[发明专利]制备含氟聚合物粉末材料的方法

说明书

本发明涉及一种制备含氟聚合物粉末材料的方法。

含氟聚合物是长链聚合物，其主要含有烯属线性重复单元，其中一部分或全部氢原子被氟代替。例子包括聚四氟乙烯、全氟甲基乙烯基醚(MFA)、氟乙烯丙烯共聚物(FEP)、全氟烷氧基聚合物(PFA)、聚一氯三氟乙烯和聚氟乙烯。它们是所有聚合物中化学惰性最强的，特征在于具有对酸、碱和溶剂的特殊耐性。它们特别具有低摩擦性能，并能忍受极限温度。因此，含氟聚合物用于许多其中需要抵抗极限环境的应用中。目前的应用包括形成在化学设备、半导体仪器、汽车部件和结构覆盖层中的管道和包装材料。

有一些需要使用粉末形式的含氟聚合物的应用。含氟聚合物可以通过粉末的静电喷涂而施用到表面上。用途将包括作为家用炊具的涂层以提高不发粘性和耐磨性，以及作为汽车部件的涂层以提高耐环境风化性。

目前，两种方法通常用于生产粉末形式的含氟聚合物。喷涂方法包括将含氟聚合物进料的水分散体泵入雾化体系中，一般位于干燥室的顶部。将此液体雾化成受热气体料流，从而蒸发水并产生干粉末。此方法存在一些限制。要求将水分散体泵入雾化体系中会将此工艺限制为用于可泵送的材料，喷雾干燥的聚集体彼此紧密地结合并抵抗随后的解聚。另外，仅仅能加工不能原纤化的材料，因为雾化会导致含氟聚合物的原纤化，导致获得难以处理的难以控制的“棉花糖”材料。

另一种方法包括在水分散体内凝结粒子。凝结是通过使用高机械剪切、加入酸或加入胶凝剂和随后用水不混溶性有机液体处理而促进的。凝结的粒子可以通过过滤从残余液体中分离出来，随后干燥，通常使用盘式、带式或快速干燥器进行。凝结的颗粒通常进行表面硬化，从而易于处理。但是，聚集体的形成导致粒径对于常规粉末喷涂技术而言过大。研磨通常用于调节粒径分布，但会引起粒子的原纤化，从而产生难以处理和难以控制的材料。经过表面硬化的材料也产生紧密的聚集体，其抵抗随后的解聚。

在这两种方法中，都难以引入能改进含氟聚合物耐磨性的改性剂。

所以，本发明的目的是提供一种制备改性的含氟聚合物粉末材料的方法，所述材料具有改进的耐磨性。

根据本发明，提供一种制备改性的含氟聚合物粉末材料的方法，此方法包括以下步骤：形成含氟聚合物的固体粒子与作为改性剂的碳化硅粒子(SiC)一起在含水液体载体中的悬浮液；将水悬浮液冷冻；随后使已冷冻的水悬浮液进行升华，从而产生粉末形式的且被所存在的SiC改性剂改性的含氟聚合物干粒子。

向在含水载体中的含氟聚合物添加SiC改性剂允许改性剂粒子有效地分散在含氟聚合物粒子之间，从而在施用和作为膜固化后向粉末材料产品赋予改进的耐磨性。对已冷冻干燥的改性含氟聚合物材料的后研磨或辐照操作也能改进其作为粉末涂料材料的适用性。

优选，含氟聚合物的粒径是30-350nm，优选200-250nm，例如约230nm。优选，SiC改性剂的粒径是40-50nm，优选1-20μm，例如约10μm，并作为MFA/SiC混合物的最多2重量％、优选0.1-1重量％、例如0.5重量％存在，基于干重计。

此方法特别适用于加工全氟甲基乙烯基醚聚合物(MFA)、氟乙烯丙烯共聚物(FEP)和全氟烷氧基聚合物(PFA)。

优选，改性的含氟聚合物粉末材料具有足够小以允许通过常规粉末喷涂技术施用的粒径。所产生的聚集体(具有约0.2μm的初级粒径)可以具有1-100μm的平均直径，更优选20-30μm。

优选，固体含氟聚合物粒子在液体载体中的悬浮液是在冷冻器中于低于0℃的温度冷冻的。更优选，悬浮液于-60℃至-20℃范围内的温度冷冻。通常，冷冻可以在6-24小时内完成。

优选，固体含氟聚合物粒子在液体载体中的悬浮液在冷冻之前被倾倒、舀取或转移到盘中。优选，装有固体含氟聚合物粒子的悬浮液的盘然后放到冷冻器中，并在盘内冷冻。

优选，含水载体是不含或含有表面活性剂以及含有或不含桥接溶剂(用于辅助额外树脂的分散/溶剂化的有机溶剂)的水。如果使用桥接溶剂，则它们应当处于足够低的浓度并具有足够高的熔点，从而不会抑制冷冻。

优选，升华是采用低于一大气压的压力或真空进行的。采用减压导致载体从冷冻状态直接升华到气态，避免了从固体到液体和从液体到气体的转换。优选，减压是用真空泵产生的。优选，减压是在0.01-0.99atm的范围内，更优选0.04-0.08atm。通常，升华可以在12-48小时内完成。