水性含氟聚合物分散体及制备方法和使用技术

本发明专利技术涉及水性含氟聚合物分散体及制备方法和使用。所述含氟聚合物分散体是通过以下方法制备的，该方法包括：在存在pH依赖性表面活性剂的情况下使水性含氟聚合物分散体与阴离子交换树脂接触，以移除氟化乳化剂的至少一部分；以及通过使分散体的pH值降低至pH依赖性表面活性剂处于阳离子形式时的程度来引发凝结。所述制备方法用于制备包含凝结的含氟聚合物的组合物。本发明专利技术的水性含氟聚合物分散体可具有含量降低的氟化乳化剂，并且本发明专利技术可用于涂覆基底、以及用于轴承和电极。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及在存在一种或多种pH值依赖性表面活性剂的情况下用阴离子交换树脂减少含氟聚合物分散体中氟化乳化剂的量的方法。本专利技术还涉及含有PH依赖性表面活性剂但不含或仅含少量氟化乳化剂的含氟聚合物分散体，以及涉及这些分散体的使用。
技术介绍
含氟聚合物(即具有氟化主链的聚合物)一直以来为人们所熟知，并且由于其具有可取的特性(例如耐热性、耐化学性、耐候性、紫外稳定性等)而被用于多种应用中。例如，多种含氟聚合物在由John kheirs (编辑)编著的“Modern Fluoropolymers”(现代含氟聚合物)(Wiley Science 1997)中有所描述。含氟聚合物可以具有部分氟化的主链 (通常至少40重量％被氟化)或完全氟化的主链。含氟聚合物的特别实例包括聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯(TFE)与六氟丙烯(HFP)的共聚物(通常称为FEP)、全氟烷氧基共聚物(PFA)、乙烯-四氟乙烯(ETFE)共聚物、四氟乙烯、六氟丙烯与偏二氟乙烯的三元共聚物 (THV)以及聚偏氟乙烯聚合物(PVDF)。含氟聚合物可用于涂布或浸渍基底从而使其具有可取的特性，例如耐化学性、耐侯性、拒水性和拒油性等。例如，含氟聚合物的水性分散体可用于涂布或浸渍诸如金属、纤维、纺织物、玻璃纤维或纸张之类的基底。一种经常使用的制备含氟聚合物的水性分散体的方法涉及一个或多个氟化单体的水性乳液聚合反应。通常，在聚合反应之后进行一个或多个浓缩步骤以增加原分散体中固体的含量。氟化单体的水性乳液聚合反应通常涉及乳化剂的使用。通常，乳化剂为全氟化阴离子表面活性剂。氟化乳化剂使水性介质中的含氟聚合物稳定并防止含氟聚合物在分散体中凝结。氟化乳化剂的典型实例为全氟羧酸，例如全氟辛酸及其盐，特别是全氟辛酸铵 (APFO)。氟化乳化剂通常为较昂贵的化合物，并且在一些情况下，已发现氟化乳化剂的可生物降解性很差。因此，已采取措施从水性含氟聚合物分散体中移除氟化乳化剂。WO 00/35971描述了一种方法，在该方法中通过使分散体与结合有(阴离子的)氟化乳化剂的阴离子交换树脂接触来减少水性分散体中氟化乳化剂的量。在离子交换之前向分散体中加入非离子表面活性剂，以在不存在氟化乳化剂的情况下稳定分散体中的含氟聚合物。所得到的没有乳化剂或乳化剂减少的含氟聚合物分散体可方便地用于将含氟聚合物从分散体中直接施加到基底的应用中。然而，在其中含氟聚合物不是从分散体中直接施用至基底的某些应用中，例如，在其中含氟聚合物作为凝结物(例如作为糊状物或固体)施加的应用中，避免或至少降低非离子表面活性剂的存在可能是期望的。在这些应用中，在施加至基底之前将含氟聚合物从分散体中分离，这通常是通过破坏分散体的稳定并将含氟聚合物从水性介质中分离(也称为相分离或凝结)来完成。然而，当采用诸如盐析(即通过加入盐或酸增加分散体的离子强度)、剪切力诱导凝结或溶剂诱导凝结(例如加入有机溶剂)之类的普通相分离技术时， 已观察到非离子表面活性剂抑制或阻碍相分离。与形成明显不同的相(聚合物相和水相) 相反，常常含有浆液。如果不管怎么样都从那些相分离较差的混合物中收集氟聚合物，那么它们通常含有相当大量的残留非离子表面活性剂和水，这些物质的存在会对用这些相分离较差的含氟聚合物所制备的涂层的物理特性产生影响。例如，由于表面活性剂的存在，含氟聚合物涂层可例如从环境湿度中吸收水分，从而导致在例如表面硬度、防水性、自润滑性或耐摩擦等方面的较差特性。
技术实现思路
期望提供一种使用使分散体稳定但由可从分散体中容易地移除的表面活性剂从含氟聚合物分散体中去除氟化乳化剂的方法，允许通过相分离(凝结)或两者从分散体中彻底或完全地分离含氟聚合物。另外，需要提供不含或仅含少量使含氟聚合物能有效且易于凝结的氟化表面活性剂的稳定水性含氟聚合物分散体。此外，需要提供从含少量氟化表面活性剂和少量非离子表面活性剂的水性分散体中凝结出来的含氟聚合物。在下文中，提供了一种用于降低含氟聚合物分散体中氟化乳化剂的量的方法。该方法包括在存在PH依赖性表面活性剂的情况下使分散体与阴离子交换树脂接触。取决于其存在于其中的分散体的PH值，pH依赖性表面活性剂实现阳离子或非离子形式。当该PH 依赖性表面活性剂为其非离子型时，其能使分散体稳定。在表面活性剂为其非离子型的PH 值下，将分散体与阴离子交换树脂接触。在另一方面，提供了一种水性含氟聚合物分散体，该水性含氟聚合物分散体包含i)基于分散体的重量，约5重量％至约70重量％的含氟聚合物，以及ii)基于分散体的固体成分，至少约0. 02重量％的pH依赖性表面活性剂。此外，提供了一种制备含有凝结的含氟聚合物的组合物的方法，所述方法包括提供水性含氟聚合物分散体，该水性含氟聚合物分散体包含a)基于分散体的重量，约5重量％至约70重量％的含氟聚合物，b)基于分散体的固体成分，至少约0.02重量％的pH依赖性表面活性剂，并且其中分散体具有表面活性剂为其非离子型时的PH值；使分散体的pH值降低到表面活性剂为其阳离子形式时的程度，使分散体凝结。另外，还提供了包含可通过上述方法获得的凝结的含氟聚合物的电极或轴承。具体实施例方式含氟聚合物待从其中移除氟化乳化剂或减少氟化乳化剂在其中的量的含氟聚合物分散体可以来自任何来源，但通常为通过具有氟化乳化剂的乳液聚合作用而获得的水性含氟聚合物分散体。水性含氟聚合物分散体的制备在本领域中已知并且在(例如)EP 0 030 663或美国专利US I^t. No. 3，142，665中有所描述。通常，原分散体(即乳液聚合反应后直接获得的分散体)包含约5重量％至约35重量％的含氟聚合物。浓缩的分散体(即含氟聚合物含量在约35重量％和约70重量％之间的分散体)通常在单独的浓缩步骤中，通过(例如) 超滤、蒸发、热滗析或电滗析浓缩原分散体获得。本文所述的在分散体中所含有的含氟聚合物包含可熔融加工的含氟聚合物以及不可熔融加工的含氟聚合物。不可熔融加工的含氟聚合物的实例包括聚四氟乙烯(PTFE)和所谓的改性PTFE， 所谓的改性PTFE是用微量(例如基于PTFE最多或小于1重量％ )的另一个氟化单体(例如六氟丙烯或全氟化乙烯基醚)改性或与其共聚的四氯乙烯的聚合物。可熔融加工的含氟聚合物包括所谓的含氟热塑性塑料。含氟热塑性塑料通常具有明显的熔点。另外，含氟聚合物可包括所谓的微粉，其通常为低分子量的聚四氟乙烯。由于PTFE 具有低分子量，所以微粉是可熔融加工的。分散体的含氟聚合物还可以是无定形的，包括一经固化即产生含氟弹性体的那些。含氟弹性体具有弹性体的特性。这意味着聚合物可被拉伸并且当不再施加拉伸聚合物所需的力时即可保持其原有的长度。通常，无定形的含氟聚合物没有熔点或没有明显的熔点ο合适的含氟聚合物的实例包括基于四氟乙烯(TFE)的聚合物，例如TFE均聚物 (PTFE)或TFE共聚物。TFE共聚物可以是具有包含至少一个不饱和碳-碳官能团的单体的共聚物。这些单体可不被氟化，例如乙烯(E)或丙烯(P)，或者它们可被氟化，例如偏二氟乙烯(VDF)、六氟丙烯(HFP)或两种情况都可以。合适的含氟聚合物的其他实例为VDF基均聚物或共聚物、氯三氟乙烯(CTFE)基均聚物或共聚物。另外的实例为改性的PTFE、微粉、VDF 本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·C·达达拉斯，克劳斯·欣策，路德维希·迈尔，蒂尔曼·C·齐普莱斯，詹姆斯·A·麦克唐奈，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：