CN110818919A - 改质聚四氟乙烯颗粒、其制备方法及组合物 - Google Patents

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Abstract

一种改质聚四氟乙烯颗粒，所述改质聚四氟乙烯颗粒为核壳结构，所述改质聚四氟乙烯颗粒包括一核心层、一包覆所述核心层的壳体层以及一接枝在所述壳体层的外表面上的改质剂层，所述核心层为聚四氟乙烯颗粒，所述壳体层为二氧化硅，所述改质剂为硅烷偶联剂。本发明还涉及一种改质聚四氟乙烯颗粒的制备方法及包含所述改质聚四氟乙烯颗粒的组合物。

Description

改质聚四氟乙烯颗粒、其制备方法及组合物
技术领域
本发明涉及一种改质聚四氟乙烯颗粒、改质聚四氟乙烯颗粒的制备方法及包含有改质聚四氟乙烯颗粒的组合物。
背景技术
现有技术中，一般涂料的配方中，为了增加漆表面的滑顺感，通常会添加聚乙烯(polyethylene，PE)蜡或滑剂来达成目标。但PE蜡一般来说，耐热性不佳，遇高温后容易失效。滑剂只能增加表面的滑顺感，并不能增加涂料的耐化或耐热性。
由于聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene，PTFE)材料具有耐热性、化学惰性、不沾黏及绝缘稳定性，因此，现有技术也常常采用聚四氟乙烯颗粒作为填料。
由于聚四氟乙烯颗粒本身为一稳定的有机化合物，极性低且表面与所有物质都不黏附，以至混入配方中后很难均匀分散。即使成功分散后，因铁氟龙表面不沾黏，配方树脂很难润湿与吸附，所以很容易再次聚集而沉降。另外若要在PTFE表面进行改质，以增加分散性或与树脂的兼容性，则因为PTFE几乎不与任何化学物质作用的关系，所以也无法进行表面改质。因此，PTFE虽然是非常理想的材料，但在使用上却受到很大的限制。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种能改善兼容性与分散性，也能够提高耐热性与耐化性的改质聚四氟乙烯颗粒、改质聚四氟乙烯颗粒的制备方法及组合物。
一种改质聚四氟乙烯颗粒，所述改质聚四氟乙烯颗粒为核壳结构，所述改质聚四氟乙烯颗粒包括一核心层、一包覆所述核心层的壳体层以及一接枝在所述壳体层的外表面上的改质剂层，所述核心层为聚四氟乙烯颗粒，所述壳体层为二氧化硅，所述改质剂为硅烷偶联剂。
进一步地，所述壳体层为纳米级二氧化硅。
进一步地，硅烷偶联剂选自3-氨丙基三甲氧基硅烷、N-(2-甲基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷、N-氨乙基-3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-巯丙基三甲氧基硅烷、3-氯丙基三甲氧基硅烷、3-氰丙基三甲氧基硅烷以及乙烯基三甲氧基硅烷中的至少一种。
一种组合物，其包括树脂及如上所述的改质聚四氟乙烯颗粒，所述改质聚四氟乙烯颗粒分散在所述树脂中。
进一步地，在所述组合物中，所述改质聚四氟乙烯颗粒的质量百分比为0.5-40％。
一种改质聚四氟乙烯颗粒的制备方法，包括如下步骤：将聚四氟乙烯颗粒加入水中，并加入二氧化硅颗粒，从而使所述二氧化硅吸附于所述聚四氟乙烯颗粒的表面以形成一壳体层，从而得到一初级核壳结构；及提供一硅烷偶联剂溶液，并将所述初级核壳结构加入所述硅烷偶联剂溶液中，使所述硅烷偶联剂包覆于所述初级核壳结构表面以形成一改质剂层，从而得到所述改质聚四氟乙烯颗粒。
进一步地，在加入所述二氧化硅之前，还包括步骤：在所述水中加入表面活性剂及PH调节液，以在所述聚四氟乙烯颗粒的表面形成一表面活性剂层。
进一步地，在“得到包括“普通聚四氟乙烯颗粒-表面活性剂-二氧化硅”初级核壳结构的混合溶液”的步骤之后，还包括步骤：低温烧结上述混合溶液，从而得到初步改质聚四氟乙烯颗粒，所述初步改质聚四氟乙烯颗粒具有“普通聚四氟乙烯颗粒-二氧化硅”核壳结构。
进一步地，所述表面活性剂的亲水亲油平衡值为5-10。
进一步地，所述烧结的烧结温度为250摄氏度，烧结时间为至少4小时。
本发明提供的改质聚四氟乙烯颗粒呈核壳结构，包括核心层(聚四氟乙烯颗粒颗粒)、包覆所述核心层的壳体层(二氧化硅)及一接枝在所述壳体层的外表面上的改质剂层(硅烷偶联剂)。由于所述普通聚四氟乙烯颗粒本身就具有优良的耐热性及耐化性，所述壳体层(二氧化硅)的形成利于所述硅烷偶联剂结合于其上，而所述硅烷偶联剂可提高所述改质聚四氟乙烯颗粒与树脂的相容性，因此，将所述改质聚四氟乙烯颗粒加入到树脂中，不仅可以增加普通聚四氟乙烯颗粒的分散性及与树脂的相容性，还可以改善组合物的耐热性及耐化性。
附图说明
图1为本发明提供的一种改质聚四氟乙烯颗粒的剖视图。
主要元件符号说明
改质聚四氟乙烯颗粒 100
核心层 10
壳体层 20
改质剂层 30
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
为能进一步阐述本发明达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图1及较佳实施方式，对本发明提供的改质聚四氟乙烯颗粒及改质聚四氟乙烯颗粒的制备方法的具体实施方式、结构、特征及其功效，作出如下详细说明。
请参阅图1，本发明提供一种改质聚四氟乙烯颗粒，其中，所述改质聚四氟乙烯颗粒可应用在橡胶、塑料、粘合剂、涂料等领域，用于改善橡胶、塑料、粘合剂、涂料等的相容性、分散性、耐热性及耐化性。
所述改质聚四氟乙烯颗粒100为核壳结构。具体地，所述改质聚四氟乙烯颗粒100包括一核心层10、一包覆所述核心层10的壳体层20及一接枝在所述壳体层20的外表面上的改质剂层30。
其中，所述核心层10为普通聚四氟乙烯颗粒。
其中，所述壳体层20用于对所述核心层10进行改质，以便于接枝所述改质剂层30。
其中，所述壳体层20的材质为二氧化硅(SiO2)，更具体的，所述壳体层20的材质为纳米级二氧化硅(SiO2)。
其中，所述改质剂层30为硅烷偶联剂。即，所述改质聚四氟乙烯颗粒100具有“普通聚四氟乙烯颗粒-二氧化硅-硅烷偶联剂”核壳结构。
所述硅烷偶联剂的化学通式为：Y-R-Si(OR)3。其中，所述硅烷偶联剂通过硅烷氧基SiOR-键合于所述壳体层20，而所述硅烷偶联剂的有机官能团Y-能够提高所述改质聚四氟乙烯颗粒100与树脂之间的相容性。再者，所述硅烷偶联剂还能阻止纳米级二氧化硅颗粒之间相互团聚，改善所述改质聚四氟乙烯颗粒100的分散性。
其中，所述硅烷偶联剂可以选自但并不局限于3-氨丙基三甲氧基硅烷(3-aminopropyltrimethoxysilane)、N-(2-甲基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷(N-(2-methyl)-3-aminopropyltrimethoxysilane)、N-氨乙基-3-氨丙基三甲氧基硅烷(N-(2-aminoethyl)-(3-aminopropyltrimethoxysilane)、3-巯丙基三甲氧基硅烷(3-merraptnpropyltrimethoxysilane)、3-氯丙基三甲氧基硅烷(3-chloropropyltrimethoxysilane)、3-氰丙基三甲氧基硅烷(3-cyanopropyltrimethoxysilane)、乙烯基三甲氧基硅烷(vinyltrimethoxysilane)中的至少一种。
具体地，所述3-氨丙基三甲氧基硅烷的化学结构式为：
Figure BDA0001759482330000051
；所述N-(2-甲基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷的化学结构式为：；所述N-氨乙基-3-氨丙基三甲氧基硅烷的化学结构式为：
Figure BDA0001759482330000053
；所述3-巯丙基三甲氧基硅烷的化学结构式为：
Figure BDA0001759482330000054
；所述3-氯丙基三甲氧基硅烷的化学结构式为：
Figure BDA0001759482330000055
；所述3-氰丙基三甲氧基硅烷的化学结构式为：
Figure BDA0001759482330000056
；所述乙烯基三甲氧基硅烷的化学结构式为：
Figure BDA0001759482330000057
。
在本实施例中，所述硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷。
本发明还提供一种改质聚四氟乙烯颗粒的制备方法，其包括如下步骤：
第一步，将普通聚四氟乙烯颗粒加入水中，并加入表面活性剂及PH调节液，以在所述普通聚四氟乙烯颗粒的表面形成一表面活性剂层；之后加入二氧化硅颗粒，以在表面活性剂层的表面吸附二氧化硅颗粒层，从而得到包括“普通聚四氟乙烯颗粒-表面活性剂-二氧化硅”初级核壳结构的混合溶液。
其中，所述表面活性剂层用于改善所述普通聚四氟乙烯颗粒的界面状态，以便于吸附所述二氧化硅颗粒。
在本实施例中，所述表面活性剂的亲水亲油平衡值(Hydrophile-LipophileBalance,HLB)为5-10。
其中，所述二氧化硅通过分子间作用力(范德华力)吸附在所述表面活性剂层的外表面。
第二步，低温烧结上述混合溶液，从而得到初步改质聚四氟乙烯颗粒。
其中，在烧结过程中，所述混合溶液中的水被蒸发掉，所述表面活性剂层裂解掉，使得所述“普通聚四氟乙烯颗粒-表面活性剂-二氧化硅”初级核壳结构转变为“普通聚四氟乙烯颗粒-二氧化硅”的核壳结构。即，所述初步改质聚四氟乙烯颗粒具有“普通聚四氟乙烯颗粒-二氧化硅”的核壳结构。
具体地，所述烧结过程中，烧结温度为250摄氏度，烧结时间至少为4小时。
第三步，提供一硅烷偶联剂溶液，并将所述初步改质聚四氟乙烯颗粒浸入所述硅烷偶联剂溶液中，以在所述初步改质聚四氟乙烯颗粒的外表面吸附所述硅烷偶联剂，从而得到具有“普通聚四氟乙烯颗粒-二氧化硅-硅烷偶联剂”核壳结构的所述改质聚四氟乙烯颗粒100100。
所述硅烷偶联剂的化学通式为：Y-R-Si(OR)3。其中，所述硅烷偶联剂通过硅烷氧基SiOR-键合于所述壳体层20，而所述硅烷偶联剂的有机官能团Y-能够提高所述改质聚四氟乙烯颗粒100与树脂之间的相容性。再者，所述硅烷偶联剂还能阻止纳米级二氧化硅颗粒之间相互团聚，改善所述改质聚四氟乙烯颗粒100的分散性。
其中，所述硅烷偶联剂可以选自但并不局限于3-氨丙基三甲氧基硅烷(3-aminopropyltrimethoxysilane)、N-(2-甲基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷(N-(2-methyl)-3-aminopropyltrimethoxysilane)、N-氨乙基-3-氨丙基三甲氧基硅烷(N-(2-aminoethyl)-(3-aminopropyltrimethoxysilane)、3-巯丙基三甲氧基硅烷(3-merraptnpropyltrimethoxysilane)、3-氯丙基三甲氧基硅烷(3-chloropropyltrimethoxysilane)、3-氰丙基三甲氧基硅烷(3-cyanopropyltrimethoxysilane)、乙烯基三甲氧基硅烷(vinyltrimethoxysilane)中的至少一种。
具体地，所述3-氨丙基三甲氧基硅烷的化学结构式为：；所述N-(2-甲基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷的化学结构式为：
Figure BDA0001759482330000072
；所述N-氨乙基-3-氨丙基三甲氧基硅烷的化学结构式为：
Figure BDA0001759482330000073
；所述3-巯丙基三甲氧基硅烷的化学结构式为：
Figure BDA0001759482330000074
；所述3-氯丙基三甲氧基硅烷的化学结构式为：
Figure BDA0001759482330000075
；所述3-氰丙基三甲氧基硅烷的化学结构式为：
Figure BDA0001759482330000076
；所述乙烯基三甲氧基硅烷的化学结构式为：
Figure BDA0001759482330000077
。
在本实施例中，所述硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷。
下面通过实施例及比较例来对本发明进行具体说明。
实施例1
提供100g的树脂及30g的改质聚四氟乙烯颗粒，并将所述改质聚四氟乙烯颗粒加入到所述树脂中得到一组合物，将所述组合物涂布成膜；观察是否有产生大颗粒聚集或颜色不均等状况，以测其兼容性与分散性；以手指触摸其膜的表面,确认表面粗糙程度，以测其滑顺感；在膜的表面滴上有机溶剂或置于烘箱烘烤，确认膜面是否产生变化，以耐热耐化性。
比较例1
提供100g的树脂及30g的普通聚四氟乙烯颗粒，并将所述普通聚四氟乙烯颗粒加入到所述树脂中得到一组合物，将所述组合物涂布成膜；观察是否有产生大颗粒聚集或颜色不均等状况，以测其兼容性与分散性；以手指触摸其膜的表面,确认表面粗糙程度，以测其滑顺感；在膜的表面滴上有机溶剂或置于烘箱烘烤，确认膜面是否产生变化，以耐热耐化性。
比较例2
提供100g的树脂及30g的PE蜡，并将所述PE蜡加入到所述树脂中得到一组合物，将所述组合物涂布成膜；观察是否有产生大颗粒聚集或颜色不均等状况，以测其兼容性与分散性；以手指触摸其膜的表面，确认表面粗糙程度，以测其滑顺感；在膜的表面滴上有机溶剂或置于烘箱烘烤，确认膜面是否产生变化，以耐热耐化性。
测试结果请参照表1的性能检测数据。
表1
由表一可以看出，相较于比较例1-2的组合物，本发明实施例1中的组合物的树脂相容性、分散性、顺滑感、耐热性及耐化性均具有优势。相比于比较例1的组合物，本发明实施例1中的组合物的树脂相容性及分散性具有优势。相比于比较例2的组合物，本发明实施例1中的组合物的耐热性及耐化性具有优势。因此，本发明提供的改质聚四氟乙烯颗粒具有较好的树脂相容性、分散性、顺滑感、耐热性及耐化性。
本发明还提供一种组合物，所述组合物可以为橡胶、塑料、粘合剂、涂料等。其中，所述组合物至少包括树脂及分散在所述树脂中的所述改质聚四氟乙烯颗粒。其中，所述改质聚四氟乙烯颗粒用于改善所述树脂的相容性、分散性、耐热性及耐化性。
其中，在所述组合物中，所述改质聚四氟乙烯颗粒所占的质量百分比为：0.5％-40％。
所述改质聚四氟乙烯颗粒包括一核心层10、一包覆所述核心层10的壳体层20及一接枝在所述壳体层20的外表面上的改质剂层30。
其中，所述核心层10的材质为普通聚四氟乙烯颗粒。
其中，所述壳体层20用于对所述核心层10进行改质，以便于接枝所述改质剂层30。
其中，所述壳体层20的材质为二氧化硅(SiO2)，更具体的，所述壳体层20的材质为纳米级二氧化硅。
其中，所述改质剂层30为硅烷偶联剂。
即，所述改质聚四氟乙烯颗粒100具有“普通聚四氟乙烯颗粒-二氧化硅-硅烷偶联剂”核壳结构。
其中，所述硅烷偶联剂的化学通式为：Y-R-Si(OR)3。其中，所述硅烷偶联剂通过硅烷氧基SiOR-键合于所述壳体层20，而所述硅烷偶联剂的有机官能团Y-能够提高所述改质聚四氟乙烯颗粒100与树脂之间的相容性。再者，所述硅烷偶联剂还能阻止纳米级二氧化硅颗粒之间相互团聚，改善所述改质聚四氟乙烯颗粒100的分散性。
其中，所述硅烷偶联剂可以选自但并不局限于3-氨丙基三甲氧基硅烷(3-aminopropyltrimethoxysilane)、N-(2-甲基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷(N-(2-methyl)-3-aminopropyltrimethoxysilane)、N-氨乙基-3-氨丙基三甲氧基硅烷(N-(2-aminoethyl)-(3-aminopropyltrimethoxysilane)、3-巯丙基三甲氧基硅烷(3-merraptnpropyltrimethoxysilane)、3-氯丙基三甲氧基硅烷(3-chloropropyltrimethoxysilane)、3-氰丙基三甲氧基硅烷(3-cyanopropyltrimethoxysilane)、乙烯基三甲氧基硅烷(vinyltrimethoxysilane)中的至少一种。
具体地，所述3-氨丙基三甲氧基硅烷的化学结构式为：
Figure BDA0001759482330000101
；所述N-(2-甲基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷的化学结构式为：
Figure BDA0001759482330000111
；所述N-氨乙基-3-氨丙基三甲氧基硅烷的化学结构式为：
Figure BDA0001759482330000112
；所述3-巯丙基三甲氧基硅烷的化学结构式为：
Figure BDA0001759482330000113
；所述3-氯丙基三甲氧基硅烷的化学结构式为：
Figure BDA0001759482330000114
；所述3-氰丙基三甲氧基硅烷的化学结构式为：；所述乙烯基三甲氧基硅烷的化学结构式为：
Figure BDA0001759482330000116
。
在本实施例中，所述硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷。
本发明提供的改质聚四氟乙烯颗粒100呈核壳结构，包括核心层10(普通聚四氟乙烯颗粒颗粒)、包覆所述核心层10的壳体层20(二氧化硅)及一接枝在所述壳体层20的外表面上的改质剂层(硅烷偶联剂)。由于所述普通聚四氟乙烯颗粒本身就具有优良的耐热性及耐化性，所述壳体层20(二氧化硅)的形成利于所述硅烷偶联剂结合于其上，而所述硅烷偶联剂可提高所述改质聚四氟乙烯颗粒100与树脂的相容性，因此，将所述改质聚四氟乙烯颗粒加入到树脂中，不仅可以增加普通聚四氟乙烯颗粒的分散性及与树脂的相容性，还可以改善组合物的耐热性及耐化性。
以上所述，仅是本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明任何形式上的限制，虽然本发明已是较佳实施方式揭露如上，并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施方式，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种改质聚四氟乙烯颗粒，其特征在于，所述改质聚四氟乙烯颗粒为核壳结构，所述改质聚四氟乙烯颗粒包括一核心层、一包覆所述核心层的壳体层以及一接枝在所述壳体层的外表面上的改质剂层，所述核心层为聚四氟乙烯颗粒，所述壳体层为二氧化硅，所述改质剂为硅烷偶联剂。
2.如权利要求1所述的改质聚四氟乙烯颗粒，其特征在于，所述壳体层为纳米级二氧化硅。
3.如权利要求1所述的改质聚四氟乙烯颗粒，其特征在于，硅烷偶联剂选自3-氨丙基三甲氧基硅烷、N-(2-甲基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷、N-氨乙基-3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-巯丙基三甲氧基硅烷、3-氯丙基三甲氧基硅烷、3-氰丙基三甲氧基硅烷以及乙烯基三甲氧基硅烷中的至少一种。
4.一种组合物，其包括树脂及如权利要求1-3任一项所述的改质聚四氟乙烯颗粒，所述改质聚四氟乙烯颗粒分散在所述树脂中。
5.如权利要求4所述的组合物，其特征在于，在所述组合物中，所述改质聚四氟乙烯颗粒的质量百分比为0.5％-40％。
6.一种改质聚四氟乙烯颗粒的制备方法，包括如下步骤：
将聚四氟乙烯颗粒加入水中，并加入二氧化硅颗粒，从而使所述二氧化硅吸附于所述聚四氟乙烯颗粒的表面以形成一壳体层，从而得到一初级核壳结构；及
提供一硅烷偶联剂溶液，并将所述初级核壳结构加入所述硅烷偶联剂溶液中，使所述硅烷偶联剂接枝于所述初级核壳结构表面以形成一改质剂层，从而得到所述改质聚四氟乙烯颗粒。
7.如权利要求6所述的改质聚四氟乙烯颗粒的制备方法，其特征在于，在加入所述二氧化硅之前，还包括步骤：在所述水中加入表面活性剂及PH调节液，以在所述聚四氟乙烯颗粒的表面形成一表面活性剂层。
8.如权利要求7所述的改质聚四氟乙烯颗粒的制备方法，其特征在于，在“得到包括“普通聚四氟乙烯颗粒-表面活性剂-二氧化硅”初级核壳结构的混合溶液”的步骤之后，还包括步骤：低温烧结上述混合溶液，从而得到初步改质聚四氟乙烯颗粒，所述初步改质聚四氟乙烯颗粒具有“普通聚四氟乙烯颗粒-二氧化硅”核壳结构。
9.如权利要求7所述的改质聚四氟乙烯颗粒的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂的亲水亲油平衡值为5-10。
10.如权利要求8所述的改质聚四氟乙烯颗粒的制备方法，其特征在于，所述烧结的烧结温度为250摄氏度，烧结时间为至少4小时。
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