CN102492157A

CN102492157A - 一种分散石墨填充聚四氟乙烯树脂的制备方法

Info

Publication number: CN102492157A
Application number: CN2011104022171A
Authority: CN
Inventors: 司耀俊; 钱厚琴; 殷铭
Original assignee: JIANGSU MEILAN CHEMICAL CO Ltd
Current assignee: JIANGSU MEILAN CHEMICAL CO Ltd
Priority date: 2011-12-07
Filing date: 2011-12-07
Publication date: 2012-06-13
Anticipated expiration: 2031-12-07
Also published as: CN102492157B

Abstract

本发明属含氟塑料及其制备方法技术领域，涉及一种以聚四氟乙烯（PTFE）分散液为基材，石墨为填充料采用湿法混合法以及助剂体系，制备分散石墨填充聚四氟乙烯树脂的方法，其特征在于：⑴以1‰聚丙烯酸钠溶液为分散剂，配制固含量为5%石墨分散液；⑵将所述石墨分散液与固含量为12.7%的聚四氟乙烯分散液均匀混合，其中石墨固含量占5％～70％；⑶加入3%的丁二酸溶液为凝聚助剂，搅拌、过滤、洗涤、烘干，得到固体粉末状态树脂。本发明的有益效果是：制备工艺简单，易于工业化，原料损耗少，填充准确性高，填料分布均匀，在保持设备条件不变的情况下，可大范围调整所需要的填充量，制备低填充量，或高填充量的聚四氟乙烯树脂，满足不同的需要。

Description

一种分散石墨填充聚四氟乙烯树脂的制备方法

技术领域

本发明涉及一种以聚四氟乙烯（PTFE）分散液为基材，石墨为填充料采用湿法混合法以及助剂体系，制备分散石墨填充聚四氟乙烯树脂。属含氟塑料及其制备方法技术领域。

背景技术

聚四氟乙烯(PTFE)是一种广泛应用的热塑性塑料，具有高度的化学稳定性和优异的润滑性，耐腐蚀性极强，耐高低温，是重要的防腐和减摩材料。主要应用于防腐衬里、密封材料以及减震、低摩擦部件。但PTFE机械性能和导热性能较差，限制了其工程中的应用范围；耐磨性较差，影响产品部件的使用寿命；导电性能不足，限制了其作为抗静电及电磁屏蔽材料的应用。

石墨导热性好，作为填充料具有较好的耐磨性，对材料冲击韧性影响较小，对拉伸强度影响不大，同时能赋予材料良好的导电能力，特别对于分散树脂还能得到良好的回弹性，低填充量的聚四氟乙烯树脂，保持了原有的优异物理和化学性能，可作为一种发热效率高的电热材料；高填充量的聚四氟乙烯树脂则可成为能够多次充放电的超级电容器。

关于石墨填充聚四氟乙烯的文献报道中，填充方式有两种：一是以悬浮聚四氟乙烯树脂为基材，在其中添加固体石墨，用开炼机等机械设备干法混合；二是将聚四氟乙烯分散液与经润湿的固体石墨在反应釜中混合，但均未提及填充量的实测数据和均匀性验证，而且填充料分布的均匀性无法保证，机械强度和耐磨损性能会受较大影响，其应用范围亦很有限。

发明内容

本发明的目的是提供一种石墨填充聚四氟乙烯树脂的制备方法，主要是解决现有填充技术存在的石墨填充准确性和填料分布均匀性等技术问题。

为达到上述目的，采用的技术方案是，将分散PTFE淡乳液（平均粒径200nm的微颗粒）与稳定状态的石墨分散液（分散后平均粒径4～6μm的细颗粒）共凝聚。

一种分散石墨填充聚四氟乙烯树脂的制备方法，其特征在于步骤为：

⑴配制石墨分散液：以重量百分浓度为1‰的聚丙烯酸钠溶液为分散剂，搅拌状态下加入石墨粉，使分散液中石墨均匀混合分散，石墨固含量为5%；

⑵将步骤⑴石墨分散液与固含量为12.7%的聚四氟乙烯分散液，机械搅拌均匀混合，以石墨与聚四氟乙烯固含量总和为100％计，使混合液中石墨固含量占5％～70％；

⑶混合液中加入重量百分浓度为3%的丁二酸溶液为凝聚助剂，加入量与步骤⑵石墨分散液加入量体积比为1∶10，以机械搅拌方式凝聚5分钟，过滤、洗涤、烘干，得到固体粉末状态的树脂。

本发明的有益效果是：制备工艺简单，易于工业化，原料损耗少，填充准确性高，填料分布均匀，在保持设备条件不变的情况下，可大范围调整所需要的填充量。低填充量的聚四氟乙烯树脂，保持了原有的优异物理和化学性能，可作为一种发热效率高的电热材料；高填充量的聚四氟乙烯树脂则可成为能够多次充放电的超级电容器。

具体实施方式

下面通过实施例，对本发明的技术方案作进一步说明。

在以下实施例中，分散剂为重量百分浓度为1‰的聚丙烯酸钠溶液，使石墨分散液静置时不易沉淀，也能在凝聚之前使混合液保持液态稳定，配制方法为在去离子水中加入固体聚丙烯酸钠，乳化机高速搅拌，至溶液中无结块现象；凝聚助剂为重量百分浓度为3%的丁二酸溶液，消解分散剂所引起的液体粘度增大现象，并能作为电解质使固体产物凝聚析出，大幅减少原料的损耗，保证填充量的精确性，配制方法：称取固体丁二酸，倒入装有去离子水的烧杯中，玻璃棒搅拌，直至完全溶解。实施例中使用的去离子水电导率为0.7μS/m。

实施例1：

⑴配制石墨分散液：以重量百分浓度为1‰的聚丙烯酸钠溶液为分散剂，将石墨粉搅拌状态下加入所述分散剂聚丙烯酸钠溶液中，持续搅拌5min，使石墨均匀混合分散，使分散液中石墨的固含量为5%，静置待用。

⑵将2.4升步骤⑴石墨分散液与12升固含量为12.7%的聚四氟乙烯分散液（比重为1.08），持续机械搅拌（50～100rpm）5min均匀混合。

⑶混合液中加入重量百分浓度为3%的丁二酸溶液为凝聚助剂，凝聚助剂加入量240毫升，以机械搅拌300rpm凝聚5分钟，过滤、洗涤、烘干，得到固体粉末状态的树脂。

步骤⑶所述过滤、去离子水洗涤，重复三次以上，将残留的分散剂和凝聚助剂除去，直至测得滤液电导率降至1μS/m 以下。然后烘干（不高于200℃），得到固体粉末状态的树脂。

结果分析用热失重分析仪测量步骤⑶所得产物在600℃热失重：因为聚四氟乙烯树脂在温度升至600℃时，将完全失重，而石墨在600℃时没有任何变化，因此热失重比例即是产物中聚四氟乙烯的含量。

本实施例组成为：分散聚四氟乙烯固含量1646克，石墨120克，所以计算填充量为6.8%，热失重93.6%，实际填充量为6.4%。

实施例2：

将实施例1中石墨分散液体积改为7.2升，合石墨360克，聚四氟乙烯分散液体积改为4升，合分散聚四氟乙烯固含量549克，凝聚助剂加入量改为720毫升，其它同实施例1操作。本实施例石墨填充四氟乙烯树脂组成为：分散聚四氟乙烯固含量549克，石墨360克，所以计算填充量为39.6%，热失重60.8%，实际填充量为39.2%。

实施例3：

将实施例1中石墨分散液体积改为7.2升，合石墨360克，聚四氟乙烯分散液体积改为1.2升，合分散聚四氟乙烯固含量165克，凝聚助剂加入量改为720毫升，其它同实施例1操作。本实施例石墨填充四氟乙烯树脂组成为：分散聚四氟乙烯固含量165克，石墨360克，所以计算填充量为68.6%，热失重31.7%，实际填充量为68.3%。

实施例4：

将实施例1中石墨分散液体积改为4.8升，合石墨240克，聚四氟乙烯分散液体积改为7.4升，合分散聚四氟乙烯固含量1015克，凝聚助剂加入量改为480毫升，其它同实施例1操作。本实施例石墨填充四氟乙烯树脂组成为：分散聚四氟乙烯固含量1015克，石墨240克，所以计算填充量为19.1%，热失重81.2%，实际填充量为18.8%。

实施例5：

将实施例1中石墨分散液体积改为7.2升，合石墨360克，聚四氟乙烯分散液体积改为2升，合分散聚四氟乙烯固含量274克，凝聚助剂加入量改为720毫升，其它同实施例1操作。本实施例石墨填充四氟乙烯树脂组成为：分散聚四氟乙烯固含量274克，石墨360克，所以计算填充量为56.8%，热失重44.3%，实际填充量为55.7%。

石墨在树脂中的分布均匀性，通过单批次（同一批次）产品、任意位置取样，检测有效填充率数据予以验证，检测结果任意位置取样得到的有效填充率数据基本一致。以实施例2为例，计算填充量为39.6%，从同一批次5个不同位置取样，得到的实测填充量%（有效填充率）分别为：⑴39.2%（0.990）；⑵38.8%（0.980）；⑶39.4%（0.995）；⑷38.7%（0.977）；⑸38.7%（0.977），由此证明了树脂中石墨分布的均匀性。

通过上述实施例证明，本发明一种石墨填充聚四氟乙烯树脂的制备方法，任意填充量以及任意位置取样得到的有效填充率数据基本一致，证明了本发明石墨填充的准确性和填料分布均匀性。

Claims

1.一种分散石墨填充聚四氟乙烯树脂的制备方法，其特征在于步骤为：

⑴ 配制石墨分散液：以重量百分浓度为1‰的聚丙烯酸钠溶液为分散剂，搅拌状态下加入石墨粉，使分散液中石墨均匀混合分散，石墨固含量为5%；

⑵ 将步骤⑴石墨分散液与固含量为12.7%的聚四氟乙烯分散液，机械搅拌均匀混合，以石墨与聚四氟乙烯固含量总和为100％计，使混合液中石墨固含量占5％～70％；

⑶ 混合液中加入重量百分浓度为3%的丁二酸溶液为凝聚助剂，加入量与步骤⑵石墨分散液加入量体积比为1∶10，以机械搅拌方式凝聚5分钟，过滤、洗涤、烘干，得到固体粉末状态的树脂。