[发明专利]使用经阴离子表面活性剂处理的阴离子交换树脂降低含氟聚合物分散体的含氟表面活性剂含量的方法

说明书

发明领域

本发明涉及降低稳定化水性含氟聚合物分散体的含氟表面活性剂含量，且更详细地讲涉及使用已用非氟化阴离子表面活性剂处理的阴离子交换树脂降低水性含氟聚合物分散体的含氟表面活性剂含量的方法。

发明背景

为了赋予剥离性、耐化学品性和耐热性、腐蚀防护、清洁性、低易燃性和耐候性，含氟聚合物被施用于许多底材上。在含氟聚合物中，聚四氟乙烯(PTFE)均聚物和改性PTFE的涂层提供最高的热稳定性，但是与四氟乙烯(TFE)共聚物不同，其不能通过熔融加工形成膜和涂层。因此，已经开发出施用PTFE均聚物和改性PTFE的涂层的其他方法。一种所述方法是分散体涂覆，其施用分散体形式的含氟聚合物。涂覆方法中使用的分散体通常是以浓缩形式且如Marks等的美国专利3,037,953和Holmes的美国专利3,704,272中所指出其含有相当多的非离子表面活性剂(例如6-8％重量)以使固含量由原始分散体中标称的35％重量升高到浓缩分散体中的约60％重量。Miura等的美国专利6,153,688公开了一种类似方法。类似分散体和涂覆方法也用于产生可熔融加工的含氟聚合物的涂层。

含氟表面活性剂通常用作含氟聚合物的分散聚合中的成分，因为在商业含氟聚合物分散聚合方法中通常需要非调聚分散剂。例如，商业上使用的含氟表面活性剂的早期描述见于Berry的美国专利2,559,752中。这些含氟表面活性剂为阴离子表面活性剂，通常为全氟羧酸类，例如全氟辛酸铵或全氟壬酸铵。

由于环境关系且因为阴离子含氟表面活性剂昂贵，所以已开发出自水性含氟聚合物分散体中除去阴离子含氟表面活性剂的方法。如美国专利3,882,153(Seki等)、美国专利4,282,162(Kuhls)和美国专利6,833,403(Bladel等)所指出，一种通用方法是通过使含氟表面活性剂吸附到阴离子交换树脂上将其除去。为了有效除去，如Marks等的美国专利3,037,953、Miura等的美国专利6,153,688和Cavanaugh等的美国专利2003/0130393所公开，将这类分散体用非离子表面活性剂如烷基酚乙氧基化物或脂肪醇乙氧基化物稳定化。使用用非离子表面活性剂稳定化的分散体，因为在不存在非离子表面活性剂的情况下除去含氟表面活性剂通常导致分散体凝固。

虽然用于减少含氟表面活性剂的阴离子交换法可使用浆化法进行，其中使阴离子交换树脂在搅拌容器中与分散体接触，接着过滤除去阴离子交换树脂，但是商业操作经常需要固定床法。在固定床法中，阴离子交换树脂保持在通常为圆柱状且称为柱的容器中，且使分散体通过重力进料或通过泵送穿过所述柱。在泵送时，液流可向上或向下穿过床。

然而，在用某些分散体(特别是具有高固含量例如超过45％重量的分散体和/或具有高分子量含氟聚合物的分散体)的固定床阴离子交换法中，随着含氟表面活性剂含量降低在柱内会发生分散体粘度的显著增加。分散体粘度增加将相应地增加柱的压差。在重力进料柱中，如果压降超过压头，则分散体流将停止。在泵送分散体进料的柱中，液流可泵送穿过柱，但会产生常称为“指进(fingering)”的另一种故障。在指进情况下，高粘度分散体基质形成阻流区域且流动仅在这些区域之间的指中发生。在仅使用一部分床的情况下，可过早发生PFOA贯流(breakthrough)(即，分散体具有高含氟表面活性剂含量)。当发生指进时，通常必须置换离子交换床。

发明概述

本发明提供一种降低稳定化包含含氟表面活性剂的水性含氟聚合物分散体的含氟表面活性剂含量的方法。所述方法包括提供具有含反荷离子的阴离子交换基团的阴离子交换树脂的固定床。阴离子交换树脂经处理以用非氟化阴离子表面活性剂的反荷离子置换至少一些反荷离子。使稳定化包含含氟表面活性剂的水性含氟聚合物分散体穿过经处理的阴离子交换树脂的固定床。

令人惊讶地，当阴离子交换床具有非氟化阴离子表面活性剂的反荷离子时，倾向于以高压降贯穿所述床的分散体可在较低压降和/或较少与高粘度相关加工问题如指进的情况下加工。

发明详述

含氟聚合物

根据本发明使用的水性含氟聚合物分散体通过分散聚合(也称为乳液聚合)制成。含氟聚合物分散体包含其中至少一种单体包含氟的单体制成的聚合物颗粒。本发明的水性分散体的颗粒的含氟聚合物独立地选自三氟乙烯、六氟丙烯、单氯三氟乙烯、二氯二氟乙烯、四氟乙烯、全氟烷基乙烯单体、全氟(烷基乙烯基醚)单体、偏二氟乙烯和氟乙烯的聚合物和共聚物。