[发明专利]一种聚偏氟乙烯的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种聚偏氟乙烯的制备方法及应用，属于含氟聚合物的合成及应用技术领域。本发明的聚偏氟乙烯制备方法，以全氟氧杂碳酸铵作为乳化分散剂，能够完全替代PFOA，该乳化分散剂成本低廉、毒性小、易降解、避免了含氟乳化剂对环境造成的污染，工艺路线简单、收率高、耗能少、适用于工业化生产。制备的聚偏氟乙烯粒径相对较小，粒径分布相对较窄，分子量可控，黄变系数低，可用于锂离子电池粘结剂。将本发明制备的聚偏氟乙烯应用于锂离子电池领域，能够满足锂电池的使用要求。

技术领域

本发明公开了一种聚偏氟乙烯的制备方法及应用，属于含氟聚合物的合成及应用技术领域。

背景技术

聚偏氟乙烯(Polyvinylidene fluoride，PVDF)具有优异的力学性能、耐腐蚀性能、抗紫外线和耐老化性能，广泛应用于含氟涂料、光伏背板膜、锂离子电池粘结剂、水处理膜等领域。由于含氟高分子材料中C-F键的键能（485kJ/mol）远远高于C-H键的键能（411kJ/mol），且C-F键中氟原子的强电负性，使其具有很多独特而优异的性能，如压电性、介电性、热电性等。因此PVDF在压电材料、介电材料、过滤材料、以及其他应用领域都有着广泛的应用，是目前除聚四氟乙烯外产量名列第二位的含氟树脂。

PVDF通常是偏氟乙烯单体(Vinylidene Fluoride，VDF)在乳化分散剂、引发剂、链转移剂等作用下控制反应温度和压力，聚合而成的高分子结晶聚合物。PVDF的制备常用的是乳液聚合法和悬浮聚合方法，由于乳液聚合工艺相对简单其在规模化的生产中占主要地位。采用乳液聚合时主要以全氟辛酸（Perfluorooc-tanoicacid，PFOA）作为乳化分散剂，然而全氟辛酸乳化分散剂成本昂贵、后处理困难，在自然环境中持久存在难降解，且在生物体内有强的蓄积性，能导致人类生育率下降以及其它免疫系统疾病。PFOA被世界卫生组织列为2B类致癌物，《斯德哥尔摩公约》将其列入应被禁止的化学品名单。因此，研究开发使用绿色安全乳化分散剂成为PVDF生产企业需要解决的主要问题之一。

为此，现有技术开发出了PFOA乳化分散剂的替代技术方案。如中国专利CN103739757A公开了一种不使用全氟辛酸乳化分散剂的聚偏氟乙烯树脂的制备方法，该方法采用非氟阴离子和非离子表面活性剂复配体系，获得了粒径相对较小，易加工、易分散的聚合物乳液；中国专利CN101223228A公开了一种制备含氟聚合物的水性方法，该方法采用聚乙二醇或聚丙二醇片段的乳化分散剂，可以获得纯度高的聚偏氟乙烯，聚合物分散体具有良好的胶乳稳定性和存储寿命；美国专利US6512063B2公开了一种偏氟乙烯和四氟乙烯共聚的制备方法，该方法采用烷基磺酸盐作为不含氟乳化分散剂；中国专利CN103524647A公开了一种聚偏氟乙烯树脂的制备方法，该方法采用甲基纤维素良好的胶乳稳定性，易分散的PVDF颗粒；中国专利CN104558306A不加乳化分散剂，通过加快搅拌速度的方式在实验室得到性能良好的PVDF树脂粉体。

上述的PVDF制备采用PFOA乳化分散剂替代方案，虽然克服了使用PFOA成本昂贵、后处理困难而且有毒有害的缺陷，但其过程复杂、聚合时间较长、制备的PVDF分子量不可控、平均粒度较大、黄变系数较大。

因此，一种收率高、操作方便，使用的乳化分散剂成本便宜、毒性小、易降解，得到的PVDF聚合物粒径相对较小、粒径分布相对较窄、分子量可控、黄变系数低，能够达到PFOA乳化分散剂的效果，满足含氟涂料、光伏背板膜、锂离子电池粘结剂、水处理膜等不同应用要求的聚偏氟乙烯的制备及应用方法急需研究开发。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的采用PFOA乳化分散剂替代方案制备PVDF方法存在的制备过程复杂、聚合时间较长、制备的PVDF分子量不可控、平均粒度较大、黄变系数较大的问题，提供了一种以全氟氧杂碳酸铵做乳化分散剂替代PFOA方案制备PVDF的方法，该方法收率高、操作方便，使用的全氟氧杂碳酸铵做乳化分散剂成本便宜、毒性小、易降解，制备的PVDF聚合物粒径相对较小、粒径分布相对较窄、分子量可控、黄变系数低，能够达到PFOA化分散剂的效果，满足含氟涂料、光伏背板膜、锂离子电池粘结剂、水处理膜等不同应用要求。