氟聚合物组合物制造技术

本发明专利技术涉及一种生产氟聚合物组合物方法，该氟聚合物具有改进的化学、热学、以及颜色稳定性、以及水平降低的残余表面活性剂（含氟表面活性剂和非含氟表面活性剂两者）。此种改进，如通过总的可氧化碳（TOC）以及球粒黄色指数（YI）表示的，可以通过使用一种脱水挤出机按一种有成本效率的方式实现。该脱水挤出机将几种典型的单元操作结合到一个单一的操作中，所产生的固体聚合物具有显著减少的总的可氧化碳、更低的黄色指数、以及极小含量的表面活性剂。

【技术实现步骤摘要】
氟聚合物组合物专利
本专利技术涉及一种生产氟聚合物组合物的方法，该氟聚合物具有改进的化学、热学、和颜色稳定性、以及水平降低的残余表面活性剂（含氟表面活性剂和非含氟表面活性剂两者）。此种改进，如通过总的可氧化碳（TOC）以及球粒黄色指数（YI）来表示，可以通过使用脱水挤出机按一种有成本效益的方式实现。该脱水挤出机将几个典型的单元操作组合成为单一操作，产生的固体氟聚合物具有一种显著降低的总的可氧化碳、更低的黄色指数、以及最小量值的表面活性剂。专利技术背景氟聚合物总体上是通过一种水性分散方法制得的，该方法提供了一种用于控制聚合热的适当的散热件并且相对于在有机溶剂中进行的聚合反应可以得到高产率以及高分子量。为了实现稳定的分散体或乳液，必须使用一种适合的表面活性剂或乳化剂。一般使用氟化的表面活性剂，因为它们可以产生稳定的颗粒以及高分子量的氟聚合物。然而，典型地在氟聚合物的乳液聚合中使用的这些氟化的表面活性剂是昂贵的，如全氟辛酸的铵盐或全氟磺酸的盐类。它们可以导致与生物持久性相关的环境忧虑。此外，它们可以在熔融加工过程中分解，从而对该聚合物增加不希望的颜色。因此，所希望的是减小或最小化与这些最终固体聚合物产品保持在一起的含氟表面活性剂的量值。一些非氟化的表面活性剂也可以用于氟聚合物的聚合反应。这些表面活性剂并不具有与含氟表面活性剂相同的环境忧虑，但是它们对该聚合物的总的可氧化碳含量（TOC）有贡献。对于高纯度的应用（如在电子部件中）这是不希望的。TOC含量还可以在熔融加工过程中分解，从而对该聚合物增加不希望的颜色。在这些情况下，因此希望的是减少或最小化由于与这些最终固体聚合物产品保持在一起的非氟化的表面活性剂而造成的TOC量值。研究和发展方面的努力已经进入减少存在于一个最终氟聚合物中的含氟表面活性剂的水平。这些包括：蒸馏、离子交换、超滤、超临界抽提等等。US6,794,550披露了通过加入一种非氟化的表面活性剂、然后通过蒸馏去除蒸汽-挥发性含氟表面活性剂而从胶乳中去除含氟表面活性剂的一种方法。US6,593,416披露了一种类似的方法，其中将一种非含氟表面活性剂加入该氟聚合物胶乳中、随后与一种阴离子交换剂进行接触。US4,369,266披露了一种方法，是添加一种稳定剂、接着穿过一个半透膜进行超滤。US2006/0074178披露了将非离子型乳化剂添加到一种氟聚合物胶乳中，接着将一种液体含氟表面活性剂层进行加热和倾析。所有这些披露的方法都涉及到在去除含氟表面活性剂之后添加一种不同的乳化剂以便稳定该乳液，并且必须在之后进行另外的步骤来分离这些氟聚合物固体。这些另外的表面活性剂在最终产物中变成了添加的杂质。脱水挤出已经被用于乳液聚合物，并且在一个单、双螺杆挤出机单元操作中组合了以下这些步骤：凝结、洗涤、脱水、以及排气/脱气。US3,993,292、US4,148,991、US4,136,251、以及US6,287,470披露了使用脱水挤出、使用或者化学凝结剂或者剪切力以实现凝结。化学凝结剂的使用通过引入了多种杂质而负面地影响了该最终产品的纯度。由这些非相互配合的挤出机所传递的机械剪切对于氟聚合物的凝结和融化而言并不是有效的或者经济的。出人意料地是，已经发现通过一个蒸气凝结步骤来使用一个脱水挤出机提供了用于固体氟聚合物从一种水性分散体或悬浮体中分离的有效手段，并且所生成的氟聚合物含有极低水平的含氟表面活性剂以及其他杂质。该脱水过程可以在不使用另外的化学品的情况下产生氟聚合物固体，并且该氟聚合物在热加工过程中具有高的颜色稳定性（很少或没有变黄）。这些高纯度氟聚合物在电子设备、半导体、或医学领域中是尤其有用的。专利技术概述本专利技术涉及一种氟聚合物组合物，该组合物包括氟聚合物、以及从0.001到小于50ppm的残留含氟表面活性剂和/或低的TOC水平。本专利技术进一步涉及一种用于在氟聚合物的热加工过程中减少杂质、改进颜色稳定性的方法，包括以下步骤：a)将一种氟聚合物在水介质中进行聚合以便产生一种水性氟聚合物分散体或悬浮体；b)将所述水性氟聚合物组合物进料到一个脱水挤出机中，在其中进行凝结、洗涤、脱水、以及排气/脱气这些步骤，以便产生一种具有的残留表面活性剂是从0.001到小于50ppm的固体氟聚合物组合物。本专利技术进一步涉及一种用于形成氟聚合物复合材料的方法，该方法包括：a)将一种氟聚合物在水介质中进行聚合以便产生一种水性氟聚合物分散体或悬浮体；b)将从0.1到30重量百分比的其他材料添加到所述水性氟聚合物分散体或悬浮体中，所述重量百分比是基于氟聚合物和其他材料的总固体，以便形成一种水性氟聚合物复合材料组合物；c)将所述水性氟聚合物复合材料组合物进料到一个脱水挤出机，在其中进行凝结、洗涤、脱水、以及排气/脱气这些步骤，以便产生一种具有的残留表面活性剂是从0.001到小于50ppm的固体氟聚合物组合物。附图简要说明图1：图1是在本专利技术中使用的一种双螺杆挤出机的示意图。专利技术的详细说明本专利技术涉及使用一种单、双螺杆脱水挤出机、由一种基于水的氟聚合物悬浮体或分散体来生产一种固体的、干燥的、具有低水平杂质的氟聚合物组合物。特别感兴趣的是从聚偏二氟乙烯（PVDF）聚合物分散体中去除含氟表面活性剂。除非另行说明，所有的百分比都是重量百分比，并且所有提供的分子量都是重均分子量。所有在此引用的文献通过引用进行结合。如在此使用的“氟化的表面活性剂”和“氟-表面活性剂”是指该表面活性剂主链包含多个氟原子，而在本专利技术中非活化的表面活性剂是指在该主链上不存在氟但是端基可以包含氟原子。在此使用的术语“共聚物”是描述一种聚合物，该聚合物具有两种或更多种不同的单体单元，并且可以是一种三聚物或者具有多于三种不同的单体单元的聚合物。所形成的这些共聚物可以是多相的或均相的，并且可以具有一种受控的构造，如星形共聚物、支链的无规共聚物、或嵌段共聚物。氟聚合物在本专利技术中有用的氟聚合物是包含至少50重量百分比的一种或多种含氟单体、优选至少75重量百分比的含氟单体并且更优选从80到100重量百分比的含氟单体的那些。根据本专利技术使用的术语“含氟单体”是指一种氟化的或烯属不饱和的单体，这种单体能够经受自由基聚合反应。根据本专利技术适合使用的示例性含氟单体包括但不限于：偏二氟乙烯、氟乙烯、三氟乙烯、四氟乙烯（TFE）、乙烯四氟乙烯、六氟丙烯（HFP）、2,3,3,3-四氟丙烯、以及它们的对应的共聚物。优选的氟聚合物是聚偏二氟乙烯均聚物（PVDF）或其共聚物、聚四氟乙烯均聚物或其共聚物、聚乙烯三氟乙烯（ETFE）、以及氯三氟乙烯（CTFE）。还考虑了氟代三聚物，包括诸如具有四氟乙烯、六氟丙烯、以及偏二氟乙烯单体单元的那些三聚物。在一个优选实施方案中，该氟聚合物是一种聚偏乙烯。本专利技术的聚偏二氟乙烯聚合物包括通过将偏二氟乙烯（VDF）聚合而制成的均聚物、以及偏二氟乙烯的共聚物、三聚物以及更高聚合物，其中这些偏二氟乙烯单元占该聚合物中所有单体单元总重量的大于70百分比，并且更优选地占这些单体单元总重量的大于75百分比、更优选大80重量百分比。偏二氟乙烯的共聚物、三聚物以及更高聚合物可以通过使偏二氟乙烯与以下各项发生反应而制得：一种或多种来自氟乙烯、三氟乙烯、四氟乙烯组成的组中的单体；一种或多种部分地本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氟聚合物组合物，包括氟聚合物以及从0.001到小于10ppm的残留含氟表面活性剂。

【技术特征摘要】
2011.06.22 US 61/499,9011.一种用于在氟聚合物的热加工过程中减少杂质、降低TOC、并且改进颜色稳定性的方法，该方法包括以下步骤：a)将一种氟聚合物在一种水介质中使用一种含氟表面活性剂、非含氟表面活性剂、或它们的混合物进行聚合，以便产生一种处于分散体或悬浮体形式的水性氟聚合物组合物；b)将所述水性氟聚合物组合物进料到一个脱水挤出机中，在该脱水挤出机中通过单一的单元操作进行蒸汽凝结、洗涤、脱水、以及排气/脱气这些步骤，以便产生一种具有的残留表面活性剂水平是从0.001到小于50ppm的固体氟聚合物组合物，其中蒸汽凝结步骤包括将蒸汽注射到包含所述氟聚合物组合物的反应区。2.如权利要求1所述的方法，其中所述脱水挤出机是一种双螺杆反向旋转挤出机。3.如权利要求1所述的方法，其中在该脱水挤出机中发生了两个或更多个洗涤和脱水步骤。4.如权利要求1所述的方法，其中所述固体氟聚合物组合物是处于球粒的形式，并且所述球粒是没有经过粉末阶段而生产的。5.如权利要求1所述的方法，其中所述生成的固体氟聚合物组合物在熔融加工之后展现出了与不使用脱水挤出机而精制的同样的氟聚合物和表面活性剂分散体相比在YI方面至少2个单位的改进。6.如权利要求1所述的方法，其中所述生成的氟聚合物组合物在熔融加工之后展示出了与不使用脱水挤出机而精制的同样的氟聚合物和该非表面活性剂分散体相比在TOC水平方面的降低。7.如权利要求1所述的方法，其中所述氟聚合物是选自下组，该组由以下各项组成：聚乙烯、三氟乙烯、聚氯三氟乙烯、四氟乙烯和六氟丙烯的共聚物、乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·H·彦，D·H·亚历山大，R·艾曼桑纳耶，
申请(专利权)人：阿科玛股份有限公司，
类型：发明
国别省市：