[发明专利]一种水性的聚四氟乙烯材料及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及高分子材料改性领域，尤其涉及一种水性的聚四氟乙烯(PTFE)材料及其制备方法和用途。

背景技术

液体涂料按其形态主要可分为水性涂料和溶剂性涂料。

大部分溶剂性涂料里都含有苯及其衍生化合物和其他有毒或者致癌性物质，对人体健康有较大的损害作用，同时对环境也有严重的污染。中国涂料工业协会分析认为，任何溶剂性涂料都会含有50％以上的有机溶剂。产生污染的主要是溶剂性涂料，而使用环保的水性涂料则可以完全免除对涂料污染的担忧。随着专业应用领域的深入和环保要求的提高，发展清洁的耐强酸强碱以及在其他极性条件下使用的水性涂料具有更为重要的意义，也将拥有更大的市场需求量。

聚四氟乙烯（PTFE）是一种理化性能极好的材料，可在-180℃～250℃长时间工作而不发生变化，其良好的耐酸碱腐蚀性、耐气候性以及生物相容性等使其在化工防腐、工程塑料以及其他的复合材料甚至生物医学等方面都得到了广泛的应用。如果将PTFE通过加工改进，制备成为一种水性分散的涂料，则可将PTFE优良的耐强酸强碱特性运用到涂料中，那么将可以解决许多在极性环境下工作的设备或材料的防腐问题，在涂料领域中具有极强的竞争力。然而，PTFE具有极强的表面不粘性，PTFE微粉不溶解并且很难分散于水和几乎所有的溶剂中，这使得用PTFE微粉制备涂料遇到了极大的挑战，也是目前PTFE没有广泛运用到涂料领域的主要原因。

要改善PTFE的表面粘接性，目前常用的方法有两种，一种是将PTFE经过化学或者辐照处理使其表面生成活化基团，然后再在PTFE表面接枝一个亲水性基团。但是由于PTFE微粉与水和其他溶剂的接触性都很差，这种方法通常只对PTFE薄膜和片材等能沉到溶剂中的PTFE材料有效，难以适用于PTFE微粉。

另一种改善PTFE表面粘结性的方法则是加入大量的表面活性剂，降低PTFE的表面张力从而提高其亲水性，这种方法则主要是用于改善PTFE微粉的亲水性的。目前市场上的PTFE乳液基本上由此法生产而得，其表面活性剂添加量一般较高。

中国专利CN101223231A（公开日2008-7-16）公开了一种聚四氟乙烯水性分散液及其制造方法，其PTFE水性分散液含有55～70wt％的平均粒径为0.1～0.5μm的聚四氟乙烯（PTFE）微粒，相对于PTFE的质量为0.0001～0.02wt％的全氟辛酸铵等碳数为8的特定的含氟羧酸盐（APFO），相对于PTFE的质量为1～20wt％的特定的非离子系表面活性剂，以及相对于PTFE的质量为0.01～0.3wt％的全氟己酸铵等碳数5～7的特定的含氟羧酸盐。该PTFE水性分散液在APFO浓度低时，PTFE水性分散性的摩擦稳定性也得到改善，可防止增粘，防止涂膜的裂纹产生，烧结后的涂膜的着色少。

另有中国专利CN102086243A（公开日2008-6-8）公开了一种高光泽度聚四氟乙烯分散浓缩液的制备方法，其方法是在高压反应釜中加入去离子水、引发剂、分散剂、稳定剂以及聚合单体进行乳液聚合反应，得到改性聚四氟乙烯聚合液，经后处理浓缩得到聚四氟乙烯分散浓缩液。聚合反应分两步进行，当聚合单体的投料量达到其总投料量的10％～50％后，向聚合釜中加入为聚合单体总投料量0.02～0.5wt％的改性单体，控制聚合反应中分散剂的加入量并采用分步连续滴加的加入方式。

然而，通过添加表面活性剂的方法制备而得到的PTFE乳液，其分散稳定性不高，市场上的PTFE乳液用5000r/min左右的速率离心10分钟，就会出现大量的沉淀，这就使PTFE乳液的应用受到了较大的限制。因此，仍需要对PTFE微粉进行进一步的改性研究，以得到在水中具有高稳定分散性的PTFE材料。

可见，目前通过添加表面活性剂改善PTFE粘结性制备得到的PTFE乳液的分散稳定性不佳，而通过化学或辐照在PTFE表面接枝亲水性基团的方法又很难以克服PTFE微粉与水的接触性问题，因此在很大程度上限制了PTFE在涂料中的应用。

发明内容