[发明专利]具有亲水官能团的氟烃聚合物组合物及方法

说明书

技术领域

本发明涉及具有亲水官能团的氟烃聚合物组合物，更具体地说涉及具有亲水官能团的支链氟烃聚合物组合物或具有亲水官能团的交联氟烃聚合物组合物，并涉及形成具有亲水官能团的支链氟烃聚合物组合物或交联氟烃聚合物组合物的方法。

背景技术

由于氟烃聚合物组合物的化学惰性，由其制造的制品广泛用于各种环境。通常在遇到高活性试剂的应用中使用氟烃聚合物组合物，如聚四氟乙烯(PTFE)、氟化乙烯-丙烯共聚物(FEP)、全氟烷氧基聚合物(PFA)或聚偏1，1-二氟乙烯(PVDF)，并形成各种形状，包括薄膜、膜、珠、管、纤维、织物、中空纤维等。

氟烃聚合物组合物的一个缺点是，由于在聚合物链上没有亲水官能团，其表面能相对较低，这导致疏水性。因此由这种聚合物制造的制品显示对水、含水液体或其它表面张力大于该制品表面能的液体的排斥。在期望制品表面和液体紧密接触的应用中，这种性质可能导致制品表面与具有相对高表面张力的液体间的不良接触。在使用这些应用期间，表面和液体间的这种不良接触或缺乏紧密接触可能导致不期望的制品表面不良润湿或反润湿。

使疏水性氟烃聚合物组合物，如化学惰性的氟烃聚合物组合物的表面更亲水是期望的。例如，在一些环境中，期望由氟烃聚合物组合物的纤维制造的筛网或织造或无纺布更加亲水，如用于形成吸收性织物时。另外，如在电解、渗析、燃料电池或氯碱电池中所使用的无孔离子交换薄膜中，使其它氟烃聚合物组合物成为离子型和更亲水，从而获得被操作的含水液体和薄膜或膜表面间的更加紧密的接触是期望的。由更亲水的氟烃聚合物组合物制造的这种类型的薄膜还显示增加的穿过膜主体的离子迁移，导致更有效的工艺过程。

在授予Moya的美国专利5,928,792，授予Benezra等的美国专利4,470,859和授予Mallouk等的美国专利4,902,308中，提出用含磺酸基的全氟化碳共聚物组合物改性基材表面，使表面更亲水。尽管表面更亲水，但是该含磺酸基的全氟化碳共聚物组合物的热稳定性降低。该含磺酸基的全氟化碳共聚物组合物在约150℃开始显著降解。

授予Howells等的美国专利5,874,616公开了通过使双官能氟亚烷基磺酰胺化合物与双官能氟亚烷基磺酰卤化合物反应，制备线型聚合双(氟亚烷基磺酰基)酰亚胺的方法。由于该方法依赖于低分子量反应物的使用来制备聚合物，因此难以控制最终的线型聚合物组合物的分子量分布，因此是不期望的。另外，线型聚合双(氟亚烷基磺酰基)酰亚胺不能被交联。

授予Desmarteau的美国专利5,463,005公开了形成四氟乙烯(TFE)和含有亚氨磺酰的不饱和单体的共聚物的方法，其中该单体衍生自含亚氨磺酰的试剂。由于TFE是有毒试剂，所以它的使用是不期望的。另外，由于该方法依赖于低分子量不饱和单体的使用，因此难以控制最终聚合物组合物的分子量分布。

Shimazo在J.Electroanal.Chem.258(1998)pp.49-59中提出用射频等离子体交联全氟化碳共聚物如Nafion^TM薄膜。不用引入交联基即可用等离子体交联。通过键接两条聚合物链进行交联。遗憾的是，电离辐射如等离子体降解全氟化碳共聚物组合物。

Greso等在POLYMER Vol.38 No.6(1997)，pp.1345-1356中提出通过Si-O-Si桥交联全氟化碳共聚物组合物如Nafion^TM薄膜。由于产品含有化学不稳定的结合无机相，因此该方法是不期望的。

Covitch等在Polymer Science and Technology Vol.16，pp.257-267(1982)中提出用乙二胺和热交联全氟化碳共聚物组合物如Nafion^TM薄膜。由于产品含有化学不稳定的未氟化乙烯部分，因此该方法是不期望的。

国际专利申请PCT/CA99/38897公开了含磺酰基的氟化交联聚合物组合物。

期望提供具有亲水官能团的氟烃聚合物组合物，所述组合物具有改善的亲水性且是化学稳定的。另外，期望提供这样的由氟烃聚合物前体制备且能被交联的聚合物。

发明内容