[发明专利]用酸功能化的单体来生产氟聚合物的方法

说明书

发明领域

本发明涉及聚合含氟单体的方法，特别是涉及提供了氟聚合物胶乳的乳液聚合反应方法。

相关技术的背景

用于通过一种乳液过程制造氟聚合物的已知方法通常使用全氟化的或高度氟化的表面活性剂来在反应过程中使乳液稳定。例如，使用了全氟羧酸盐来稳定氟聚合物的乳液聚合反应，其中最常见的实例是全氟辛酸铵。此类表面活性剂的高度氟化避免了在聚合反应过程中原子在一个生长聚合物链与该表面活性剂之间的转移，这种原子转移往往导致该产品的更低的分子量以及有可能抑制该反应。这些含氟表面活性剂是昂贵的、专门化的材料，然而并且由于它们的高稳定性，它们趋向于在环境中持久。一种使用了非氟化的表面活性剂制造氟聚合物的方法往往因此是有利的。尽管非氟化的表面活性剂已经在现有技术中用来对其他单体进行乳液聚合，但是由于以上引用的这些问题它们已经很少用在氟聚合物的合成中。

发明简述

本发明提供了一种用于在水性反应介质中制备氟聚合物的方法，该方法包括：

a)形成一种水性乳液，该水性乳液包括至少一种自由基引发剂、至少一种酸功能化的单体或其盐、以及至少一种含氟单体，并且

b)引发所述至少一种含氟单体的聚合反应。

已经出乎意料地发现在含氟单体的自由基催化的乳液聚合过程中酸功能化的单体的存在允许含氟表面活性剂的量值通常必须实现令人满意的聚合反应结果，到显著降低或者甚至完全消除。鉴于以下预期此类结果是出人意料地，即，此类酸功能化的单体（它们包含碳碳双键）往往作为链转移剂起作用（不希望地降低了所获得的氟聚合物的分子量）或者抑制或延迟该含氟单体的聚合反应。此外，此类酸功能化的单体被认为不具有表面活性剂的特性；因此没有预期到实际上此类化合物代替这些常规用于含氟单体聚合反应过程中的表面活性剂的能力。

本发明的某些实施例的详细说明

根据本发明的一种聚合反应可以通过用水（优选为去离子水）、至少一种酸功能化的单体、至少一种含氟单体，以及任选地表面活性剂、链转移剂和/或防污剂的一种或多种来装入一个反应器中进行。在引入该含氟单体之前可以将空气从该反应器中净化。在使该反应器到所希望的起始温度之前将水添加到该反应器中，但是其他材料可以在使该反应器到该温度之前或之后来添加。添加至少一种自由基引发剂以便启动并维持该聚合反应。任选地将另外的单体添加到消耗的补充单体中，并且在该聚合反应的过程中可以任选地添加其他材料以便维持该反应并且控制最终产品的特性。

酸功能化的单体

术语“酸功能化的单体”是指一种类型的分子，这种类型的分子在其主要结构中包含一个或多个酸基团（呈自由酸或盐形式）以及一种或多种烯键式不饱和基团（特别是，乙烯基团）。此类酸功能化的单体的实例包括但不限于：丙烯酸、甲基丙烯酸、乙烯基磺酸、乙烯基膦酸、以及衣康酸和此类化合物的盐。

适合在本发明中使用的代表性酸功能化的单体包括单不限于具有以下结构的化合物：

R-CH=CH-SO₃M；

MO₃S-R-CH=CH-SO₃M；

R-CH=CH-CO₂M；

CH₂=C(R)-CO₂M；

CH₂=CH-PO₃M₂；

R-CH=CH-PO₃M₂；以及

R-CH=C(R)-PO₃M₂；

其中R是一个氢原子（除了在列出的第二化合物的情况下）或一个烃部分，并且其中M是一个选自下组的一价阳离子，该组由以下各项组成：氢离子、碱金属离子、氨离子、以及单烷基、二烷基、三烷基、以及四烷基氨离子，其中这些单烷基、二烷基、三烷基、以及四烷基氨离子的烷基部分各自具有一到四个碳原子。该烃部分可以是直链的或支链的，可以是脂肪族的或芳香族的或者脂肪族的和芳香族的两者，可以包含杂原子，诸如氧、硫、氮，并且可以是饱和的或包括一个或多个不饱和键。

该酸功能化的单体可以用作彼此的混合物。优选的酸功能化的单体是呈盐形式的。尤其优选的酸功能化的单体是氨盐或钠盐。