[发明专利]用于制备氟聚合物粉末材料的方法

说明书

本发明涉及一种用于制备氟聚合物粉末材料的方法。

氟聚合物为主要包括乙烯类重复单元的长链聚合物，其中部分或所有 的氢原子被氟代替。实例包括聚四氟乙烯、全氟甲基乙烯基醚(MFA)、氟 乙烯丙烯(FEP)、全氟烷氧基(PFA)、聚氯三氟乙烯和聚氟乙烯。它们是在 所有的聚合物中最化学惰性的之一并且具有独特的耐酸、耐碱和耐溶剂特 性。它们具有独特的低摩擦特性并且具有耐极端温度的性质。因此，氟聚 合物在必需抗极端环境时，用于各种广泛的应用。目前的应用包括在化工 厂、半导体设备、汽车部件和结构包层中形成管道和填充材料。

几种应用方法的其中之一需要氟聚合物的粉末形式。这里氟聚合物一 般用于粉末静电喷雾的表面。应用包括家用厨具的涂层以增加不粘性和耐 磨性，和汽车部件的涂层以增加耐环境气候性。

目前，有两种方法用于产生氟聚合物的粉末形式。喷雾干燥法包括氟 聚合物进料水分散体泵入雾化系统，其一般位于干燥室的上部。液体雾化 成热气体料流以蒸发水分并且产生干燥粉体。这种方法具有几种局限。水 分散体泵送入雾化系统的要求限制了这种方法用于可泵送的材料，并且喷 雾干燥聚集体彼此紧密地结合并且抗随后的解聚。另外，由于雾化可能导 致氟聚合物的纤丝化，导致难以处理处理的“棉花糖”材料，只有非可纤丝 化的材料可以处理。

另外的方法包括在水分散体中颗粒的聚集。通过使用高机械剪切、加 入酸或加入凝胶剂并且随后用水不可混溶的有机液体处理促进聚集。聚集 颗粒通过过滤和随后干燥，一般使用盘、带或快速干燥器可以从残留的液 体中分离出来。由于易于处理聚集颗粒一般表面硬化。然而，聚集体的形 成导致颗粒度太大，不利于在传统的粉末喷雾应用技术中使用。传统地用 于调节颗粒度分布的研磨可以引起颗粒的纤丝化以产生难以处理的材料。 表面硬化的材料也产生抗随后的解聚的紧密聚集体。

本发明的目的是提供用于制备氟聚合物粉末材料的方法，其中氟聚合 物颗粒不紧密团聚，并且其中粉末材料可以从固体氟聚合物颗粒的液体悬 浮液中产生，由于其可纤丝化性质的限制在正常的条件下不可泵送。

根据本发明，提供了一种用于制备氟聚合物粉末材料的方法，该方法 包括在液体载体中冷冻固体氟聚合物悬浮液并且随后通过冷冻载体的升 华方式分离出氟聚合物颗粒以产生干燥粉末。

本方法特别适宜于如下聚合物的处理：聚四氟乙烯、全氟甲基乙烯醚 (MFA)、氟乙烯丙烯(FEP)、全氟烷氧基(PFA)。

优选地，氟聚合物粉末材料具有充分小的颗粒度以允许通过传统的粉 末喷雾应用技术应用。产生的聚集体(具有大约0.2μm的初级颗粒度)可具 有从1到100μm的平均直径，更优选地从20到30μm。

优选地，在液体载体中的固体氟聚合物颗粒的悬浮液在低于0℃温度 的冷冻器中冷冻。更优选地，悬浮液在-60℃到-20℃范围的温度下冷冻。 一般地，冷冻可以在6小时到24小时内完成。

优选地，在冷冻前，在液体载体中的固体氟聚合物颗粒的悬浮液倒入、 舀入或转移入盘中。优选地，然后含固体氟聚合物颗粒悬浮液的盘放入冷 冻器并且在盘内冷冻。

优选地，液体载体是基于有或没有表面活性剂和有或没有中间溶剂 (bridging solvent)(用于帮助分散/溶解额外的树脂的有机溶剂)的水。如果使 用中间溶剂，它们应该在足够低的浓度下并且具有足够高的熔点以不抑制 冷冻。

优选地，使用低于大气压的压力或真空实施升华。降低的压力的使用 引起载体从冷冻状态直接到气体状态的升华，避免固体到液体和液体到气 体的转变。优选地，通过真空泵产生降低的压力。优选地，降低的压力在 0.01atm到0.99atm的范围，更优选地0.04atm到0.08atm。一般，升华 可以在12小时到48小时内完成。

对有些氟聚合物，该方法在在实践中低于氟聚合物的玻璃化转变温度 的温度下实施。聚合物的玻璃化转变温度，T_g，是其从玻璃化成橡胶态的 温度。T_g的测量值依赖于聚合物的分子量、其热力学历史和使用年限(age)、 和加热与冷却的速度。PTFE的典型值为大约130℃，PFA大约75℃，FEP 大约-208℃，PVDF大约-45℃。