[发明专利]聚(四氟乙烯)及相关聚合物的分散体纺丝法

说明书

本发明涉及用于将聚(四氟乙烯)或相关聚合物的分散体纺丝成为纤维或将此种分散体成形为成形制品的方法，其中最终烧结的氟化聚合物结构以及中间体结构基本不含工艺盐、酸及其他杂质。

发明背景

聚(四氟乙烯)及相关聚合物对光、热、溶剂、化学浸蚀及电应力的优异稳定性，使得将这类聚合物及由这类聚合物制造的制品用于各种各样的用途颇受欢迎。然而，由于这类聚合物在熔融及溶液加工中涉及到的复杂性，很难通过传统方法将它们纺丝或成形。

一种用于聚(四氟乙烯)及其相关聚合物的成形或纺丝的方法，是由该聚合物颗粒水分散体与粘胶的混合物成形或纺制该聚合物，其中黄原酸纤维素是基质聚合物的可溶形式，例如可见诸于美国专利3,655,853；3,114,672；及2,772,444。

尽管粘胶被普遍用来由聚(四氟乙烯)及相关聚合物成形纤维，但采用粘胶却存在着某些严重的缺点。在粘胶(原液)的制造过程中，木浆接受碱金属氢氧化物和二硫化碳的处理，工艺复杂、费时。二硫化碳是有害化学物质。由于二硫化碳与空气的混合物具有爆炸性，在操作它时需格外小心和防范措施。当纤维素借助化学反应从粘胶(黄原酸纤维素)中再生出来时，要回收从凝固浴蒸发出来的二硫化碳，既不实际也不安全。因此，通常将这种有害化学物质排放到大气中，从而不但增加了粘胶的制造成本，而且造成对环境问题。

虽已知有了某些对粘胶成形法的替代方案，但是，采用这类基质聚合物大多仍要涉及到有机溶剂、表面活性剂或二者兼有的使用，例如可见诸于美国专利3,147,323；3,118,846及2,951,047。

授予Steuber的美国专利3,242,120描述了一种自承重的凝胶结构，以及一种由不溶于水的聚合物颗粒的水分散体与诸如藻酸钠或聚乙烯醇之类水溶性基质聚合物经混合纺丝或成形为成形制品的方法。该混合物在接触到能使基质聚合物发生胶凝的凝固介质时便形成凝胶结构。虽然Steuber列举出可作为基质聚合物的化合物并建议在聚合物颗粒聚结后对由凝胶结构形成的纤维进行洗涤，但是，Steuber没有指出或提示如何能够制造出不含盐和其他杂质的中间体纤维。

在分散体纺丝或成形中，凝固浴中的离子转移到中间体结构中。这些离子，例如氢、钠、硫酸根离子，会在由中间体纤维结构转化为最终烧结(聚结)氟化烯烃聚合物纤维的过程中造成严重的问题。

分散体成形中使用的典型凝固浴是包含硫酸和硫酸钠的酸浴。来自硫酸的残留酸会在氟化聚合物聚结要求的温度条件下导致中间体纤维结构的降解。盐的存在，有时可累积到高达纤维结构的25wt％，往往使生产出的纤维在机械性能方面不合格。在多数情况下，中间体纤维结构中高浓度的盐甚至会妨碍烧结纤维的形成，这是因为，要使包含残留盐的中间体纤维结构发生烧结，即便不是不可能也是非常困难。

本发明的目的是提供一种方法，采用该方法，聚(四氟乙烯)及相关聚合物可成形为中间成形制品或纺制成纤维，它们能很容易地洗掉其中所累积的工艺离子及其他杂质，并随后加工成最终烧结产品。

本发明的另一个目的是提供一种由聚(四氟乙烯)及相关聚合物的水分散体制造成形制品的方法，该方法具备以粘胶为基础的方法的优点，但克服了因以黄原酸纤维素作为可溶性基质聚合物而带来的缺点。

发明概述

本发明提供由氟化烯烃聚合物颗粒的水分散体与基质聚合物溶液的混合物纺制充分水洗的氟化烯烃聚合物中间体纤维的方法，它包括以下步骤：

(a)制取氟化烯烃聚合物颗粒的水分散体与基质聚合物溶液的混合物，其中该基质聚合物是取代度不超过约0.5且不低于约0.02的纤维素醚；

(b)将该混合物挤出到包含盐、酸或其混合物的凝固溶液中以使基质聚合物凝固并形成中间体纤维结构体；以及

(c)将该中间体纤维结构置于足够接近中性pH值的水中洗涤，以便将盐、酸及其混合物基本上完全从纤维结构体中去除，

其中洗净的纤维结构体具有至少30cm自承重长度并基本上不含离子。

本发明中间体纤维结构体可通过在经过步骤(c)之后接受如下进一步处理转化为聚结的氟化烯烃聚合物纤维：即，将该纤维结构干燥并烧结以将基质聚合物氧化并使氟化烯烃聚合物颗粒聚结。