一种聚四氟乙烯乳液及其制备方法和应用与流程

本发明涉及氟化工高分子材料领域，尤其涉及一种聚四氟乙烯乳液及其制备方法和应用。

背景技术：

1、有机高分子材料聚四氟乙烯由于其独特的碳氟键化学结构，赋予其优异的耐热性、耐化学品性、耐候性、不粘性、阻燃性、润滑性以及电气特性，广泛应用于航天、航空、电子信息、新能源汽车、轨道交通等诸多领域。聚四氟乙烯乳液作为主要产品之一，为均一的水相悬浊体，能够实现浸渍、喷涂、湿混等加工方式，应用十分方便。

2、聚四氟乙烯乳液中由非离子型浸润剂形成稳定的胶束，悬浮在水中成球状分散液，平均粒径一般在0.15-0.35um，其中分散液的平均粒径越大，形成涂层性能优良，但在聚四氟乙烯乳液的真空浓缩过程中，乳液固含量由30%提升至60%，持久沸腾下，大量聚四氟乙烯粒子碰撞结合，形成团聚物，在热量、重力等作用下，从水相中析出，附在浓缩釜与物料接触的内壁上，造成产品平均粒径下降，物料损失、能量损耗，而且团聚料的处理进一步提高生产成本。

3、发明专利申请cn112552530a公开了一种聚四氟乙烯浓缩分散液及其制备方法，其特征是以四氟乙烯为原料进行乳液聚合，过程中加入全氟己基乙烯进行改性，得到的聚合液进行真空浓缩，得到浓缩分散液，具有高温烧结稳定等特点，由于真空浓缩过程长时间乳液沸腾，浓缩釜结壁料较多，大粒子损失严重，由于粒度较小，出现涂层厚度低，易开裂等问题。发明专利申请cn110845653b公开了一种聚四氟乙烯浓缩分散液及其制备方法，其特征是以四氟乙烯为原料进行乳液聚合，聚合温度78-90℃，聚合压力2.0-3.0mpa，得到聚合液固含量32-35%，得到的聚合液进行真空浓缩，得到浓缩分散液，具有粒子均匀、耐磨、附着力强等特点，由于真空浓缩过程长时间乳液沸腾，浓缩釜结壁料较多，大粒子损失严重，出现粒度降低，影响涂层厚度等问题。发明专利申请cn111128577b公开了一种ptfe浓缩分散液及其制备方法和应用，其特征是以四氟乙烯为原料进行乳液聚合，得到聚合液固含量35-45%，加入乳化剂真空浓缩至55-65%，应用于电路板涂层，具有介电损耗低等特点，由于真空浓缩过程长时间乳液沸腾，浓缩釜结壁料较多，大粒子损失严重，出现粒度降低，影响涂层厚度等问题。发明专利申请cn105694170b公开了一种聚四氟乙烯浓缩分散液及其制备方法，其特征是以四氟乙烯为原料进行乳液聚合，聚合控温84-86℃，直接得到43%固含量的聚合液，加入仲醇聚氧乙烯醚真空浓缩，具有粒子均匀、涂层光泽与耐磨性好等特点，但由于真空浓缩过程长时间乳液沸腾，浓缩釜结壁料较多，大粒子损失严重，出现粒度降低，影响涂层厚度等问题。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供一种聚四氟乙烯乳液及其制备方法。本发明能够显著降低大粒子碰撞团聚和结壁损失，所得乳液具有大粒径、高成膜性，能满足高光亮度、高厚度涂层的加工需求。

2、第一方面，本发明提供一种聚四氟乙烯乳液，所述聚四氟乙烯乳液的金属离子总含量低于10ppm，固含量为58-62%，平均粒径＞0.26um。

3、作为优选，所述平均粒径≥0.28um，优选为0.28-0.32um。

4、进一步优选，所述聚四氟乙烯乳液的金属离子总含量≤8ppm，优选为6-8ppm。

5、第二方面，本发明提供所述聚四氟乙烯乳液的制备方法，包括：将四氟乙烯单体在含有分散剂的体系中进行聚合，得到固含量为30-35%的聚四氟乙烯分散液；在所述聚四氟乙烯分散液中加入非离子表面活性剂，然后进行真空浓缩，得到固含量为58-62%的聚四氟乙烯乳液；所述真空浓缩采用的设备中设有螺旋型的盘管，所述盘管中内通热水，且所述盘管在真空浓缩过程中进行加热和搅拌。本发明中，聚四氟乙烯乳液的制备过程中，四氟乙烯单体在含分散剂的体系中聚合，得到固含量在30-35%聚四氟乙烯分散液，在该分散液中加入脱除金属离子的非离子表面活性剂，同时在真空浓缩的过程中采用设有内通热水的螺旋型盘管进行加热和搅拌，固含量达到58-62%时得到的聚四氟乙烯乳液具有大粒径等特点。

6、作为优选，所述非离子表面活性剂为壬基酚聚氧乙烯醚或异构醇聚氧乙烯醚，所述非离子表面活性剂的用量为分散液中聚四氟乙烯重量的3-4%。本发明聚合过程中，分散剂控制增大乳液初级粒径，浓缩过程中加入的脱除金属离子的壬基酚聚氧乙烯醚或异构醇聚氧乙烯醚，避免金属离子影响浓缩分散液的稳定性，同时与特定的真空浓缩相结合，进一步提高浓缩过程加热效率，减少加热时间，缩短乳液沸腾时间，减少乳液粒子碰撞几率，降低大粒子的损失率，得到大粒子型乳液。

7、进一步优选，所述盘管通过旋转进行搅拌，所述盘管的表面具有涂层。本发明中，采用的所述真空浓缩釜具有可旋转内部螺旋涂层盘管和导流高压夹套，通过内通热水的盘管旋转，减少径向温度梯度，提高加热效率，配合外部导流高压夹套加热，减少加热时间，缩短浓缩乳液沸腾时间，减少乳液粒子碰撞几率，降低大粒子的损失率。

8、进一步优选，所述盘管中的热水温度为80~85℃，所述涂层的材料为ptfe涂层，所述旋转的转速10~15转/分；和/或，控制浓缩后的聚四氟乙烯乳液中金属离子总含量低于10ppm。

9、进一步优选，所述真空浓缩的过程中，通过真空浓缩设备旋转型内部螺旋涂层盘管和导流高压夹套进行加热和搅拌，所述盘管内通热水进行加热，通过可旋转内部螺旋涂层盘管旋转，配合外部导流高压夹套。

10、本发明将四氟乙烯单体在分散剂作用下聚合得到固含量30-35%的聚合液；向其中加入占ptfe重量3-4%的脱除金属离子的非离子表面活性剂，控制乳液中金属离子总含量低于10ppm；随后采用具有可旋转内部螺旋涂层盘管和导流高压夹套的专用型真空浓缩釜进行浓缩至固含量为58-62%，得到大粒径型聚四氟乙烯乳液。

11、作为优选，所述聚合采用的水相反应介质为去离子水，所述水相反应介质的用量为反应容器体积的50-70%；和/或，反应压力为2.4-2.6mpa，反应温度为80-85℃。

12、进一步优选，所述体系中还包括稳定剂、ph调节剂和引发剂中的一种或多种；优选的，所述稳定剂为固体石蜡，所述ph调节剂为丁二酸，所述引发剂为过硫酸铵。

13、进一步优选，所述稳定剂为固体石蜡，熔点为56-58℃，用量为去离子水质量的1-3%。

14、进一步优选，所述ph调节剂为丁二酸，所述ph调节剂的用量为去离子水质量的100-300ppm。

15、进一步优选，所述引发剂为过硫酸铵，所述引发剂的用量为去离子水质量的10-100ppm。

16、进一步优选，所述聚合为均聚或改性共聚；优选的，所述改性共聚时采用的共聚单体为六氟丙烯或全氟丙基乙烯基醚，所述共聚单体的用量为去离子水质量的500-1500ppm。本发明实施例中，聚四氟乙烯乳液采用的聚合方法，为现有公知的聚合方法，如乳液聚合、共聚聚合。

17、进一步优选，所述分散剂为全氟辛酸铵替代品，所述分散剂的用量为去离子水质量的300-500ppm。本发明实施例采用的全氟辛酸铵替代品分散剂为现有技术中常规的全氟氧杂八碳酸铵）。本发明中，通过优化制备方法和聚合工艺控制，形成大粒径型聚四氟乙烯聚合液，真空浓缩过程中使用的非离子型表面活性剂进行金属离子脱除，控制四氟乳液中金属离子总含量低于10ppm，少量非离子型表面活性剂加入乳液中形成对聚四氟乙烯粒子的保护，阻挡热运动胶体大粒子会相互碰撞几率，再经过专用型真空浓缩釜进行浓缩，减少浓缩过程中大粒子长时间碰撞导致团聚结壁，得到大粒径型聚四氟乙烯乳液，该乳液满足涂层厚度、光泽度及涂层强度等方面需求。

18、第三方面，本发明提供所述的聚四氟乙烯乳液或所述的制备方法得到的聚四氟乙烯乳液的应用，所述聚四氟乙烯乳液用于制备高光亮度、高极限膜裂厚度的聚四氟乙烯涂层；优选的，所述聚四氟乙烯涂层的光亮度为16~20gu、极限膜裂厚度为22~25μm。

19、本发明的有益效果至少在于：本发明提供的聚四氟乙烯乳液，通过在真空浓缩前加入脱除金属离子的非离子表面活性剂及用量，控制乳液金属离子总含量低于10ppm，避免了金属离子压缩双电层，提供基础的粒子保护；同时，采用具有可旋转内部螺旋涂层盘管和导流高压夹套的专用型真空浓缩釜进行浓缩至60%左右的固含量，从而通过盘管旋转显著减少了径向温度梯度，大幅提高了加热效率，缩短浓缩过程中乳液的持久沸腾时间，有效减少乳液粒子在热运动下的碰撞团聚几率，降低大颗粒损失与浓缩釜结壁率。利用此方法生产的聚四氟乙烯乳液，具有大粒径、高成膜性等特点，满足高光亮度、高厚度涂层加工需求。