[发明专利]注氟复合材料及其成型制品和制法

说明书

发明领域

本发明涉及可溶胀聚合物材料的表面及邻近表面区域的改性和这些材料的制备。

技术背景

低表面能和低的动摩擦系数是某些聚合物材料所需要的性能。氟聚合物具有几种非常有用的材料性能，包括低表面能、低化学活性和低的动摩擦系数(高润滑性)。但是，氟聚合物比大多数其它聚合物基材料更贵和更难于加工。用氟聚合物简单地涂敷低价格的聚合物往往是不现实的，因为加工氟聚合物时要使用高温和/或氟聚合物与大多数其它材料的粘合性很差。

例如硅橡胶可以满足对热稳定性高的弹性材料的需求。但是，用于复印机滚筒进行双重模式(双面复印)使用时，墨粉留着率太高。

通过改性某些聚合物而引入所需的性能，报道的有Ning等的“聚合物通报(柏林)”，1984，12，407-11和Mauritz等《1989，美国化学会会议论文集)》(ACS Symp.)系列号395(多相聚合物：掺混离聚物)，401，其中采用将二氧化硅沉积在溶胀聚合物内的方法；美国专利5,252,654(1993年10月12日公布)描述了一种由有机聚合物和无机玻璃状聚合物组成的聚合物复合材料以及制备这种复合材料的方法，该材料被用作保护性涂料。

发明简述

本发明提供注氟复合材料，该材料含有全部或一部分与氟聚硅酸盐网络(fluoropolysilicate network)互穿的可溶胀聚合物材料。

本发明也提供一种制备上述注氟复合材料的方法，该方法包括制备含有至少一种有机氟硅烷、溶胀溶剂、胶凝剂和可任选的形成网络的金属烷氧化物的溶液；使可溶胀聚合物材料与该溶液接触；在有足够的时间溶胀并形成网络后，从溶液中取出聚合物材料；和除去聚合物材料中的溶剂得到注氟的复合材料。

本发明还提供一种制备上述注氟复合材料的方法，该方法包括用含有溶胀溶剂的第一种溶液对可溶胀聚合物材料进行预处理，该第一种溶液还可任选含有至少一种有机氟硅烷或胶凝剂；使预处理过的聚合物材料与第二种溶液接触，该第二种溶液含有溶剂和一种选自以下的组分：(i)胶凝剂和至少一种有机氟硅烷，条件是此时第一种溶液中不含有机氟硅烷；(ii)胶凝剂，条件是此时第一种溶液含有溶剂和至少一种有机氟硅烷，但不含胶凝剂；和(iii)至少一种有机氟硅烷，条件是此时第一种溶液含有溶剂和胶凝剂，但不含有有机氟硅烷；在有足够的时间溶胀并形成网络后，从第二种溶液中取出聚合物材料；和除去聚合物材料中的溶剂，得到注氟的复合材料。无论是含有至少一种有机氟硅烷的第一种或第二种溶液，还可任选含有形成网络的金属烷氧化物。

本发明也提供含有上述注氟复合材料的制品，例如复印机热熔辊和压辊、普通纸复印/传真机辊筒、激光打印机辊筒、密封垫、O形圈、汽车刮水片、包装膜、纤维和软管。

本发明申请所提供的注氟复合材料，与未处理试样相比具有低的表面能、低的动摩擦系数以及表面粗糙度小(对那些起始表面粗糙的材料)，导致可以改进耐溶剂性，提高润滑性和防粘着性，减少对擦磨的感受性，所以具有了各种应用所需要的良好性能。

发明详述

本发明提供了某些注氟复合材料，该材料含有全部或一部分与氟聚硅酸盐网络互穿的可溶胀聚合物材料。本文所用的术语“注氟的”意指在注入复合材料的近表面区至约10～100nm深度的化学物质中，氟原子含量最高可达约20％(原子)。本文所用的术语“互穿的”是描述原位生成的网络和可溶胀聚合物材料之间的关系。这种氟聚硅酸盐网络在与聚合物材料的互穿部分中与可溶胀聚合物材料的那些分子链机械地联结和锚合在一起，由此形成含聚合物材料的复合材料，这种复合材料并不需要在网络和聚合物材料之间形成显著的共价键合来保持物理稳定性。