脂的干燥温度为110～200℃，优选为130～180℃；干燥时间为7～12小时，优选为8～11小时。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、工艺简单、成本低、节能环保，本发明的方法简化了生产工艺，降低了劳动强度和能耗，便于操作，提高了生产效率低，降低了生产成本；

2、产品质量好、节能环保，改善了四氟乙烯树脂的拉伸强度、断裂伸长率、焊接面拉伸断裂强度、体积密度等指标，生产的改性聚四氟乙烯产品拉伸强度35.8Mpa以上，断裂伸长率在444％以上，焊接面拉伸断裂强度在13.5Mpa以上，体积密度在497g/L以上，既保留了原有白色树脂的拉伸强度、断裂伸长率等优良性能，又满足了树脂焊接加工成型的需要，为市场提供了更多的可供选择的产品类型，极大的拓宽了PTFE的应用市场。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明做进一步的详细描述，但本发明不仅仅局限于以下实施例。

实施例1：在容积为1L的高压反应釜中，加入500g去离子水，0.15g乙酸，17g全氟辛酸铵，18g石蜡，第二单体全氟丙基乙烯基醚0.1g，然后密闭反应釜，对反应釜进行抽真空、氮气置换操作，并进行氧含量测试，当反应釜中氧含量≤10ppm合格。氧含量合格后将釜温升至60℃，并且向反应釜中投入TFE单体至釜压2.0Mpa后，用高压泵加入0.04g引发剂过氧化丁二酸开始反应，反应过程中持续通入TFE单体以维系压力在2.0Mpa，当TFE加入量为150g时，停止向反应釜中加入TFE单体，余压反应至0.3Mpa，反应结束，并将反应釜中TFE单体回收。静置5分钟，打开放空阀，降温出料，分离出石蜡；然后将分离石蜡后的物料放到凝聚中间槽，加入去离子水使固含量为15wt％；再将凝聚中间槽物料放入到凝聚器中，开启搅拌，加入氨水调节物料PH值为9，在80r/min搅拌转速和30℃下凝聚10min，分离出上层凝聚物；将上层凝聚物在170℃下干燥10小时即可得到改性聚四氟乙烯白色树脂140g。性能见表1。

实施例2：在容积为1L的高压反应釜中，加入500g去离子水，0.13g盐酸，15g全氟辛基磺酸钾，20g石蜡，第二单体全氟甲基乙烯基醚0.05g，然后密闭反应釜，对反应釜进行抽真空、氮气置换操作，并进行氧含量测试，当反应釜中氧含量≤10ppm合格。氧含量合格后将釜温升至100℃，并且向反应釜中投入TFE单体至釜压3.0Mpa后，用高压泵加入0.05g引发剂过硫酸钾开始反应，反应过程中持续通入TFE单体以维系压力在3.0Mpa，当TFE加入量为120g时，停止向反应釜中加入TFE单体，余压反应至0.2Mpa，反应结束，并将反应釜中TFE单体回收。静置5分钟，打开放空阀，降温出料，分离出石蜡；然后将分离石蜡后的物料放到凝聚中间槽，加入去离子水使固含量为10wt％；再将凝聚中间槽物料放入到凝聚器中，开启搅拌，加入氨水调节物料PH值为8，在80r/min搅拌转速和35℃下凝聚8min，分离出上层凝聚物；将上层凝聚物在110℃下干燥12小时即可得到改性聚四氟乙烯白色树脂130g。性能见表1。

实施例3：在容积为1L的高压反应釜中，加入500g去离子水，0.1g乙酸，20g全氟辛基磺酸钾，16g氟氯油，第二单体全氟乙基乙烯基醚0.01g，然后密闭反应釜，对反应釜进行抽真空、氮气置换操作，并进行氧含量测试，当反应釜中氧含量≤10ppm合格。氧含量合格后将釜温升至80℃，并且向反应釜中投入TFE单体至釜压2.5Mpa后，用高压泵加入0.08g引发剂过氧化丁二酸开始反应，反应过程中持续通入TFE单体以维系压力在2.5Mpa，当TFE加入量为100g时，停止向反应釜中加入TFE单体，余压反应至0.1Mpa，反应结束，并将反应釜中TFE单体回收。静置5分钟，打开放空阀，降温出料，分离出氟氯油；然后将分离氟氯油后的物料放到凝聚中间槽，加入去离子水使固含量为20wt％；再将凝聚中间槽物料放入到凝聚器中，开启搅拌，加入氨水调节物料PH值为10，在90r/min搅拌转速和20℃下凝聚10min，分离出上层凝聚物；将上层凝聚物在180℃下干燥10小时即可得到改性聚四氟乙烯白色树脂110g。性能见表1。

实施例4：在容积为1L的高压反应釜中，加入500g去离子水，0.14g乙酸，22g全氟辛酸铵，21g氟氯油，第二单体全氟丙基乙烯基醚0.06g，然后密闭反应釜，对反应釜进行抽真空、氮气置换操作，并进行氧含量测试，当反应釜中氧含量≤10ppm合格。氧含量合格后将釜温升至110℃，并且向反应釜中投入TFE单体至釜压1.0Mpa后，用高压泵加入0.07g引发剂过硫酸铵开始反应，反应过程中持续通入TFE单体以维系压力在1.0Mpa，当TFE加入量为130g时，停止向反应釜中加入TFE单体，余压反应至0.2Mpa，反应结束，并将反应釜中TFE单体回收。静置5分钟，打开放空阀，降温出料，分离出氟氯油；然后将分离氟氯油后的物料放到凝聚中间槽，加入去离子水使固含量为18wt％；再将凝聚中间槽物料放入到凝聚器中，开启搅拌，加入氨水调节物料PH值为8，在85r/min搅拌转速和15℃下凝聚12min，分离出上层凝聚物；将上层凝聚物在200℃下干燥7小时即可得到改性聚四氟乙烯白色树脂135g。性能见表1。

实施例5：在容积为1L的高压反应釜中，加入500g去离子水，0.18g盐酸，18g全氟辛酸铵，20g石蜡，第二单体全氟甲基乙烯基醚0.08g，然后密闭反应釜，对反应釜进行抽真空、氮气置换操作，并进行氧含量测试，当反应釜中氧含量≤10ppm合格。氧含量合格后将釜温升至70℃，并且向反应釜中投入TFE单体至釜压1.5Mpa后，用高压泵加入0.05g引发剂过硫酸铵开始反应，反应过程中持续通入TFE单体以维系压力在1.5Mpa，当TFE加入量为120g时，停止向反应釜中加入TFE单体，余压反应至0.3Mpa，反应结束，并将反应釜中TFE单体回收。静置5分钟，打开放空阀，降温出料，分离出石蜡；然后将分离石蜡后的物料放到凝聚中间槽，加入去离子水使固含量为15wt％；再将凝聚中间槽物料放入到凝聚器中，开启搅拌，加入氨水调节物料PH值为9，在90r/min搅拌转速和30℃下凝聚9min，分离出上层凝聚物；将上层凝聚物在150℃下干燥9小时即可得到改性聚四氟乙烯白色树脂130g。性能见表1。

对比例：在容积为1L的高压反应釜中，加入500g去离子水，0.15g乙酸，17g全氟辛酸铵，18g石蜡，然后密闭反应釜，对反应釜进行抽真空、氮气置换操作，并进行氧含量测试，当反应釜中氧含量≤10ppm合格。氧含量合格后将釜温升至60度，并且向反应釜中投入TFE单体至釜压2.0Mpa后，用高压泵加入0.04g引发剂过氧化丁二酸开始反应，反应过程中持续通入TFE单体以维系压力在2.0Mpa，当TFE加入量为150g时，停止向反应釜中加入TFE单体，余压反应至0.3Mpa，反应结束，并将反应釜中TFE单体回收。静置5分钟，打开放空阀，降温出料，分离出石蜡；然后将分离石蜡后的物料放到凝聚中间槽，加入去离子水使固含量为15％；再将凝聚中间槽物料放入到凝聚器中，开启搅拌，加入氨水调节物料PH为9，在80r/min转速和30℃下凝聚10min，分离出上层凝聚物；将上层凝聚物在170℃下干燥10小时即可得到普通聚四氟乙烯白色树脂138g。性能见表1。

表1实施例和对比例制得的树脂的物理机械性能的测定结果(测定按GB7136-86执行)

Claims

1.一种改性聚四氟乙烯树脂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的改性聚四氟乙烯树脂的制备方法，其特征在于所述活化剂为乙酸或盐酸。

3.根据权利要求1所述的改性聚四氟乙烯树脂的制备方法，其特征在于所述乳化剂为全氟辛酸铵或全氟辛基磺酸钾。

4.根据权利要求1所述的改性聚四氟乙烯树脂的制备方法，其特征在于所述引发剂为过氧化丁二酸或过硫酸铵。

5.根据权利要求1所述的改性聚四氟乙烯树脂的制备方法，其特征在于所述稳定剂为石蜡或氟氯油。

6.根据权利要求1所述的改性聚四氟乙烯树脂的制备方法，其特征在于所述第二单体为全氟甲基乙烯基醚、全氟乙基乙烯基醚、全氟丙基乙烯基醚中的一种。

7.根据权利要求6所述的改性聚四氟乙烯树脂的制备方法，其特征在于所述第二单体为全氟丙基乙烯基醚。

8.根据权利要求1所述的改性聚四氟乙烯树脂的制备方法，其特征在于步骤(1)所述的反应温度为70～100℃，压力为2.0～2.5Mpa。

9.根据权利要求1所述的改性聚四氟乙烯树脂的制备方法，其特征在于步骤(2)所述的固含量为12～15wt％。

10.根据权利要求1所述的改性聚四氟乙烯树脂的制备方法，其特征在于步骤(3)所述的干燥的温度为130～180℃，时间为8～11小时。