CN109627374B - 一种线膨胀系数低的具有可粘性能的聚四氟乙烯料及其制备方法 - Google Patents

一种线膨胀系数低的具有可粘性能的聚四氟乙烯料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种线膨胀系数低的具有可粘性能的聚四氟乙烯料及其制备方法，本发明的聚四氟乙烯料采用双马来酰亚胺单体改性，双马来酰亚胺的刚性降低了其在连续载荷作用下发生的塑性变形，双马来酰胺和增粘单体的作用，使得所述聚四氟乙烯料与塑料、金属等有一定的结合力，同时其耐热性能等依然保持。本发明加入RAFT试剂，为活性自由基聚合法合成，制成的聚四氟乙烯料的相对分子质量可控、分子量分布均匀，且合成工艺简单，易于实现工业化。

Description

一种线膨胀系数低的具有可粘性能的聚四氟乙烯料及其制备 方法
技术领域
本发明涉及一种聚四氟乙烯料，尤其涉及一种线膨胀系数低的具有可粘性能的聚四氟乙烯料及其制备方法，属于高分子材料技术领域。
背景技术
聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene，简写为PTFE)，又称特氟龙，自从1938年美国杜邦公司的RoyPlunkett博士偶然间得到聚四氟乙烯之后，聚四氟乙烯以其无与伦比的耐化学介质性能、优异的电绝缘性能，低介电常数、极低的摩擦系数和能够在-180～260℃温度范围内长期使用等特点成为高分子材料领域的一颗明珠。
但是聚四氟乙烯仍然存很多不足，例如：1、聚四氟乙烯具有“冷流性”。即材料制品在长时间连续载荷作用下发生的塑性变形(蠕变)，这给它的应用带来一定的限制，如当PTFE用作密封垫时，为密封严密而把螺栓拧得很紧，以致超过特定的压缩应力时，会使垫圈产生“冷流”(蠕变)而被压扁。这些缺点可通过加入适当的填料及改进零件结构等方法来克服；2、PTFE具有突出的不粘性，限制了其工业上的应用，它是极好的防粘材料，这种性能又使它与其他物件的表面粘合极为困难；3、PTFE的线膨胀系数为钢的10～20倍，比多数塑料大，其线膨胀系数随着温度的变化而发生很不规律的变化，在应用PTFE时，如果对这方面性能注意不够，很容易造成损失。
专利CN201611023995.9公开了一种可熔性聚四氟乙烯的制备方法。按一定比例向无氧的聚合釜内加入溶剂、聚合单体和链转移剂。聚合釜升温至设定值后，向釜内加入引发剂，聚合反应开始，并通过补加四氟乙烯控制釜内压力恒定。至四氟乙烯补加到预定质量后，向釜内持续加入预热至一定温度的去离子水以及引发剂，继续聚合反应。待四氟乙烯和去离子水补加至一定质量后，停止补加并维持釜内温度一定时间。最后，在搅拌状态下升温并保温，溶剂冷凝回收，固体物料析出，固体物料经过滤、洗涤、干燥得到可熔性聚四氟乙烯粉体。该发明依然存在长时间连续载荷作用下发生的塑性变形、不粘性、膨胀系数大的缺点。
发明内容
为克服现有技术的缺点和不足，本发明旨在提供一种线膨胀系数低的具有可粘性能的聚四氟乙烯料及其制备方法。
本发明采取以下技术方案，一种线膨胀系数低的具有可粘性能的聚四氟乙烯料的制备方法，包括如下步骤：
(1)预制液相：在无氧的封闭反应釜中，依次加入水、增溶剂、增粘单体、双马来酰亚胺单体、含氟表面活性剂、悬浮稳定剂、引发剂、水性RAFT试剂，开动搅拌器分散均匀得液相，控制液相占反应釜体积的10％-15％，然后将搅拌速度升至1400-1800r/min将反应釜内液相部分雾化；
(2)制备改性聚四氟乙烯悬浮分散液：向反应釜中通入通入四氟乙烯，当釜压为2-3MPa时停止通入四氟乙烯；然后保存搅拌速度1400-1800r/min，将反应釜内温度加热至70-100℃，整个过程反应釜通过与恒压氮气相连以保持釜压为2-3MPa不变，保持温度、搅拌速度不变反应8-12h后降温得到改性聚四氟乙烯悬浮分散液；
(3)制备聚四氟乙烯料：改性聚四氟乙烯悬浮分散液经离心、过滤、乙醇洗涤、干燥后，得本发明所述的线膨胀系数低的具有可粘性能的聚四氟乙烯料。
更进一步的，预制液相过程中，水、增溶剂、增粘单体、双马来酰亚胺单体、含氟表面活性剂、悬浮稳定剂、引发剂、水性RAFT试剂的重量份数比为(130-180)：(30-50)：(3-6)：(4-8)：(2-4)：(2-4)：(0.5-1)：(0.1-0.3)。
更进一步的，所述的增溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二乙基甲酰胺、二甲亚砜、乙醇、正丁醇中的至少一种。
更进一步的，所述的增粘单体为丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟基正丙酯、甲基丙烯酸羟基正丙酯、丙烯酸羟基异丙酯、甲基丙烯酸羟基异丙酯、丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯中的至少一种。
更进一步的，所述的双马来酰亚胺单体为对苯基双马来酰亚胺、1,6-己基双马来酰亚胺、N,N'-(4,4'-亚甲基二苯基)双马来酰亚胺中的至少一种。
更进一步的，所述的含氟表面活性剂为全氟十二烷基苯磺酸钠、全氟十二烷基磺酸钠、全氟十六烷基三甲基溴化铵、全氟十六烷基三甲基氯化铵、全氟辛基羧酸钠中的至少一种。
更进一步的，所述的悬浮稳定剂为聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯酰胺6000、聚乙二醇8000中的至少一种。
更进一步的，所述的引发剂优选为偶氮二异庚基咪唑啉、偶氮二异戊基咪唑啉、偶氮二氰基戊酸中的至少一种。
更进一步的，所述的水性RAFT试剂为二硫代苯乙酸、α-二硫代苯甲酯基对苯亚甲基氯化吡啶盐、S,S’-双(α,α’-二甲基-α”-乙酸)三硫代碳酸酯中的至少一种。
一种如上所述的线膨胀系数低的具有可粘性能的聚四氟乙烯料的制备方法制备所得的聚四氟乙烯料。
相对于现有技术，本发明具有以下优点或有益效果：(1)所述的聚四氟乙烯料采用双马来酰亚胺单体改性，双马来酰亚胺的刚性降低了其在连续载荷作用下发生的塑性变形；(2)双马来酰胺和增粘单体的作用，使得所述聚四氟乙烯料与塑料、金属等有一定的结合力，同时其耐热性能等依然保持；(3)本发明加入RAFT试剂，为活性自由基聚合法合成，所述的聚四氟乙烯料的相对分子质量可控、分子量分布均匀，且合成工艺简单，易于实现工业化。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的一种线膨胀系数低的具有可粘性能的聚四氟乙烯料及其制备方法做进一步的描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。
实施例1
一种线膨胀系数低的具有可粘性能的聚四氟乙烯料的制备方法，按重量份数计，包括如下步骤：
在无氧的封闭反应釜中，依次加入180份水、30份正丁醇、6份丙烯酸缩水甘油酯、4份1,6-己基双马来酰亚胺、4份加入全氟十二烷基苯磺酸钠、2份聚丙烯酰胺6000、1份偶氮二异戊基咪唑啉、0.1份S,S’-双(α,α’-二甲基-α”-乙酸)三硫代碳酸酯，开动搅拌器分散均匀得液相，控制液相占反应釜体积的15％；然后将搅拌速度升至1400r/min将反应釜内液相部分雾化；然后向反应釜中通入通入四氟乙烯，当釜压为3MPa时停止通入四氟乙烯；然后保存搅拌速度1400r/min，将反应釜内温度加热至100℃，整个过程反应釜通过与恒压氮气相连以保持釜压为3MPa不变，保持温度、搅拌速度不变反应8h后降温得到改性聚四氟乙烯悬浮分散液；最后改性聚四氟乙烯悬浮分散液经离心、过滤、乙醇洗涤、干燥后，得本发明所述的线膨胀系数低的具有可粘性能的聚四氟乙烯料。
一种如实施例1所述的线膨胀系数低的具有可粘性能的聚四氟乙烯料的制备方法制备所得的聚四氟乙烯料。
实施例2
一种线膨胀系数低的具有可粘性能的聚四氟乙烯料的制备方法，按重量份数计，包括如下步骤：
在无氧的封闭反应釜中，依次加入150份水、40份N,N-二乙基甲酰胺、4份甲基丙烯酸羟乙酯、6份对苯基双马来酰亚胺、3份加入全氟十六烷基三甲基溴化铵、3份聚乙烯基吡咯烷酮、0.8份偶氮二异庚基咪唑啉、0.2份α-二硫代苯甲酯基对苯亚甲基氯化吡啶盐，开动搅拌器分散均匀得液相，控制液相占反应釜体积的12％；然后将搅拌速度升至1600r/min将反应釜内液相部分雾化；然后向反应釜中通入通入四氟乙烯，当釜压为2.5MPa时停止通入四氟乙烯；然后保存搅拌速度1600r/min，将反应釜内温度加热至90℃，整个过程反应釜通过与恒压氮气相连以保持釜压为2.5MPa不变，保持温度、搅拌速度不变反应10h后降温得到改性聚四氟乙烯悬浮分散液；最后改性聚四氟乙烯悬浮分散液经离心、过滤、乙醇洗涤、干燥后，得本发明所述的线膨胀系数低的具有可粘性能的聚四氟乙烯料。
一种如实施例2所述的线膨胀系数低的具有可粘性能的聚四氟乙烯料的制备方法制备所得的聚四氟乙烯料。
实施例3
一种线膨胀系数低的具有可粘性能的聚四氟乙烯料的制备方法，按重量份数计，包括如下步骤：
在无氧的封闭反应釜中，依次加入130份水、50份二甲亚砜、3份丙烯酸羟基异丙酯、8份N,N'-(4,4'-亚甲基二苯基)双马来酰亚胺、2份加入全氟辛基羧酸钠、4份聚乙二醇8000、0.5份偶氮二氰基戊酸、0.3份二硫代苯乙酸，开动搅拌器分散均匀得液相，控制液相占反应釜体积的10％；然后将搅拌速度升至1800r/min将反应釜内液相部分雾化；然后向反应釜中通入通入四氟乙烯，当釜压为2MPa时停止通入四氟乙烯；然后保存搅拌速度1800r/min，将反应釜内温度加热至70℃，整个过程反应釜通过与恒压氮气相连以保持釜压为2MPa不变，保持温度、搅拌速度不变反应12h后降温得到改性聚四氟乙烯悬浮分散液；最后改性聚四氟乙烯悬浮分散液经离心、过滤、乙醇洗涤、干燥后，得本发明所述的线膨胀系数低的具有可粘性能的聚四氟乙烯料。
一种如实施例3所述的线膨胀系数低的具有可粘性能的聚四氟乙烯料的制备方法制备所得的聚四氟乙烯料。
将实施例1-3制备的线膨胀系数低的具有可粘性能的聚四氟乙烯料与市售聚四氟乙烯料在相同条件下注塑成相同条状尺寸，它们的相关性能见下表1：
表1聚四氟乙烯条的物理机械性能
Figure GDA0002889984960000061
由表1可以看出，实施例1-3具有与市售聚四氟乙烯相似的粒径、热分解温度的同时，实施例1-3具有更高的拉伸强度、焊接面拉伸断裂强度，且本发明聚四氟乙烯的线膨胀系数更低，变形率低，因此使用过程其尺寸更加稳定。
将实施例1-3制备的线膨胀系数低的具有可粘性能的聚四氟乙烯料与市售聚四氟乙烯料在相同条件下吹塑成相同厚度的膜，它们对玻璃和不锈钢的粘结性能如下表2：
表2聚四氟乙烯膜的玻璃力
Figure GDA0002889984960000062
由表2可以看出本发明具有所述的线膨胀系数低的具有可粘性能的聚四氟乙烯料制得的薄膜对玻璃、不锈钢具有一定的粘性。
尽管本发明已作了详细说明并引用了实施例，但对于本领域的普通技术人员，显然可以按照上述说明而做出的各种方案、修改和改动，都应该包括在权利要求的范围之内。

Claims (8)

1.一种线膨胀系数低的具有可粘性能的聚四氟乙烯料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)预制液相：在无氧的封闭反应釜中，依次加入水、增溶剂、增粘单体、双马来酰亚胺单体、含氟表面活性剂、悬浮稳定剂、引发剂、水性RAFT试剂，开动搅拌器分散均匀得液相，控制液相占反应釜体积的10％-15％，然后将搅拌速度升至1400-1800r/min将反应釜内液相部分雾化；
(2)制备改性聚四氟乙烯悬浮分散液：向反应釜中通入四氟乙烯，当釜压为2-3MPa时停止通入四氟乙烯；然后保存搅拌速度1400-1800r/min，将反应釜内温度加热至70-100℃，整个过程反应釜通过与恒压氮气相连以保持釜压为2-3MPa不变，保持温度、搅拌速度不变反应8-12h后降温得到改性聚四氟乙烯悬浮分散液；
(3)制备聚四氟乙烯料：改性聚四氟乙烯悬浮分散液经离心、过滤、乙醇洗涤、干燥后，得线膨胀系数低的具有可粘性能的聚四氟乙烯料；
所述的增粘单体为丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟基正丙酯、甲基丙烯酸羟基正丙酯、丙烯酸羟基异丙酯、甲基丙烯酸羟基异丙酯、丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的一种线膨胀系数低的具有可粘性能的聚四氟乙烯料的制备方法，其特征在于，预制液相过程中，水、增溶剂、增粘单体、双马来酰亚胺单体、含氟表面活性剂、悬浮稳定剂、引发剂、水性RAFT试剂的重量份数比为(130-180)：(30-50)：(3-6)：(4-8)：(2-4)：(2-4)：(0.5-1)：(0.1-0.3)。
3.根据权利要求1所述的一种线膨胀系数低的具有可粘性能的聚四氟乙烯料的制备方法，其特征在于，所述的增溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二乙基甲酰胺、二甲亚砜、乙醇、正丁醇中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种线膨胀系数低的具有可粘性能的聚四氟乙烯料的制备方法，其特征在于，所述的双马来酰亚胺单体为对苯基双马来酰亚胺、1,6-己基双马来酰亚胺、N,N'-(4,4'-亚甲基二苯基)双马来酰亚胺中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种线膨胀系数低的具有可粘性能的聚四氟乙烯料的制备方法，其特征在于，所述的含氟表面活性剂为全氟十二烷基苯磺酸钠、全氟十二烷基磺酸钠、全氟十六烷基三甲基溴化铵、全氟十六烷基三甲基氯化铵、全氟辛基羧酸钠中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的一种线膨胀系数低的具有可粘性能的聚四氟乙烯料的制备方法，其特征在于，所述的悬浮稳定剂为聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯酰胺6000、聚乙二醇8000中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的一种线膨胀系数低的具有可粘性能的聚四氟乙烯料的制备方法，其特征在于，所述的引发剂为偶氮二异庚基咪唑啉、偶氮二异戊基咪唑啉、偶氮二氰基戊酸中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的一种线膨胀系数低的具有可粘性能的聚四氟乙烯料的制备方法，其特征在于，所述的水性RAFT试剂为二硫代苯乙酸、α-二硫代苯甲酯基对苯亚甲基氯化吡啶盐、S,S’-双(α,α’-二甲基-α”-乙酸)三硫代碳酸酯中的至少一种。
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