[发明专利]聚四氟乙烯微粉辅助制备水性聚合物的方法

说明书

本发明涉及一种聚四氟乙烯微粉辅助制备水性聚合物的方法，在聚合过程中使用聚四氟乙烯微粉，利用微粉之间的间隙形成互相隔离的微反应池，将凝胶限制在微小的区域中，可以得到细小的聚合物颗粒，在水中稳定不沉淀，且不影响聚合物的物理化学性能，克服了传统工艺中将大块材料机械破碎的同时损伤材料电导率的问题；所添加的聚四氟乙烯微粉可以循环利用，无污染，有经济效益且环保。

技术领域

本发明涉及有机化工与高分子材料技术领域，特别涉及水性聚合物，尤其涉及一种聚四氟乙烯微粉辅助制备水性聚合物的方法。

背景技术

包含噻吩、苯胺、吡咯结构的水性聚合物是一类新兴的半导体，它不仅具有较高的电导率，还有非线性光学性质、电致发光性质、电致变色性质，柔韧性好，成本低，在军工和民用方面都有极大的应用价值。

其基本结构具有长的大π键共轭结构，它在氧化剂的作用下会失去电子，形成弥散在多个共轭单元上的阳离子，这种阳离子态的共轭结构具有很好的电子传导性能。阳离子态的共轭聚合物需要阴离子来配合稳定，这个过程称为“掺杂”，通常使用酸性离聚物，比如：聚4-乙烯基苯磺酸、聚乙烯基磺酸以及它们之间的共聚物，大体化学结构式为：

选择聚合物阴离子有两个优点：阴离子态聚合物与阳离子态聚合物相互缠结，酸性离聚物既是掺杂剂又是交联剂，不会脱除，使材料的耐久性好；同时阴离子态聚合物有很好的水溶性，可以包裹着阳离子态的共轭聚合物分散在水里，配置成水性涂料，更环保。其合成过程例如在聚4-乙烯基苯磺酸水溶液中用过硫酸盐氧化聚合包含噻吩结构的单体，其聚合物在氧化剂的作用下形成阳离子态，与阴离子态聚合物相互缠结，形成胶体颗粒状的聚合产物。反应后经过离子交换，脱除化学氧化产生的无机盐，再经过分散，成为聚合物颗粒的含水分散液，过程如拜耳公司专利EP0339340、EP0440957中所述。

该反应的特点是聚合与交联同时发生，难以对反应中的聚合体系进行有效地分散，使产物直接形成纳米级的细小的颗粒，并且这类聚合反应对乳化剂敏感，乳化剂在反应中不呈现惰性，会参与反应，使产物纯度降低且无法提纯，因此这个反应也难以用乳液聚合来分散。传统的工艺是先得到粗颗粒的水性胶体分散液，然后再用高压纳米均质机以机械剪切的方法将大颗粒破碎成纳米级的小颗粒，如爱克发公司专利CN1839448A所述。机械剪切会将大颗粒中两种聚合物之间由阴阳离子形成的交联点拉开，将其破碎成小颗粒，但是由于交联点同时也是掺杂点，破坏了掺杂点会使材料电导率下降。在颗粒边缘的掺杂点被拉开以后，由于导电高分子聚合物链是疏水的，向颗粒内收缩而酸性离聚物是亲水的，向水相伸展，界面上两种聚合物运动方向相反，原来的掺杂点被不可逆地破坏掉，电导率永久下降。同时颗粒在剪切过程中会产生较大形变，颗粒内部的掺杂点也会扭曲错位被破坏，并且由于位阻效应，使这种破坏在剪切完成以后不能完全恢复。

总之，剪切破碎的结果就是电导率的下降幅度达10倍以上。电导率下降以后将需要更多的用量和更大膜厚来达到同样的导电效果，这会增加成本并且降低透明度，失去了其本身的优势。

所以，需要找到一种在聚合反应的同时直接分散成纳米颗粒而绕过机械破碎的方法。

发明内容

本发明针对上述技术问题，提供一种聚四氟乙烯微粉辅助制备水性聚合物的方法。

为达到上述目的，本发明所提供的聚四氟乙烯微粉辅助制备水性聚合物的方法技术方案如下：

所述的方法包括：在制备水性聚合物的过程中添加聚四氟乙烯微粉，聚四氟乙烯微粉之间的间隙形成微反应池，将凝胶限制在所述的微反应池中，获得稳定的水性聚合物。

较佳地，聚四氟乙烯微粉与水、反应原料同时加入反应容器中，在反应容器内形成浆状物，一边搅拌一边反应。

较佳地，所述的搅拌时转速在50转/分以上。

较佳地，在水性聚合反应完毕后，通过加水萃取的方式，分离水性聚合物和聚四氟乙烯微粉。