CN116179026A - 一种不饱和酸酐改性的含氟聚合物粉末涂料及其制备方法 - Google Patents

一种不饱和酸酐改性的含氟聚合物粉末涂料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种不饱和酸酐改性的含氟聚合物粉末涂料及其制备方法,所述含氟聚合物粉末涂料由含氟单体、共聚单体和不饱和酸酐在分散剂、链转移剂、引发剂和助溶剂的作用下发生聚合反应,反应液再经酸溶液处理制备而成;所述含氟单体选自四氟乙烯或三氟氯乙烯;所述共聚单体选自六氟丙烯、乙烯、全氟烷基乙烯基醚、六氟异丁烯中的一种或两种。本发明所述含氟聚合物粉末涂料经过不饱和酸酐改性后,粘结强度可提高30%以上,同时含氟聚合物粉末涂料的其它性能基本保持不变,并且在用于静电喷涂时,加工工艺更简单,涂层均匀,没有出现鼓泡现象,加工性能优异。

Description

一种不饱和酸酐改性的含氟聚合物粉末涂料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域,具体涉及一种不饱和酸酐改性的含氟聚合物粉末涂料及其制备方法。
背景技术
含氟聚合物是一类由含氟单体通过均聚或者含氟单体与其它单体(包括含氟单体和非氟单体)共聚而成的高分子材料,具有优良的耐腐蚀、耐高低温、自阻燃等性能,在航空、汽车、石油和化工等领域得到了广泛的应用。目前商业化应用的含氟高分子材料有聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚全氟乙丙烯(FEP)、可熔性聚四氟乙烯(PFA)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)、乙烯-三氟氯乙烯共聚物(ECTFE)等。其中FEP粉料、PFA粉料、ETFE粉料和ECTFE粉料都是一种良好的涂层材料,均可以应用静电喷涂工艺在基体材料(主要是金属基材)表面进行喷涂,做成底漆。
然而,作为高性能的涂层材料,它们也存在缺陷,由于它们的不粘型,使含氟高分子材料与其它材料之间无法形成良好的界面结合层,长期使用会出现严重的剥离现象,因而限制了它们的使用,尤其是全氟聚合物,如FEP和PFA,分子结构中不含有C-H键,它们对金属基体材料的粘合性能更差。为了改善含氟树脂的粘结性,一般都采取共混改性和共聚改性的方法。
中国专利申请CN101594944A在含氟树脂中加入了粘合剂(聚醚砜、聚苯硫醚、聚亚芳基醚酮、聚苯并咪唑、液晶聚合物)以提高底漆层的附着力。这种共混改性存在的主要问题是共混粘合剂无法保证它们在氟树脂的均匀分散,这样就可能降低涂层的性能,CN108485389B公布了一种含氟聚合物粉末涂料的制备方法,它是将含氟聚合物、聚多巴胺包覆改性的硬质助剂和聚多巴胺复合体。按照一定比例混合而成的该涂料,用做金属基材的底漆,这种方法的缺点是除分散性差以外,还存在过程复杂、脂肪族族化合物的添加会影响涂层的耐热性和耐溶剂性等缺点。而且从机理上来讲,共混增加粘结性是依靠分子间的作用力,我们知道,分子间的作用力的要小于化学键。
中国专利申请CN105440198A采用共聚改性的方式在ETFE中引入极性基团(醚类或酯类)来改善ETFE的粘合力,这种方法制得的聚合物粘结力仍然偏低,最高不超过专利公布号CN112812217A公布了高剥离力高透明度的含氟聚合物及其制备方法,它采用四氟乙烯、六氟丙烯、乙烯和含氟丙烯酸单体四元共聚方式,制备的聚合物具有较高的剥离力和透明度,但是缺点是配方复杂,采用四元共聚,乙烯和含氟丙烯酸并不一定按照比例进行聚合反应。
因此,开发一种粘结性能好,同时又能保持含氟聚合物优异的耐溶剂性耐老化等本征性能的含氟聚合物粉末涂料很有必要。
发明内容
基于此,本发明的目的在于提供一种不饱和酸酐改性的含氟聚合物粉末涂料,其兼具优异的粘结性能、耐老化性能和加工性能。
为达到上述目的,本发明采用如下技术方案。
一种含氟聚合物粉末涂料,所述含氟聚合物粉末涂料由含氟单体、共聚单体和不饱和酸酐在分散剂、链转移剂、引发剂和助溶剂的作用下发生聚合反应,反应液再经酸溶液处理制备而成;
所述含氟单体选自四氟乙烯、三氟氯乙烯中的至少一种;所述共聚单体选自六氟丙烯、乙烯、全氟烷基乙烯基醚、六氟异丁烯中的至少一种;
所述含氟单体、共聚单体、不饱和酸酐、分散剂、链转移剂、引发剂和助溶剂的质量比为100:(5~50):(0.05~2):(0.1~5):(0.001~2):(0.01~0.5):(0~20)。
在一些优选的实施例中,所述含氟单体与不饱和酸酐的质量比为100:(0.2~2)。
更优选的,所述含氟单体与不饱和酸酐的质量比为100:(0.5~1.8)。
在一些实施例中,所述不饱和酸酐选自衣康酸酐、钠迪克酸酐、甲基钠迪克酸酐中的至少一种。
在一些实施例中,所述全氟烷基乙烯基醚选自全氟甲基乙烯基醚、全氟乙基乙烯基醚、全氟正丙基乙烯基醚、全氟正丁基乙烯基醚中的至少一种。
在一些实施例中,所述分散剂选自全氟辛酸铵、甲基纤维素、全氟-2,5-二甲基-3,6-二氧杂壬羧酸铵中的至少一种。
在一些实施例中,所述链转移剂选自甲烷、乙烷、丙烷、甲醇、乙醇、丙醇、正丁醇中的至少一种。
在一些实施例中,所述引发剂选自过硫酸钾、过硫酸铵、过氧化二碳酸二异丙酯、二叔丁基过氧化物、过硫酸钾-亚硫酸氢钾、高锰酸钾-草酸中的至少一种。所述引发剂可以一次性加入,也可以分批多次均匀加入。
在一些实施例中,所述助溶剂选自全氟烷烃、氟代烷烃、全氟聚醚、全氟己烷、全氟庚烷、五氟乙烷中的至少一种。
在一些实施例中,所述酸溶液选自盐酸、硝酸、醋酸、草酸中的至少一种。
在一些优选的实施例中,所述酸溶液选自醋酸。
在一些实施例中,所述酸溶液与不饱和酸酐的质量比为(20-200):100。
在一些实施例中,所述聚合反应的温度为20~120℃。
在一些实施例中,所述聚合反应的温度为35~105℃。
在一些实施例中,所述聚合反应的压力为1~4MPa。
在一些实施例中,所述聚合反应的压力为1.5~3.5MPa。
本发明还提供了上述含氟聚合物粉末涂料的制备方法,包括以下步骤:向反应容器中加入水、分散剂、助溶剂,然后抽真空,测氧含量,氧含量合格后,利用负压将所述不饱和酸酐、共聚单体、链转移剂、引发剂、含氟单体加入反应容器中进行反应;反应结束后,降温,得到乳液或悬浮液;向所述乳液或悬浮液中加入酸溶液,搅拌,得到粉料;将所述粉料烘干、辊压、粉碎和筛分,得所述含氟聚合物粉末涂料。
在一些实施例中,所述聚合反应的温度为20~120℃。
在一些实施例中,所述聚合反应的压力为1~4MPa。
在一些实施例中,加入酸溶液后搅拌时间为60~120min。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
本发明创新性地利用不饱和酸酐作为改性单体用于制备含氟聚合物粉末涂料,并优化获得了相应的不饱和酸酐改性含氟聚合物粉末涂料配方和制备方法。本发明改性方法可以在所述含氟聚合物粉末涂料上引入少量的亲水基团羧基,从而显著增加所述含氟聚合物粉末涂料与基材之间的粘接力。与不经不饱和酸酐改性的同种含氟聚合物粉末涂料相比,本发明所述含氟聚合物粉末涂料的粘结强度可提高30%以上,同时含氟聚合物粉末涂料的性能基本保持不变,并且在用于静电喷涂时,加工工艺更简单,涂层均匀,没有出现鼓泡现象,加工性能优异。
具体实施方式
本发明下列实施例中未注明具体条件的实验方法,通常按照常规条件,或按照制造厂商所建议的条件。实施例中所用到的各种常用化学试剂,均为市售产品。
除非另有定义,本发明所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不用于限制本发明。
本发明的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形,意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤的过程、方法、装置、产品或设备没有限定于已列出的步骤或模块,而是可选地还包括没有列出的步骤,或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤。
在本发明中提及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”,描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关系,例如,A和/或B,可以表示:单独存在A,同时存在A和B,单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
下面结合具体实施例进行说明。
本发明所述含氟聚合物粉末涂料的粉料粒径为5-400μm,粉料粒径的大小可以实际需要进行生产。
实施例1
本实施例提供一种不饱和酸酐改性的含氟聚合物粉末涂料,其制备方法如下:
向100L的聚合釜中加入60L的水,600g的全氟辛酸铵(质量浓度为40%),2kg全氟庚烷,然后抽真空测氧含量,氧含量合格后,利用负压将356g的甲基钠迪克酸酐和1200g的PPVE分别吸入聚合釜中,升温到70℃后,加入100克正丁醇,最后一次性加入1600g质量分数为2.5%的过硫酸铵引发剂,不断通入TFE单体,保持系统压强在2.2Mpa,温度维持在70℃附近,聚合反应结束后,测定TFE单体的消耗量为20kg。待温度降至40℃左右,将单体放空回收,再将反应后的乳液放入中间釜,然后向其中加入360g冰醋酸,维持温度不变,开动搅拌,75min后,停止搅拌,收集粉料并用纯水洗涤3-5次,直至洗涤水的电导率≤2us/cm,然后将粉料烘干、辊压、筛分,得到所述不饱和酸酐改性的含氟聚合物粉末涂料。
实施例2
本实施例提供一种不饱和酸酐改性的含氟聚合物粉末涂料,其制备方法如下:
在不锈钢100L聚合釜中,加入60L的去离子水,加入600g的全氟辛酸铵(质量浓度为40%),处理聚合釜氧含量合格,然后在聚合釜内抽成真空后,吸入324g钠迪克酸酐,开启聚合釜搅拌,然后用压缩机加入初始单体混合物,加入的初始单体混合物中四氟乙烯与六氟丙烯的摩尔比为1:3,升温至100℃,恒定反应压力在3.3MPa,加入100mL2.5%的过硫酸铵引发剂,然后用压缩机不断往聚合釜中打入补加单体,补加单体中四氟乙烯与六氟丙烯的摩尔比为18:1,在加入补加单体的同时,持续加入1500mL2.5%的过硫酸铵补加引发剂,反应3小时后,停止搅拌,聚合反应结束后,测定TFE单体的消耗量为21kg。将未反应的单体放空回收,再将反应后的乳液放入中间釜,然后向其中加入360g冰醋酸,维持温度不变,开动搅拌,75min后,停止搅拌,收集粉料并用纯水洗涤3-5次,直至洗涤水的电导率≤2us/cm,然后将粉料烘干、辊压、筛分,得到所述不饱和酸酐改性的含氟聚合物粉末涂料。
实施例3
本实施例提供一种不饱和酸酐改性的含氟聚合物粉末涂料,其制备方法如下:
在不锈钢100L聚合釜中,加入60L的去离子水,加入500g的全氟辛酸铵(质量浓度为40%),2kg全氟庚烷,处理聚合釜氧含量合格,然后在聚合釜内抽成真空后,吸入224g钠迪克酸酐和2150gPEVE,加入2000mL质量分数为3wt%的H2C2O4溶液,开启聚合釜搅拌,然后加入初始单体混合物,加入的初始单体混合物中四氟乙烯与乙烯的摩尔比为17:3,升温至40℃,恒定反应压力在2.5MPa,同时不断加入1200mL2.5%的KMnO4溶液,然后不断往聚合釜中打入补加单体,补加单体中四氟乙烯与乙烯的摩尔比为52:48,在加入补加单体的同时,反应3小时后,停止搅拌,聚合反应结束后,测定TFE单体的消耗量为15kg,将未反应的单体放空,再将反应后的乳液放入中间釜,然后向其中加入360g草酸,维持温度不变,开动搅拌,75min后,停止搅拌,收集粉料并用纯水洗涤3-5次,直至洗涤水的电导率≤2us/cm,然后将粉料烘干、辊压、筛分,得到所述不饱和酸酐改性的含氟聚合物粉末涂料。
对比例1
本对比例提供一种含氟聚合物粉末涂料,其制备方法除了不添加356g的甲基钠迪克酸酐外,其他同实施例1。
对比例2
本对比例提供一种含氟聚合物粉末涂料,其制备方法除了不添加324g钠迪克酸酐外,其他同实施例2。
对比例3
本对比例提供一种含氟聚合物粉末涂料,其制备方法除了不添加224g钠迪克酸酐外,其他同实施例3。
对上述实施例1~3和对比例1~3的熔点、熔融指数和粘结力进行测试。
测试方法如下:
1、熔点:ETFE和FEP的熔点根据ASTMD3418进行测试:根取5mg的ETFE或者FEP样品,放入样品池中,以10℃/min的速度从100℃升温到300℃,记录曲线的变化,二次熔融峰的最高点即为ETFE或者FEP的熔点;PFA的熔点根据ASTMD4591进行测试:根取5mg的PFA样品,放入样品池中,以10℃/min的速度从100℃升温到350℃,记录曲线的变化,二次熔融峰的最高点即为PFA的熔点。
2、熔融指数:FEP和PFA的熔融指数根据ASTM2116进行测试,测试条件:负荷为5kg砝码,测试温度为372℃;ETFE的熔融指数根据国际标准ASTM-1238进行测试,测试条件:负荷为5kg砝码,温度为297℃。
3、粘结力:按照ISO4624标准(粘附力拉脱实验)测定聚合物制备成为涂层后的粘结强度。在25℃和50%相对湿度下测定。
测试结果如表1所示:
表1测试结果
实施例或对比例 熔点(℃) 熔融指数(g/10min) 粘结力(N/cm)
实施例1 308 9.1 78
实施例2 265 12.4 76
实施例3 243 11.2 80
对比例1 306 8.9 50
对比例2 268 12.3 44
对比例3 248 11 58
上述结果表明,本发明制备获得的不饱和酸酐改性含氟聚合物粉末涂料(实施例1~3)在保持良好的熔点和熔融指数的情况下,其粘结力与同种条件下制备获得的不经改性的含氟聚合物粉末涂料(对比例1~3)相比至少提升30%,说明本发明使用不饱和酸酐改性的方法能明显提升含氟聚合物粉末涂料的粘结性能,同时作为含氟聚合物粉末涂料的其他性能基本保持不变。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对以上实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种含氟聚合物粉末涂料,其特征在于,所述含氟聚合物粉末涂料由含氟单体、共聚单体和不饱和酸酐在分散剂、链转移剂、引发剂和助溶剂的作用下发生聚合反应,反应液再经酸溶液处理制备而成;
所述含氟单体选自四氟乙烯、三氟氯乙烯中的至少一种;所述共聚单体选自六氟丙烯、乙烯、全氟烷基乙烯基醚、六氟异丁烯中的至少一种;
所述含氟单体、共聚单体、不饱和酸酐、分散剂、链转移剂、引发剂和助溶剂的质量比为100:(5~50):(0.05~2):(0.1~5):(0.001~2):(0.01~0.5):(0~20)。
2.如权利要求1所述的含氟聚合物粉末涂料,其特征在于,所述含氟单体与不饱和酸酐的质量比为100:(0.2~2)。
3.如权利要求1所述的含氟聚合物粉末涂料,其特征在于,所述不饱和酸酐选自衣康酸酐、钠迪克酸酐、甲基钠迪克酸酐中的至少一种。
4.如权利要求1所述的含氟聚合物粉末涂料,其特征在于,所述全氟烷基乙烯基醚选自全氟甲基乙烯基醚、全氟乙基乙烯基醚、全氟正丙基乙烯基醚、全氟正丁基乙烯基醚中的至少一种。
5.如权利要求1所述的含氟聚合物粉末涂料,其特征在于,所述分散剂选自全氟辛酸铵、甲基纤维素、全氟-2,5-二甲基-3,6-二氧杂壬羧酸铵中的至少一种;和/或;
所述链转移剂选自甲烷、乙烷、丙烷、甲醇、乙醇、丙醇、正丁醇中的至少一种;和/或;
所述引发剂选自过硫酸钾、过硫酸铵、过氧化二碳酸二异丙酯、二叔丁基过氧化物、过硫酸钾-亚硫酸氢钾、高锰酸钾-草酸中的至少一种;和/或;
所述助溶剂选自全氟烷烃、氟代烷烃、全氟聚醚、全氟己烷、全氟庚烷、五氟乙烷中的至少一种;和/或;
所述酸溶液选自盐酸、硝酸、醋酸、草酸中的至少一种。
6.如权利要求1所述的含氟聚合物粉末涂料,其特征在于,所述聚合反应的温度为20~120℃。
7.如权利要求1所述的含氟聚合物粉末涂料,其特征在于,所述聚合反应的压力为1~4MPa。
8.如权利要求1~7任一项所述的含氟聚合物粉末涂料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:向反应容器中加入水、分散剂、助溶剂,然后抽真空,测氧含量,氧含量合格后,利用负压将所述不饱和酸酐、共聚单体、链转移剂、引发剂、含氟单体加入反应容器中进行反应;反应结束后,降温,得到乳液或悬浮液;向所述乳液或悬浮液中加入酸溶液,搅拌,得到粉料;将所述粉料烘干、辊压、粉碎和筛分,得所述含氟聚合物粉末涂料。
9.如权利要求8所述的含氟聚合物粉末涂料的制备方法,其特征在于,所述聚合反应的温度为20~120℃。
10.如权利要求8所述的含氟聚合物粉末涂料的制备方法,其特征在于,所述聚合反应的压力为1~4MPa。
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