一種填充聚四氟乙烯分散樹脂的製備方法
2023-05-03 23:18:51
一種填充聚四氟乙烯分散樹脂的製備方法
【專利摘要】本發明涉及一種填充聚四氟乙烯分散樹脂的製備方法，包括步驟：1）比重為1.04～1.08g/cm3的聚四氟乙烯乳液，加入表面活性劑，機械攪拌均勻，表面活性劑加入量為乳液中聚四氟乙烯固體重量的3～5‰；2）向步驟1）得到的聚四氟乙烯乳液中加入石墨和/或碳黑，機械攪拌；3）加入電解質進行化學和機械凝聚，電解質為鹼性或酸性電解質，轉速為步驟2）轉速的1-3倍。本發明提出的製備方法簡單易行而又可保證填充料在基材中的混合均勻性。通過調整填料的加入量，控制產品的導電性能和機械性能，可用於多種用途。
【專利說明】一種填充聚四氟乙稀分散樹脂的製備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於有機高分子化合物領域，具體涉及一種含氟的有機高分子化合物的製備方法。
【背景技術】
[0002]在PTFE製品中，填充PTFE製品是產量較大的一種。通過在PTFE樹脂中添加無機類、金屬類及高聚物類等不同填料來改善PTFE的耐磨性、耐熱性、尺寸穩定性、導電性等性能。石墨化學性質穩定，耐腐蝕，同酸、鹼等藥劑不易發生反應，耐高低溫，作為填充料可改善製品的耐磨、導電性能。碳黑可作為黑色染料，作為填料使用具有補強作用，也可增強基材的導電性能。
[0003]填料用於填充PTFE的混合方法有三種:1、幹法混合，在四氟乙烯樹脂中添加填充物，用機械設備進行幹法混合，此種混合方法簡單，易操作，但難以混合均勻，適用於一般要求的製品。例如專利CN101945935A向四氟乙烯/六氟丙烯共聚物材料表面塗覆，以製備電纜或電線材料。2、溶劑混合，溶劑為丙酮或甲醇，適用於玻璃纖維填充PTFE。3、溼法混合，製品機械強度高，磨耗低，耐腐蝕性好。這種方法通常為在聚四氟乙烯分散液中添加填料，例如專利CN103232607A，將聚四氟乙烯製備成分散液，再加入石墨。對於填充PTFE的顏色均勻程度、導電性能難於控制。
[0004]石墨或炭黑填充的聚四氟乙烯的導電性能有很大改變，從而改變了聚四氟乙烯的應用，可用於電化學裝置、有靜電需求的室內裝修、製備生料帶、防靜電薄膜等領域，如何均勻地將填料混合在樹脂中，改善製品導電性能，滿足客戶的需求。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種填充`聚四氟乙烯分散樹脂的製備方法。
[0006]實現本發明目的技術方案為:
[0007]—種填充聚四氟乙烯分散樹脂的製備方法，其包括步驟:
[0008]I)比重為1.04~1.08g/cm3的聚四氟乙烯乳液，加入表面活性劑，機械攪拌均勻，表面活性劑加入量為乳液中聚四氟乙烯固體重量的3~5%。(如無特殊說明，本文中百分含量均以聚四氟乙烯固體重量為100%)。
[0009]2)向步驟I)得到的聚四氟乙烯乳液中加入石墨和/或碳黑，機械攪拌，轉速為步驟I)轉速的1-2倍；
[0010]3)加入電解質進行化學和機械凝聚，電解質為鹼性或酸性電解質，轉速為步驟2)轉速的1-3倍。
[0011]其中，所述聚四氟乙烯乳液是通過乳液聚合法製備得到，通過調整水的用量調整聚四氟乙烯乳液的比重。
[0012]其中，所述表面活性劑為直鏈仲醇聚氧乙烯醚、支鏈仲醇聚氧乙烯醚或烷基酚聚氧乙烯醚中的一種或多種，從環保角度考慮，優選環保型直鏈仲醇聚氧乙烯醚和支鏈仲醇聚氧乙烯醚。
[0013]其中，所述步驟2)中加入石墨和/或碳黑，其平均粒徑範圍1-lOum，石墨和/或碳黑的加入量為0.2-40%。填充物的加入量可根據實際用途的需要進行調整。
[0014]例如，所述步驟2)中加入碳黑，碳黑的加入量為0.2-5.0%。碳黑提高導電性明顯，但對材料的機械性能有不好的作用，通過試驗摸索，優選較少的碳黑添加量。
[0015]或，所述步驟2)中加入石墨和碳黑，石墨和碳黑的加入量為15-40%。
[0016]或，所述步驟2)中加入石墨，石墨的加入量為20-40%。石墨加入量在20%以上可以兼具有優異的機械性能和導電性能。 [0017]其中，所述步驟3)中電解質為鹼性電解質，選自碳酸氫銨或碳酸銨，加入量為乳液中聚四氟乙烯固體重量的1.5~5.0%。
[0018]所述的製備方法，優選地，包括如下步驟:
[0019]I)比重為1.04~1.08g/cm3的聚四氟乙烯乳液，加入表面活性劑，轉速30~50rpm，機械攪拌均勻，表面活性劑加入量為乳液中聚四氟乙烯固體重量的3~5%。(如無特殊說明，本文中百分含量均以聚四氟乙烯固體重量為100%)。
[0020]2)向步驟I)得到的聚四氟乙烯乳液中加入石墨和/或碳黑，機械攪拌10_15min，轉速為50~70rpm。
[0021]3)加入電解質進行化學和機械凝聚，電解質為鹼性或酸性電解質，轉速為100~120rpm。攪拌時間優選5_10min。凝聚後得到填充聚四氟乙烯粉料，
[0022]4)過濾、烘乾、包裝得到填充聚四氟乙烯分散樹脂產品。
[0023]其中，所述步驟1)-3)優選使用封閉的凝聚桶，凝聚桶形狀為圓柱形，長徑比為
2-3:1，攪拌葉片層數2-4層，全封閉結構凝聚桶，可以最大程度提高單次凝聚產量，減少凝聚時填料揚塵，保護生產環境，減少對人體傷害，相對劇烈攪拌運動，樹脂與填料能夠均勻混合。
[0024]步驟4)中烘乾的溫度為120_180°C。
[0025]本發明的有益效果在於:
[0026]通過在乳液中加入表面活性劑，對乳液進行浸潤處理，與填料固體間易混合，在劇烈流動狀態，緊密結合。在凝聚過程，採用固體填料直接加入方法，既簡單方便，又可以對乳液比重進行有效控制，避免乳液出現極低比重凝聚現象，影響樹脂加工性能。採用此方法生產過程簡便，工業化工藝簡單易操作，填料分別均勻，損耗少，樹脂加工性能好。
[0027]本發明提出的分散樹脂包括多種用途的分散樹脂，如用作生料帶、薄膜或中粗管及薄壁細管的多種用途多種規格的填充分散樹脂都在本發明包含的範圍內，製備方法簡單易行而又可保證填充料在基材中的混合均勻性。通過調整填料的加入量，控制產品的導電性能和機械性能，可用於多種用途。
【具體實施方式】
[0028]以下實施例用於說明本發明，但不用來限制本發明的範圍。
[0029]實施例中，填充量的計算採用熱失重分析方法。稱取固定量產品樹脂在熱失重分析儀中加熱至600°C，保溫30min，聚四氟乙烯樹脂全部分解揮發完畢，稱量剩餘質量即為填充料的質量。由此計算填充量。[0030]實施例中聚四氟乙烯乳液為中昊晨光化工研究院製備，通過在乳化聚合過程中加入去離子水的用量，控制聚四氟乙烯乳液比重為1.04-1.08g/cm3。
[0031]實施例1
[0032]I) 5L凝聚桶中(圓柱形，長徑比為2.5:1，攪拌葉片層數3層，六葉直槳)，加入比重1.04的聚四氟乙烯乳液3.5L，加入表面活性劑直鏈仲醇聚氧乙烯醚(15-S-9，DOff公司)
0.74g (3%。), 30rpm機械攪拌2min混合均勻。
[0033]2)向步驟I)得到的聚四氟乙烯乳液中加入石墨0.48g (0.2%)，以50rpm速度機械攪拌lOmin，得乳化聚四氟乙烯乳液。
[0034]3)向步驟2)得到聚四氟乙烯乳液中加入電解質碳酸氫銨8g，以IOOrpm速度攪拌5min，得到填充聚四氟乙烯粉料，將水過濾掉，洗滌，在烘箱中160°C烘乾10小時得到填充聚四氟乙烯分散樹脂。
[0035]實施例1得樹脂240g，取四份樣品，測填充量，平均值為0.2%，四個測定值與平均值的偏差分別為0.02%、-0.01%,0.01%、-0.01%，體現了極好的填充均勻性。
[0036]實施例2
[0037]I) 5L凝聚桶(圓柱形，長徑比為2.5:1，攪拌葉片層數3層，六葉直槳)中，加入比重1.08的聚四氟乙烯乳液3.5L，加入表面活性劑支鏈仲醇聚氧乙烯醚(TMN-6，DOff公司)
1.48g (3%0)，50rpm機械攪拌2min混合均勻。
[0038]2)向步驟I)得到的聚四氟乙烯乳液中加入碳黑1.0g (0.2%)，以50rpm速度機械攪拌lOmin，得乳化聚四氟乙`烯乳液。
[0039]3)向步驟2)得到聚四氟乙烯乳液中加入電解質碳酸氫銨8g，以120rpm速度攪拌5min，得到填充聚四氟乙烯粉料，將水過濾掉，洗滌，在烘箱中160°C烘乾10小時得到填充聚四氟乙烯分散樹脂。
[0040]實施例2得樹脂495g，取四份樣品，測填充量O，平均值為0.2%，四個測定值與平均值的偏差分別為0%、-0.01%,0.01%、-0.01%，體現了極好的填充均勻性。
[0041]實施例3
[0042]I) 5L凝聚桶(圓柱形，長徑比為2.5:1，攪拌葉片層數3層，六葉直槳)中，加入比重1.04的聚四氟乙烯乳液3.5L，加入表面活性劑直鏈仲醇聚氧乙烯醚(15-S-9，DOff公司)
1.24g (聚四氟乙烯重量的5%。), 30rpm機械攪拌2min混合均勻。
[0043]2)向步驟I)得到的聚四氟乙烯乳液中加入石墨99.2g (40%),以50rpm速度機械攪拌lOmin，得乳化聚四氟乙烯乳液。
[0044]3)向步驟2)得到聚四氟乙烯乳液中加入電解質碳酸氫銨8g，以IOOrpm速度攪拌5min，得到填充聚四氟乙烯粉料，將水過濾掉，洗滌，在烘箱中160°C烘乾10小時得到填充聚四氟乙烯分散樹脂。
[0045]實施例3得樹脂247g，取四份樣品，測填充量，平均值為40%，四個測定值與平均值的偏差分別為0.01%、-0.02%,0.01%、-0.01%,體現了極好的填充均勻性。
[0046]實施例4
[0047]I) 5L凝聚桶(圓柱形，長徑比為2.5:1，攪拌葉片層數3層，六葉直槳)中，加入比重1.08的聚四氟乙烯乳液3.5L，加入表面活性劑直鏈仲醇聚氧乙烯醚(15-S-9，DOff公司)
2.47g (聚四氟乙烯重量的5%。), 30rpm機械攪拌2min混合均勻。[0048]2)向步驟I)得到的聚四氟乙烯乳液中加入碳黑198g，以50rpm速度機械攪拌lOmin，得乳化聚四氟乙烯乳液。
[0049]3)向步驟2)得到聚四氟乙烯乳液中加入電解質碳酸氫銨Sg，以120rpm速度攪拌5min，得到填充聚四氟乙烯粉料，將水過濾掉，洗滌，在烘箱中160°C烘乾10小時得到填充聚四氟乙烯分散樹脂。
[0050]實施例4得樹脂494g，取四份樣品，測填充量，平均值為40%，四個測定值與平均值的偏差分別為0.01%,0.0%、0.01%、-0.01%，體現了極好的填充均勻性。
[0051]實施例5
[0052]I) 5L凝聚桶(圓柱形，長徑比為2.5:1，攪拌葉片層數3層，六葉直槳)中，加入比重1.08的聚四氟乙烯乳液3.5L，加入表面活性劑直鏈仲醇聚氧乙烯醚(15-S-9，DOff公司)
2.47g (聚四氟乙烯重量的5%。), 30rpm機械攪拌2min混合均勻。
[0053]2)向步驟1)得到的聚四氟乙烯乳液中加入石墨99g (20%)、碳黑99g (20%)，以50rpm速度機械攪拌1Omin,得乳化聚四氟乙烯乳液。
[0054]3)向步驟2)得到聚四氟乙烯乳液中加入電解質碳酸氫銨8g，以IOOrpm速度攪拌5min，得到填充聚四氟乙烯粉料，將水過濾掉，洗滌，在烘箱中160°C烘乾10小時得到填充聚四氟乙烯分散樹脂。
[0055]實施例5得樹脂240g，取四份樣品，測填充量，平均值為40%，四個測定值與平均值的偏差分別為0.01%,0.0%、0.01%、-0.01%，體現了極好的填充均勻性。
[0056]實施例1-5材料的機械性能見表1。
[0057]表1:實施例1-5機械性能測量
[0058]
【權利要求】
1.一種填充聚四氟乙烯分散樹脂的製備方法，其特徵在於，包括步驟: 1)比重為1.04~1.08g/cm3的聚四氟乙烯乳液，加入表面活性劑，機械攪拌均勻，表面活性劑加入量為乳液中聚四氟乙烯固體重量的3~5%。； 2)向步驟I)得到的聚四氟乙烯乳液中加入石墨和/或碳黑，機械攪拌，轉速為步驟I)轉速的1-2倍； 3)加入電解質進行化學和機械凝聚，電解質為鹼性或酸性電解質，轉速為步驟2)轉速的1-3倍。
2.根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，所述聚四氟乙烯乳液是通過乳液聚合法製備得到，通過調整水的用量調整聚四氟乙烯乳液的比重；其中，所述表面活性劑為直鏈仲醇聚氧乙烯醚、支鏈仲醇聚氧乙烯醚或烷基酚聚氧乙烯醚中的一種或多種。
3.根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，所述步驟2)中加入石墨和/或碳黑，石墨和/或碳黑的加入量為0.2-40%。
4.根據權利要求4所述的製備方法，所述步驟2)中加入碳黑，碳黑的加入量為0.2_5.0%。
5.根據權利要求4所述的製備方法，所述步驟2)中加入石墨和碳黑，石墨和碳黑的加入量為15-40%。
6.根據權利要求4所 述的製備方法，所述步驟2)中加入石墨，石墨的加入量為20-40%。
7.根據權利要求1-6任一所述的製備方法，其特徵在於，所述步驟3)中電解質為鹼性電解質，選自碳酸氫銨或碳酸銨，加入量為乳液中聚四氟乙烯固體重量的1.5~5.0%。
8.根據權利要求1-7任一所述的製備方法，其特徵在於，包括步驟: 1)比重為1.04~1.08g/cm3的聚四氟乙烯乳液,加入表面活性劑,轉速30~50rpm,機械攪拌均勻，表面活性劑加入量為乳液中聚四氟乙烯固體重量的3~5%。； 2)向步驟I)得到的聚四氟乙烯乳液中加入石墨和/或碳黑，機械攪拌10-15min，轉速為 50 ~70rpm, 3)加入電解質進行化學和機械凝聚，電解質為鹼性或酸性電解質，轉速為100~120rpmo凝聚後得到填充聚四氟乙烯粉料， 4)過濾、烘乾、包裝得到填充聚四氟乙烯分散樹脂產品。
9.根據權利要求8所述的製備方法，其特徵在於，所述步驟I)至3)使用封閉的凝聚桶，凝聚桶為圓柱形，長徑比為2-3:1，攪拌葉片層數2-4層。
10.根據權利要求8所述的製備方法，其特徵在於，所述步驟4)中烘乾的溫度為120-180°C。
【文檔編號】C08K3/04GK103755982SQ201410030610
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月22日 優先權日:2014年1月22日
【發明者】張春靜, 張建新, 姚權衛, 胡顯權, 秦向明, 蘇小龍 申請人:中昊晨光化工研究院有限公司