一种室温条件下六氟环氧丙烷可控聚合的方法技术

本发明专利技术属于六氟环氧丙烷的聚合领域，具体涉及室温条件下六氟环氧丙烷可控聚合的方法。所述方法在高沸点含氟溶剂中，使用碱金属氟化物、醚类溶剂、碳酰氟制备得到阴离子引发剂，引发六氟环氧丙烷制备六氟环氧丙烷聚合物。本发明专利技术所提供的方法，生产操作简单；使用的原料醚类溶剂和含氟溶剂与聚合产物的沸点差距很大，可以很容易分离，纯化后可以再次使用；聚合反应温度为0

【技术实现步骤摘要】
一种室温条件下六氟环氧丙烷可控聚合的方法


[0001]本专利技术属于六氟环氧丙烷的聚合领域，具体涉及室温条件下六氟环氧丙烷可控聚合的方法。

技术介绍

[0002]全氟聚醚是一类低分子量聚合物，最初是在20世纪60年代中期开发的。它们的分子结构仅包含碳、氟和氧，使得这些材料在极端条件下、存在腐蚀性化学品和氧化环境中的应用非常有用。PFPE是室温下挥发性极低的液体，其粘度与温度关系不大。此外，即使在非常高的剪切速率下，它们也几乎没有剪切变稀。并且这些神奇的液体几乎可以抵抗所有的氧化环境。其中K型全氟聚醚，即润滑油是六氟环氧丙烷在CsF催化作用下通过聚合形成的一系列支链聚合物，其合成方法和使用的单体都较为安全，并且因为润滑油的分子结构中有支链，同分子量状态下，其粘度较大，应用较为广泛。几十年来，工程师们一直依赖长效的高性能润滑油来减少组件故障、延长使用寿命和降低维护成本。
[0003]阴离子催化聚合法是以全氟环氧丙烷(HFPO)为原料，在非质子溶剂中以氟离子为催化剂，可得到含酰氟端基的全氟环氧丙烷齐聚物，其活泼酰氟端基再经稳定化处理可得全氟聚醚。主要商品有美国杜邦公司生产的Krytox。
[0004]目前，六氟环氧丙烷聚合的方法主要有以下3次改进：
[0005]1.通常K型全氟聚醚的制备采用阴离子聚合的方法，主要由美国杜邦公司研发制造的。1971年8月17日授予Milian等人的美国专利US3,600,409公开了一种通过氧化六氟丙烯合成六氟环氧丙烷的改进方法。通过加入一定量的有效抑制六氟丙酮形成的中性惰性芳族化合物来提高六氟丙烯环氧化物的收率。
[0006]2.1968年11月19日授予Arbogast的美国专利US3,412,148公开了一种聚合六氟环氧丙烷的改进方法，得到平均分子量至少约为5500的聚合物。该专利通过添加溶剂的方法降低整个体系的粘度，并提高进料速度，其得到的产物是具有高聚合度的六氟环氧丙烷聚合物。
[0007]3.1972年5月2日授予Hill等人的美国专利US3,660,315公开了一种进一步改进的聚合六氟环氧丙烷的方法，以得到基本上纯的双官能聚合物，其中聚合度高达约50。文中强调反应中温度需保持在溶剂的凝固点以上，通常为约+30至
‑
100℃，优选低于单体的沸点，并且仍更优选为
‑
30至
‑
60℃。
[0008]目前六氟环氧丙烷聚合反应往往使用六氟环氧丙烷或六氟环氧丙烷低聚物作为引发剂，这些聚合反应需要较低的聚合反应温度，需要大量能源和繁琐的操作来降低反应温度。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于提供一种室温条件下六氟环氧丙烷可控聚合的方法，所述方法操作简单，制备条件温和，并且产物六氟环氧丙烷聚合物与溶剂原料易于分离，聚合度易于控制。
[0010]为实现本专利技术的目的，提供以下技术方案。
[0011]一种室温条件下六氟环氧丙烷可控聚合的方法，在含氟溶液中，以阴离子引发剂引发六氟环氧丙烷进行阴离子聚合反应得到六氟环氧丙烷聚合物；
[0012]所述六氟环氧丙烷聚合物的通式为：
[0013][0014]其中，n为3至50的整数。
[0015]所述阴离子引发剂通过碳酰氟、碱金属氟化盐、醚类溶剂制备得到。
[0016]所述六氟环氧丙烷可控聚合方法的步骤主要包括：
[0017]S1：阴离子引发剂的制备：
[0018]在氮气保护条件下，向碱金属氟化盐中加入醚类溶剂，待金属氟化盐完全溶解后，边搅拌边导入碳酰氟进行反应，制备得到阴离子引发剂；
[0019]S2：阴离子聚合反应：
[0020]分别加入含氟溶剂和步骤S1制备得到的阴离子引发剂，在0
‑
30℃的条件下搅拌10
‑
30min后，再将聚合单体HFPO导入反应体系中，保持反应釜温度为0
‑
30℃。
[0021]步骤S3：分离产物：
[0022]待HFPO全部加入，阴离子聚合反应结束后，继续保持0
‑
30℃温度反应30
‑
120分钟，待反应釜压力恢复至常压，将反应器温度逐渐提高到常温，将未反应的HFPO、醚类溶剂和含氟溶剂排出后，收集HFPO聚合产物。
[0023]以碱金属氟化盐为CsF为例，所述阴离子引发剂制备的反应式如式(I)所示：
[0024]CsF+COF2→
CF3O
‑
Cs
+
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式(I)
[0025]使用碳酰氟作为引发剂起始原料，由于碳酰氟羰基位阻是所有全氟烷基酰氟最小，易于被氟离子亲核进攻，形成氧负离子，形成的CF3O
‑
离子亲核性最强，促进CF3O
‑
离子在室温下与六氟环氧丙烷进行阴离子聚合反应。
[0026]以阴离子引发剂为CF3O
‑
Cs
+
为例，所述阴离子聚合的反应式如式(II)所示：
[0027][0028]反应式(II)中n为3至50的整数。
[0029]优选的，所述步骤S1中，所述搅拌速度为20
‑
100转/分钟，所述反应温度为0
‑
30℃，碳酰氟的导入流速为2
‑
10mL/min，反应时间为0.5
‑
2h。
[0030]优选的，所述步骤S2中，所述HFPO的导入流速为2
‑
30mL/min，所述阴离子聚合反应时间为8～120h。所述聚合反应的温度更优选为10℃。
[0031]其中，所述碱金属氟化物为氟化钠、氟化钾、氟化铷、氟化铯、氟化钙的一种；优选为氟化钾和氟化铯中的一种。
[0032]其中，所醚类溶剂为乙醚、四氢呋喃、二氧六环、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚的一种；优选为乙二醇二甲醚和二乙二醇二甲醚中的一种。
[0033]其中，所述含氟溶剂为九氟丁基甲醚、七氟丁基乙醚、六氟丙烯二聚体、六氟丙烯三聚体、FC
‑
75、MFC
‑
365的一种；优选为六氟丙烯二聚体和六氟丙烯三聚体中的一种。所述含氟溶剂沸点高，可保证室温聚合时能溶解稀释全氟聚合物，促进阴离子聚合反应；同时所述含氟溶剂可以增加六氟环氧丙烷聚合物的溶解性，使其易于聚合，不发生链终止反应。
[0034]其中，引发剂中碱金属氟化物：醚类溶剂：碳酰氟的物摩尔比为1:(1～5)：(1～5)；优选为1:2:1。
[0035]所述阴离子引发剂与HFPO的摩尔比为(1～30)：(1～100)；
[0036]所述阴离子引发剂与含氟溶剂的摩尔比为1：(1～5)。
[0037]有益效果
[0038](1)本专利技术提供了一种室温条件下六氟环氧丙烷可控聚合的方法，所述方法以高沸点含氟溶剂为聚合溶剂，使用碱金属氟化物、醚类溶剂、碳酰本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种室温条件下六氟环氧丙烷可控聚合的方法，其特征在于，在含氟溶液中，以阴离子引发剂引发六氟环氧丙烷进行阴离子聚合反应得到六氟环氧丙烷聚合物；所述六氟环氧丙烷聚合物的通式为：其中，n为3至50的整数，所述阴离子引发剂通过碳酰氟、碱金属氟化盐、醚类溶剂制备得到。2.根据权利要求1所述的室温条件下六氟环氧丙烷可控聚合的方法，其特征在于，所述六氟环氧丙烷聚合方法的步骤主要包括：S1：阴离子引发剂的制备：在氮气保护条件下，向碱金属氟化盐中加入醚类溶剂，待金属氟化盐完全溶解后，边搅拌边导入碳酰氟进行反应，制备得到阴离子引发剂；S2：阴离子聚合反应：加入含氟溶剂和步骤S1制备得到的阴离子引发剂，在0
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30℃的条件下搅拌10～30min后，再将聚合单体HFPO导入反应体系中，保持反应釜温度0～30℃；步骤S3：分离产物：待HFPO全部加入，阴离子聚合反应结束后，继续保持0
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30℃温度反应30
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120分钟，待反应釜压力恢复至常压，将反应器温度逐渐提高到常温，将未反应的HFPO、溶剂和含氟溶剂排出后，收集HFPO聚合产物。3.根据权利要求2所述的室温条件下六氟环氧丙烷可控聚合的方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述搅拌速度为20
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100转/分钟，所述反应温度为0
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30℃，碳酰氟的导入流速为2
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10mL/min，反应时间为0.5
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【专利技术属性】
技术研发人员：陈梦瑶，杜冲冲，王聪聪，郭崇东，荣萌郁，
申请(专利权)人：山东东岳高分子材料有限公司，
类型：发明
国别省市：