[发明专利]包含纳米颗粒的可熔融加工氟聚合物

说明书

发明领域

本发明涉及一种可熔融加工氟聚合物组合物，其中以一次颗粒 (primary particle)的水平分散着无机细颗粒。更具体地说，本发明涉及 一种可熔融加工氟聚合物组合物，它是通过熔融混合可熔融加工氟聚 合物和借助无机细颗粒内聚力(cohesive force)形成的聚集无机细颗粒 而获得的，其中无机细颗粒以一次颗粒的水平分散在氟聚合物中。

相关技术

可熔融加工氟聚合物如四氟乙烯/全氟(烷基乙烯基醚)(PFA)、四氟 乙烯/六氟丙烯(FEP)、四氟乙烯/乙烯(ETFE)，具有优异耐热、耐化学 性能和低摩擦系数。然而，这些氟聚合物，特别是全氟聚合物，由于 分子间相互作用弱，可能在动态物理性能(拉伸强度、伸长率)和某些 条件下的尺寸稳定性上存在缺陷；因此，需要一种动态物理性能和尺 寸稳定性优异的氟聚合物组合物材料。

传统上，当需要一种高性能氟聚合物组合物时，诸如机械强度和 尺寸稳定性之类性能的改进是通过在聚合物中分散填料实现的。具体 地说，一种通过熔融混合聚合物与有机处理过的粘土，随后使粘土分 散并破碎至纳米水平来改善力学特性的方法，近年来已得到广泛应 用。

例如，在美国专利5,962,553中，公开了一种包含有机改性的粘 土(有机-粘土)和氟聚合物的纳米复合材料。然而，在该方法中，存在 着一部分用于使粘土层间隙膨胀的有机试剂在可熔融加工氟聚合物 的熔融混合温度发生分解，而氟聚合物，例如，PFA和FEP，熔点又 很高的问题。另外，在要求纯度的场合，例如，半导体器件制造中， 该有机试剂被视为杂质，因此它是个问题。

公开的日本专利申请2001-152030描述一种聚合物组合物及其制 造，特征在于，选自金属、金属盐和无机化合物或阻燃剂的添加剂被 预先加入到一种通过烧结无机材料如多孔玻璃或二氧化硅(以下可称 其为二氧化硅)制取的平均粒度介于100nm～1000nm的无机多孔体 中；将它与熔融聚合物混合，以便使无机多孔体粉碎，于是平均粒度 介于10nm～100nm、带有上面描述的添加剂或阻燃剂的颗粒便分散 到聚合物中。然而，公报中描述的多孔玻璃含有共价键合的硅与氧； 需要相当大的能量才能使多孔玻璃粉碎并分散。因此，要将与熔融聚 合物混合在一起的多孔玻璃粉碎并分散非常困难。另外，在通过在 600℃～700℃烧结包含平均一次颗粒粒度(average primary particle size)为12nm的二氧化硅细颗粒的聚集无机细颗粒而制成的、平均粒 度介于100nm～1000nm的无机多孔体中，由于在烧结期间二氧化硅 颗粒(或聚集二氧化硅颗粒)的表面熔结仅仅表面层轻微熔结并且彼此 粘合，凝固成具有牢固结合力的骨架(Resources and Material，vol 118， p.202，2002)。因此，即便熔融并与聚合物在熔体混合装置中进行混 合，与聚苯乙烯(PS)熔融混合后无机多孔体的平均粒度仍为290nm， 粒度分布宽达40nm～100,000nm(100μm)，并且要粉碎至原来一次颗 粒的(粒度)水平也做不到(Papers of the 13th Symposium of High Polymer Materials，p.10，2003)。特别是，在与聚苯乙烯聚合物的如 此熔融混合中，动态物理性能发生明显恶化，原因就在于大量粒度等 于或大于10μm的、粉碎不全或未粉碎的无机细颗粒烧结聚集体的存 在。

况且，当将无机细颗粒或无机纳米颗粒(纳米尺寸的细颗粒)熔融 混合到聚合物中时，由于细颗粒凭借其高表面-体积比所具备的吸引 力，出现细颗粒聚集的现象。因此，要想将处于纳米级的纳米颗粒分 散开来是非常困难的，即便直接将纳米颗粒与聚合物熔融混合。