CN109320646A - 一种挤出加工过程中熔融均匀性优良的聚全氟乙丙烯树脂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种挤出加工过程中熔融均匀性优良的聚全氟乙丙烯树脂的制备方法,其为在以六氟丙烯和四氟乙烯为原料,通过乳液聚合法制备全氟乙丙烯树脂的过程中,控制反应釜的气相环境中六氟丙烯的摩尔百分数为50~75%。本发明所述的方法将聚合过程中釜内气相中六氟丙烯(HFP)含量控制在50~75%,可使得到FEP树脂的熔点稳定在260~270℃,拉伸强度在30MPa左右,扯断伸长率大于350%,有效解决FEP由于聚合过程中分子量分布不均或HFP在分子链段分布不均而导致的材料热熔融加工过程中部分熔融不完全的现象。
Description
技术领域
本发明涉及高分子物质合成领域,具体涉及一种可改善挤出加工过程中聚全氟乙丙烯树脂熔融均匀性的树脂制备方法。
背景技术
聚全氟乙丙稀树脂(FEP)是热塑性树脂,加工性能好,同时有极好的耐高低温性能和极好的化学稳定性。其最杰出的性能是电绝缘性(例如,它的介电常数与聚四氟乙烯一样,为2.1)。优越的电绝缘性能和易加工性能、低火焰蔓延和低烟雾产生的特性,使该共聚物主要用作集成电路板和电线电缆中的绝缘材料。该共聚物可以用一般热塑性塑料的加工方法,如挤塑、模塑、喷涂加工法制成各种形态的制品,使其广泛应用于电子电气工业、化学工业、机械工业、国防工业、医学等。
但是FEP由于聚合过程中由于分子量分布不均或HFP在分子链段分布不均,导致在挤出加式的过程中,材料热熔融过程容易发生部分熔融不完全的现象。
专利PCT(WO)No.94/21696公开了采用有机引发剂,聚合过程中使用链转移剂为甲醇、CF2ClCF2CHClF等。但是该合成方法合成聚全氟乙丙稀树脂虽然熔点在250~270℃,但是该聚合过程采用有机过氧化物为引发剂,合成的FEP分子量分布较宽,容易造成材料在熔融加工过程中,因大分子链段熔融不完全,导致制品表面出现有裂纹或不光滑现象,影响了聚全氟乙丙烯使用性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种全氟乙丙烯树脂的制备方法,用这种方法合成的全氟乙丙烯可解决分子量分布不均或HFP在分子链段分布不均的问题,实现在挤出加工过程中的均匀熔融。
本发明所述的方法为:在以六氟丙烯和四氟乙烯为原料,通过乳液聚合法制备全氟乙丙烯树脂的过程中,控制反应釜的气相环境中六氟丙烯的摩尔百分数为50~75%。根据六氟丙烯和四氟乙烯的竞聚率值,将反应釜的气相环境中六氟丙烯量控制在50~75%,既能确保全氟乙丙烯树脂链段中的六氟丙烯的含量在14~18%以及树脂的熔点在260~270℃,而且六氟丙烯和四氟乙烯在聚合的过程中其分子间的分布更均匀,这种分子结构的全氟乙丙烯在挤出的过程中可均匀熔融。
优选的,本发明的方法包括如下步骤:
1)向反应釜中加入为反应釜体积60~70%的去离子水,并将所述反应釜进行抽真空处理;
2)向所述反应釜中加入分散剂,将所述反应釜加热至内容物的温度为50~100℃,然后向所述反应釜中加入四氟乙烯和六氟丙烯的初始混合单体,至所述反应釜的压力为2.0~4.0MPa,再加入引发剂和链转移剂引发聚合反应;
3)反应的过程中,通过调节补加单体的加入速率,控制所述反应釜的气相环境中全氟丙烯的摩尔百分数为50~75%;
4)至反应结束,得到挤出加工过程中熔融均匀性优良的聚全氟乙丙烯树脂。
优选的,所述四氟乙烯和六氟丙烯的初始混合单体中四氟乙烯和六氟丙烯的摩尔比为(20~55):(45~80),所述补加单体中,六氟丙烯和四氟乙烯的摩尔比为(1~10):(90~99),上述添加量可确保全氟乙丙烯树脂链段中的六氟丙烯的含量在14~18%。
优选的,控制所述反应釜中的气相环境中全氟丙烯的摩尔百分数为60~68%。
优选的,所述分散剂为全氟辛酸盐;优选其铵盐、钠盐或钾盐。
优选的,所述分散剂的添加量为每100重量份的水中添加0.1~10份的分散剂,优选0.1~5份。
优选的,所述引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾;
优选的,所述链转移剂为甲醇或丙二酸二乙酯;
优选的,所述链转移剂的添加量为反应单体总重量的0.01~5%。
优选的,在反应单体的加入量为总量的10%、20%、30%、50%、70%或90%时,对所述反应釜的气相环境取样检测,进而调整补加单体的加入速度。反应单体的加入量为总量的30%以前,聚合反应速率较慢,单体组份变化较大,因此取样频率较高,反应单体的加入量为总量的30%以后,反应速率较快,釜内气相组份变化不大,所以取样没有反应初期那么频繁。
优选的,本发明所述的方法包括如下步骤:
1)向反应釜中加入为反应釜体积60~70%的去离子水,并将所述反应釜进行抽真空处理;
2)向所述反应釜中加入分散剂全氟辛酸盐,将所述反应釜加热至内容物的温度为50~100℃,然后向所述反应釜中加入四氟乙烯和六氟丙烯的初始混合单体,四氟乙烯和六氟丙烯的摩尔比为(22~35):(65~78)至所述反应釜的压力为2.5~3.5MPa,再加入引发剂过硫酸铵或过硫酸钾和链转移剂甲醇或丙二酸二乙酯引发聚合反应;
3)反应的过程中,通过调节补加单体的加入速率,控制所述反应釜的气相环境中全氟丙烯的摩尔百分数为50~75%;
4)至反应结束,得到挤出加工过程中熔融均匀性优良的聚全氟乙丙烯树脂。
本发明所述的方法具有如下有益效果:
1)本发明的方法,将聚合过程中釜内气相中六氟丙烯(HFP)含量控制在50~75%,得到FEP树脂的熔点可稳定在260~270℃,可保证在挤出生产中的熔融均匀性,避免由于聚合过程中分子量分布不均或HFP在分子链段分布不均而导致的材料热熔融加工过程中部分熔融不完全的现象。
2)本发明所得树脂的拉伸强度在30MPa左右,扯断伸长率大于350%。还可根据产品的需求,通过调节生产的工艺来调节产品的拉伸强度和扯断伸长率等性能,使本发明的树脂满足多种产品生产的需求。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
实施例1
本实施例涉及一种可改善挤出加工过程中聚全氟乙丙烯树脂熔融均匀性的树脂制备方法,包括如下步骤:
1)向50L反应釜中加入30L的去离子水,并将所述反应釜进行抽真空处理,至其含氧量≤30ppm;
2)向所述反应釜中加入全氟辛酸盐35g,将所述反应釜加热至内容物的温度为55℃,然后向所述反应釜中加入四氟乙烯和六氟丙烯的初始混合单体,四氟乙烯和六氟丙烯的摩尔比为35:65,至所述反应釜的压力为3.0MPa,再加入15g过硫酸钾和25g丙二酸二乙酯,引发聚合反应;
3)反应的过程中,通过加入补加单体来维持反应釜内的压力恒定,并在投料量为投料总量的10%、20%、30%、50%、70%或90%时对反应釜中的气体进行检测,并通过调节补加单体的加入速率,控制所述反应釜的气相环境中六氟丙烯的摩尔百分数为65%,所述补加单体中,四氟丙烯和六氟丙烯的摩尔比为95:5;
4)反应约2h后,乳液固含量达到约30%,结束反应,回收反应单体,放乳液到凝聚桶,加入MgCl2进行凝聚,真空干燥,得到约8Kg的聚合物。
实施例2
本实施例涉及一种可改善挤出加工过程中聚全氟乙丙烯树脂熔融均匀性的树脂制备方法,与实施例1相比,其区别在于,所述初始单体中,四氟乙烯和六氟丙烯的摩尔比为30:70所述补加单体中,四氟乙烯和六氟丙烯的摩尔比为92:8。
实施例3
本实施例涉及一种可改善挤出加工过程中聚全氟乙丙烯树脂熔融均匀性的树脂制备方法,与实施例1相比,其区别在于,控制所述反应釜的气相环境中全氟丙烯的摩尔百分数为60%。
实施例4
本实施例涉及一种可改善挤出加工过程中聚全氟乙丙烯树脂熔融均匀性的树脂制备方法,与实施例1相比,其区别在于,控制所述反应釜的气相环境中全氟丙烯的摩尔百分数为68%。
实施例5
本实施例涉及一种可改善挤出加工过程中聚全氟乙丙烯树脂熔融均匀性的树脂制备方法,包括如下步骤:
1)向50L反应釜中加入30L的去离子水,并将所述反应釜进行抽真空处理,至其含氧量≤30ppm;
2)向所述反应釜中加入全氟辛酸盐35g,将所述反应釜加热至内容物的温度为55℃,然后向所述反应釜中加入四氟乙烯和六氟丙烯的初始混合单体,四氟乙烯和六氟丙烯的摩尔比为25:75,至所述反应釜的压力为3.0MPa,再加入15g过硫酸钾和25g丙二酸二乙酯,引发聚合反应;
3)反应的过程中,通过加入补加单体来维持反应釜内的压力恒定,并在投料量为投料总量的10%、20%、30%、50%、70%或90%时对反应釜中的气体进行检测,然后通过调节补加单体的加入速率,控制所述反应釜的气相环境中全氟丙烯的摩尔百分数为:75%,所述补加单体中,四氟丙烯和六氟丙烯的摩尔比为98:2;
4)反应约2h后,乳液固含量达到约30%,结束反应,回收反应单体,放乳液到凝聚桶,加入MgCl2进行凝聚,真空干燥,得到约8Kg的聚合物。
实施例5
本实施例涉及一种制备全氟乙丙烯的制备方法,包括如下步骤:
1)向50L反应釜中加入30L的去离子水,并将所述反应釜进行抽真空处理,至其含氧量≤30ppm;
2)向所述反应釜中加入全氟辛酸盐35g,将所述反应釜加热至内容物的温度为55℃,然后向所述反应釜中加入四氟乙烯和六氟丙烯的初始混合单体,四氟乙烯和六氟丙烯的摩尔比为22:78,至所述反应釜的压力为3.0MPa,再加入15g过硫酸钾和25g丙二酸二乙酯,引发聚合反应;
3)反应的过程中,通过加入补加单体来维持反应釜内的压力恒定,并在投料量为投料总量的10%、20%、30%、50%、70%或90%时对反应釜中的气体进行检测,然后通过调节补加单体的加入速率,控制所述反应釜的气相环境中全氟丙烯的摩尔百分数为50%,所述补加单体中,四氟丙烯和六氟丙烯的摩尔比为90:10;
4)反应约2h后,乳液固含量达到约30%,结束反应,回收反应单体,放乳液到凝聚桶,加入MgCl2进行凝聚,真空干燥,得到约8Kg的聚合物。
对比例1
与实施例1相比,其区别在于,控制六氟丙烯在气相环境中的摩尔百分数为40%。
对比例2
与实施例1相比,其区别在于,控制六氟丙烯在气相环境中的摩尔百分数为80%。
实验例
实施例1-得到挤出用聚全氟乙丙烯树脂,树脂经双螺杆造粒呈透明,颗粒状,熔融温度约263℃,熔融指数为10g/10min,密度为2.15g/cm3,拉伸强度为32MPa,伸长率为380%,挥发分0.1%,用单螺杆挤管,管壁光滑,透明。
实施例2得到挤出用聚全氟乙丙烯树脂,树脂经双螺杆造粒呈透明,颗粒状,熔融温度约265℃,熔融指数为8g/10min,密度为2.15g/cm3,拉伸强度为34MPa,伸长率为360%,挥发分0.1%,用单螺杆挤管,管壁光滑,透明。
实施例3得到挤出用聚全氟乙丙烯树脂,树脂经双螺杆造粒呈透明,颗粒状,熔融温度约268℃,熔融指数为12g/10min,密度为2.17g/cm3,拉伸强度为37MPa,伸长率为350%,挥发分0.1%,用单螺杆挤管,管壁光滑,透明。
实施例4得到挤出用聚全氟乙丙烯树脂,树脂经双螺杆造粒呈透明,颗粒状,熔融温度约266℃,熔融指数为15g/10min,密度为2.16g/cm3,拉伸强度为37MPa,伸长率为390%,挥发分0.1%,用单螺杆挤管,管壁光滑,透明。
实施例5得到挤出用聚全氟乙丙烯树脂,树脂经双螺杆造粒呈透明,颗粒状,熔融温度约269℃,熔融指数为5g/10min,密度为2.15g/cm3,拉伸强度为36MPa,伸长率为370%,挥发分0.1%,用单螺杆挤管,管壁光滑,透明。
对比例1得到挤出用聚全氟乙丙烯树脂,树脂经双螺杆造粒呈透明,颗粒状,熔融温度约285℃,熔融指数为2g/10min,密度为2.14g/cm3,拉伸强度为28MPa,伸长率为270%,挥发分0.1%,用单螺杆挤管,管壁有凹凸不平,管中有乳白色颗粒,半透明。
对比例2得到挤出用聚全氟乙丙烯树脂,树脂经双螺杆造粒呈透明,颗粒状,熔融温度约285℃,熔融指数为22g/10min,密度为2.15g/cm3,拉伸强度为17MPa,伸长率为270%,挥发分0.3%,用单螺杆挤管,管壁有凹凸不平,管中有乳白色大颗粒,管颜色呈乳白色。
虽然,上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验,对本发明作了详尽的描述,但在本发明基础上,可以对之作一些修改或改进,这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此,在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进,均属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种挤出加工过程中熔融均匀性优良的聚全氟乙丙烯树脂的制备方法,其特征在于,以六氟丙烯和四氟乙烯为原料,通过乳液聚合法制备全氟乙丙烯树脂的过程中,控制反应釜的气相环境中全氟丙烯的摩尔百分数为50~75%。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,包括如下步骤:
1)向反应釜中加入为反应釜体积60~70%的去离子水,并将所述反应釜进行抽真空处理,至其氧含量≤30ppm;
2)向所述反应釜中加入分散剂,将所述反应釜加热至内容物的温度为50~100℃,然后向所述反应釜中加入四氟乙烯和六氟丙烯的初始混合单体,至所述反应釜的压力为2.0~4.0MPa,再加入引发剂和链转移剂引发聚合反应;
3)反应的过程中,通过调节补加单体的加入速率,控制所述反应釜的气相环境中六氟丙烯的摩尔百分数为50~75%;
4)至反应结束,得到挤出加工过程中熔融均匀性优良的聚全氟乙丙烯树脂。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述四氟乙烯和六氟丙烯的初始混合单体中四氟乙烯和六氟丙烯的摩尔比为(20~55):(45~80),所述补加单体中,六氟丙烯和四氟乙烯的摩尔比为(1~10):(90~99);
优选的,四氟乙烯和六氟丙烯的摩尔比为(22~35):(65~78),所述补加单体中,六氟丙烯和四氟乙烯的摩尔比为(5~10):(90~95)。
4.根据权利要求1~3任一项所述的方法,其特征在于,控制所述反应釜中的气相环境中六氟丙烯的摩尔百分数为60~68%。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在在于,所述分散剂为全氟辛酸盐;优选其铵盐、钠盐或钾盐。
6.根据权利要求2、3或5所述的方法,其特征在于,所述分散剂的添加量为每100重量份的水中添加0.1~10份的分散剂,优选0.1~5份。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾;
和/或,所述引发剂的添加量为每100重量份水介质中加入0.1~10重量份引发剂;
和/或,所述链转移剂为甲醇或丙二酸二乙酯;
和/或,所述链转移剂的添加量为反应单体总重量的0.01~5%。
8.根据权利要求2、3或7所述的方法,其特征在于,在反应单体的加入量为总量的10%、20%、30%、50%、70%或90%时,对所述反应釜的气相环境取样检测,进而调整补加单体的加入速度。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,包括如下步骤:
1)向反应釜中加入为反应釜体积60~70%的去离子水,并将所述反应釜进行抽真空处理;
2)向所述反应釜中加入分散剂全氟辛酸盐,将所述反应釜加热至内容物的温度为50~100℃,然后向所述反应釜中加入四氟乙烯和六氟丙烯的初始混合单体,四氟乙烯和六氟丙烯的摩尔比为(22~35):(65~78)至所述反应釜的压力为2.5~3.5MPa,再加入引发剂过硫酸铵或过硫酸钾和链转移剂甲醇或丙二酸二乙酯引发聚合反应;
3)反应的过程中,通过调节补加单体的加入速率,控制所述反应釜的气相环境中全氟丙烯的摩尔百分数为50~75%;
4)至反应结束,得到挤出加工过程中熔融均匀性优良的聚全氟乙丙烯树脂。
10.权利要求1~9任一项所述方法制备得到的聚全氟乙丙烯树脂。
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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