专利名称：高乙烯基醚改性的可烧结聚四氟乙烯的制作方法
技术领域：
本发明涉及改进的聚四氟乙烯粒状粉末。
背景技术：
聚合四氟乙烯以制备不可熔体加工聚四氟乙烯(PTFE)的两种通用方法是已知的-(1)分散聚合和(2)悬浮聚合。每种方法生产具有显著不同性能的聚合物。
从分散聚合分离的聚合物粒子通常称为细粉末和具有在剪切应力下原纤化的特征性能。可以由称为糊剂挤出的润滑挤出方法与随后的润滑剂脱除，将粉末制造成制品。进一步通过在聚四氟乙烯熔点以上加热挤出物加工挤出物，以烧结挤出物成坚韧，粘附制品。细粉末不可以由用于加工悬浮聚合的PTFE的下述通常技术制造成制品。
从悬浮聚合分离的聚合物粒子通常称为颗粒和不可原纤化和不能糊剂挤出。分离的粒子典型地是不规则的，纤维性的和粗糙的，并通常经受各种处理操作如切割，或切割和造粒，以获得具有更好加工特性的树脂。通过由从粉末冶金调整的预成型品/烧结技术从粒状粉末制造制品。技术包括产生预成型品和在室温下致密化和然后烧结预成型品，任选地随后机器加工。烧结阶段由熔融PTFE粒子的聚结降低和/或消除空隙空间。这些步骤是相当耗时的。
另一种重要的颗粒加工技术称为柱塞挤出，它是用于连续管子和棒生产的连续粉末烧结挤出方法。在此方法中，通过自动计量设备，以重复循环将聚四氟乙烯粉末引入已经加热到烧结温度的管子，通过柱塞压缩和在烧结管中每次移动前进相应的距离。在这些条件下，粉末烧结在一起以形成均匀挤出的成形制品。
细粉末显著不同于颗粒粉末在于它不可柱塞挤出和不可以由预成型品/烧结技术制造成任何显著质量或厚度的制品。
已经进行努力以改性悬浮聚合的聚四氟乙烯以制备适用于柱塞挤出的更小，更圆原聚合物粒子，而不需要进一步预处理，如切割和造粒。这样的改性包括全氟(烷基乙烯基醚)(PAVE)共聚单体的低水平加入，其中全氟(烷基)是1-3个碳原子，如例如在1967年3月24日公开的英国专利说明书1116210中提供。尽管假定了全氟(丙基乙烯基醚)(PPVE)至多1.5mol％(4.3wt％)的水平，例示的最高PPVE水平是0.28wt％。
迄今为止，本领域技术人员相信获得可烧结量级的高分子量PTFE要求限制共聚单体引入。先前已经展示TFE与高水平氟化乙烯基醚的共聚，甚至在链转移剂不存在下，导致低分子量，可熔体加工的聚合物。链转移剂在可熔体加工TFE/PAVE共聚中的使用赋予所需的第二属性，即降低的不稳定端基和变窄的分子量分布。如在Gresham等人的U.S.专利3635926实施例1中所示，甚至当将引发剂降低到其中要求链转移剂以降低分子量的水平时(因此能够获得链转移剂的所需第二益处)，由分散含水聚合中的共聚生产的聚合物仍然是可熔体加工的和分子量不显著高而可烧结。
需要的是改进的粒状树脂，该树脂可以容易地加工和产生具有同等或改进机械性能的烧结制品。
发明内容
本发明提供一种四氟乙烯可烧结共聚物的改性聚四氟乙烯粉末，该共聚物含有约0.5-约10wt％氟化乙烯基醚，该共聚物的熔体蠕变粘度大于约1×106Pa·S。在优选的实施方案中，可烧结共聚物的熔体蠕变粘度大于约1×107Pa·S和氟化乙烯基醚含量为约1-约7wt％。
本发明进一步提供一种在悬浮聚合工艺中，由如下方式聚合四氟乙烯和氟化乙烯基醚的方法通过将加压四氟乙烯加入到包含搅拌液体介质、优选水的聚合容器中，该液体介质包含溶解的自由基引发剂，该聚合容器包含初始量的氟化乙烯基醚。在不存在任何显著数量调聚剂下进行聚合。在聚合引发之后，以足以生产包含0.5-约10wt％和熔体蠕变粘度大于约1×106Pa·S的四氟乙烯可烧结共聚物的数量连续加入氟化乙烯基醚。
本发明的聚合物的特征为令人惊奇地具有高氟化乙烯基醚水平和熔体蠕变粘度的结合，该粘度足够高而能够实现由烧结制造制品。获得的新聚合物组合物兼具超高分子量聚四氟乙烯在耐化学品性能中的优点与全氟化共聚物易于加工的性能和优异物理性能。
发明详述本发明涉及高度改性的可烧结聚四氟乙烯(PTFE)。改性PTFE表示TFE与小浓度共聚单体的共聚物，使得获得聚合物的熔点不显著降低到PTFE均聚物熔点以下。然而先前已经认为这样共聚单体的浓度应当优选小于0.5wt％以保持超高分子量全氟聚合物的所需特性，本发明的改性可烧结PTFE包括四氟乙烯的共聚物，该共聚物包含约0.5-约10wt％氟化乙烯基醚，优选约1-约7wt％氟化乙烯基醚，和最优选约1.5-约7wt％氟化乙烯基醚。改性共聚物的熔体蠕变粘度大于约1×106Pa·S和优选大于约1×107Pa·S。氟化乙烯基醚优选是全氟(烷基乙烯基醚)(PAVE)和烷基包含1-5个碳原子。PAVE可以是，例如，全氟(甲基乙烯基醚)(PMVE)、全氟(乙基乙烯基醚)(PEVE)或全氟(丙基乙烯基醚)(PPVE)。如需要可以使用氟化乙烯基醚的混合物。
本发明的改性PTFE具有由先前已知悬浮聚合方法制备的PTFE的通常不可原纤化特征。由于它的特别高分子量，树脂是可烧结的。可烧结树脂指的是树脂不可熔体加工和具有可测量的熔体蠕变粘度，该熔体蠕变粘度由U.S.专利3819594中描述的方法测定。这样的分子量正常相应于小于2.25的标准比重(SSG)，和更通常小于2.20的SSG，SSG是随增加分子量降低的参数。在SSG和数均分子量之间的一般关系是公知的。参见，例如，Sperati&Starkweather，Fortschr。Hochpolym。-Forsch.2，465(1961)。
本发明的高度改性产物，在适当的完成操作如切割，或切割和造粒之后，用作粒状树脂，也称为模塑树脂。由于本发明高度改性树脂的较低熔点，可以在更低温度下采用更短的烧结循环烧结制品。更低的熔点提供可以由柱塞挤出加工的树脂，使得实现这样的制造工艺，该制造工艺更快速，在更低温度下进行和生产具有更薄壁的制品。
如由实施例所示，经受柱塞挤出和烧结的本发明聚合物生产管形产物如管衬垫和软管，它们比市售烧结PTFE平滑至少3X和比市售烧结改性PTFE平滑至少1.5X。由于可以更少的空隙和更平滑的表面加工树脂，这样的产物具有优异的电性能。这样的树脂也在半导体制造领域中具有价值，其中对于降低污染物存在严格的需求。本发明满足模塑制品的需求，该制品具有PTFE的耐热性和耐化学品性能和此外具有抗污染物粘合到表面的更平滑表面。制品的表面平滑度基本抑制流体处理设备中的污染和因此可适于精密材料工业领域中宽范围的应用。
也如由实施例所示，本发明的高度改性PTFE聚合物比市售PFA共聚物显示更好的耐应力断裂性能。本发明的优选高度改性PTFE由MIT弯曲寿命测量的耐应力断裂性大于50,000次循环。树脂也具有优异的光学性能与特别低的雾度。此外，与从市售PTFE、改性PTFE、和标准PFA共聚物树脂制备的产物相比，从本发明树脂制备的挤出产物显示优异的机械性能如更好的拉伸强度和更高的伸长率。
本发明的方法相似于本领域已知的TFE悬浮聚合，包括如下步骤向搅拌的高压釜中预加入液体介质，脱氧，采用TFE加压到预定水平，加入共聚单体和任选的表面活性剂，和在足够水平下加入引发剂以开始和保持聚合反应。在预定基础上加入另外的TFE和乙烯基醚共聚单体，例如以保持规定的压力或在规定的进料速率下。任何可工作的压力可用于本发明的方法。在增加的反应速率中高压力提供相对于低压力的优点。在增加的共聚单体引入中低压力提供相对于高压力的优点。一般情况下，使用约0.3-7MPa的压力，和优选0.7-3.5MPa的压力。更优选是0.7-2.5MPa的压力，和特别优选是0.7-1.9MPa的压力。
将乙烯基醚共聚单体预加入和以足以生产如下共聚物的数量连续加入四氟乙烯与约0.5-约10wt％，优选约1-约7wt％，和最优选约1.5-约7wt％氟化乙烯基醚的可烧结共聚物，共聚物的熔体蠕变粘度大于约1×106Pa·S，优选大于约1×107Pa·S。
已知用于TFE悬浮聚合的聚合温度也可用于本发明的实施。温度的选择一般由引发剂的温度依赖性确定。一般情况下，在约0℃-约100℃，更优选约10℃-约90℃，最优选约15℃-约75℃的温度下进行根据本发明的共聚。
如在采用低水平共聚单体的未改性高分子量PTFE和高分子量PTFE的悬浮聚合中，足够搅拌此聚合方法中的反应容器以凝聚聚合物。在优选的实施方案中，在约300-约800rpm的范围内操作搅拌器，如在Aten的U.S.专利5405923中所述。由于聚合物在聚合期间凝聚，可以直接从含水介质进行分离，如通过从获得的聚合物排出含水介质和干燥。如需要，洗涤和/或切割聚合物也可以进行。
在不存在任何显著数量调聚剂下进行悬浮聚合工艺。对于此专利申请的目的，术语调聚剂广泛地表示过早停止链增长的任何试剂和包括通常称为链转移剂的那些。术语链转移意味着一个聚合物链生长的停止和另一个生长引发的开始，其中生长聚合物自由基的数目保持相同和聚合在相同速率下进行而不引入更多引发剂。调聚剂在它的存在下比在它不存在下产生更低分子量聚合物，和生长的聚合物链自由基数目保持相同或降低。实际上大多数试剂，如果以足够的数量存在，倾向于降低自由基数目和最终降低聚合速率。
本发明的悬浮聚合方法优选在含水介质中进行。水在宽温度范围内是方便的液体，当杂质降低到低水平时基本不调聚，便宜和安全。优选，含水介质基本没有含氟有机溶剂。
相对于典型地用于已知改性PTFE聚合的数量，引发剂水平可以高。这令人惊奇地达到高空间-时间收率而没有在高水平引发剂存在下导致预期的分子量降低。可用于本发明实施的引发剂包括用于TFE聚合的任何自由基引发剂，该引发剂在要采用的温度范围内是有效的。通常用于含水聚合的引发剂是热活化水溶性自由基引发剂如过硫酸铵(APS)、过硫酸钾(KPS)、或其结合物，或化学活化氧化还原体系如高锰酸钾/草酸/亚硫酸氢钾、过硫酸钾/亚硫酸氢钾/硫酸铁、或溴酸钾/亚硫酸氢钾/草酸等。
少量非调聚氟化表面活性剂可用于本发明的方法作为聚合助剂。这样非调聚氟化表面活性剂的数量按重量优选小于1000ppm，更优选小于500ppm和最优选小于100ppm，基于聚合中采用的液体介质量。这样的表面活性剂可包括，例如，在U.S.专利4380618中公开的全氟辛酸铵、ω-氢全氟壬酸铵、和全氟烷基乙磺酸及其盐。在本发明树脂生产中具有特定功用的是相对少量的全氟(聚醚)羧酸或二羧酸、或全氟(聚醚)磺酸或二磺酸、或其盐。这样表面活性剂的使用倾向于增加乙烯基醚共聚单体的引入和总体聚合速率。
测试方法氟聚合物组成使用付里叶变换红外(FTIR)光谱在380℃下压挤的0.095-0.105mm厚膜上测定。到4.25μm的FTIR吸收谱带用作内部厚度标准。PPVE含量从10.1μm的FTIR谱带测定和以wt％计算为0.97×10.1μm吸光度与4.25μm吸光度的比例。PEVE含量从9.18μm的FTIR谱带测定和以wt％计算为1.3×9.18μm吸光度与4.25μm吸光度的比例。
由通过毛细管孔口的挤出测量的熔体粘度(毛细管或挤出粘度)在372℃下，由如在U.S.Pat.No.4380618中所述改进的ASTM方法D1238-52T测定。此毛细管粘度通常用于可熔体加工的树脂。在此测试中可烧结，不可熔体加工的树脂不通过毛细管孔口挤出。
除非另外说明，由树脂条在拉伸应力下的伸长速率测量的熔体蠕变粘度(伸长粘度)在380℃下，如在U.S.Pat.No.3819594中所述测定。此伸长粘度通常用于可烧结，不可熔体加工的树脂。可熔体加工的树脂的条，它定义为具有通过上述毛细管测试的可观察的挤出的树脂，在伸长速率在负荷下可以测量之前，在伸长测试中滴落和断裂。
除非另外说明，成品树脂的标准比重(SSG)根据ASTM规范D-4894表征，它描述了模塑，烧结，SSG测定的过程。
MIT弯曲寿命是ASTM D-2176的改进，ASTM D-2176是借助于MIT测试仪的纸折叠耐性的标准测试方法。测试被调整为测定聚合物树脂膜的弯曲寿命。测试显示膜承受重复弯曲，折叠和起皱痕的能力。
除非另外说明，对具有矩形形状0.5英寸宽5英寸长和0.050英寸厚(1.27mm)的切削膜进行测量。根据ASTM D4894中描述的方法制备切削膜。
标准MIT弯曲测试仪，折叠耐性测试设备购自TiniusOlsen，Willow Grova Pa的Testing Machine Co.。测试设备具有No.8弹簧和1.0kg负荷。在膜样品的两个方向(机器方向和横向)中进行测试。平均化五个测试的结果。测试结果指示断裂样品需要的双折叠数目。
按照ASTM D-638采用特殊的试件形状测量挤出管材的拉伸强度和伸长率。将试件采用效用刀从挤出管在轴向(长尺寸)切割试件条。每个试件是7.62cm(3英寸)长，1.0cm(0.4英寸)宽。除非另外说明，厚度由管壁厚度3.30mm(0.130英寸)测定。初始颚分离是22.2±0.13mm(0.875±0.005英寸)和测试速度是50mm(2.0英寸)/min。
表面平滑度在10cm长管材样品上使用具有金刚石触针的表面光度仪(Mitutoyo Surftest型号SJ-301)测量。将触针校准到参考表面和然后放置在管子的外表面上，及触针的长尺寸在管子上定中心和平行于管子的长尺寸。在轴向(长尺寸)中沿管子表面移动触针0.03英寸(0.762mm)的距离和记录Rq(均方根)。沿管子长度在五个均匀布置的位置进行此测量。报导的数值是取得的五次测量值的平均值。Rq的更小数值指示更平滑的表面。
实施例都在夹套中包住的37.9升不锈钢高压釜中进行以下对比例和实施例中描述的聚合，通过该夹套循环传热流体用于加热或冷却目的。此高压釜装配有安装在垂直轴上的两叶，45度角，平直底排式搅拌器。以下内容中报导的压力是绝对压力。除非另外说明，通过在约3-7℃下在高速度粉碎机(型号VFSTS-06-SSB，Taylor，Stiles&Co.)中切割和然后在循环空气烘箱中在约150℃下干燥24-48hr，处理湿聚合产物。
对比例A-D对比例A-D生产相似于由颗粒PTFE聚合现有技术教导的可烧结，乙烯基醚改性粒状PTFE。
对比例A向高压釜中加入21.3L软化水，1g柠檬酸，1g草酸和0.1g偏亚硫酸氢钾。在氧气脱除之后，通过旋阀引入15g全氟(丙基乙烯基醚)，PPVE。将高压釜在15℃下加压到1.83MPa和在700rpm下搅拌。在5ml/分钟下注射KMnO4的0.12mg/L引发剂溶液，以0.6mg KMnO4每分钟的注射速率，连续通过批次的剩余部分。在KMnO4引发剂溶液注射10分钟之后，压力的轻微下降指示聚合的开始。在此点，向高压釜中连续加入TFE以保持1.83MPa的压力。在141分钟之后，7258g TFE转化成聚合物。在此点关闭TFE进料阀和高压釜从1.83MPa反应到0.7MPa。在切割之前，原聚合物具有PTFE颗粒典型的细碎纤维性外观。聚合物具有0.08wt％PPVE的共聚单体含量，2.159的SSG和1.4×109Pa·S的熔体蠕变粘度。由DSC测量的此树脂的第二熔点是323.22℃，它是改性PTFE典型的值。
对比例B采用与对比例A相似的方式运行批次物，区别在于采用注射泵在氧气脱除之后，将48g全氟(乙基乙烯基醚)，PEVE加入到高压釜中，和在0.25mg KMnO4每分钟的速率下注射KMnO4引发剂溶液。在180分钟之后，有1497g的TFE转化为聚合物。在此点，关闭TFE进料阀和从高压釜排出过量单体。获得的聚合物具有0.10wt％PEVE的共聚单体含量，2.145的SSG和由伸长变形测量的1.5×109Pa·S的熔体蠕变粘度。
对比例C向高压釜加入21.3L软化水和1g柠檬酸。然后通过交替采用1540g TFE加压和排空从高压釜除去氧气。使用高压泵(微进料器)，加入23g全氟(丙基乙烯基醚)，PPVE。将高压釜在65℃下采用TFE加压到1.83MPa和在700rpm下搅拌。在50ml/min下向高压釜中注射浓度为5g/L的过硫酸铵，APS溶液，总计注入1.5g APS。在APS注射结束时，观察到轻微的压力降，指示聚合的启动(开始)。打开TFE进料阀，和向高压釜中连续加入另外的TFE单体以在随后的反应过程期间保持压力在1.83MPa。在反应过程期间，将温度保持在65℃。在从开始测量的85min反应之后，5443g TFE转化成聚合物。在此点关闭TFE进料阀和高压釜从1.83MPa反应到0.2MPa。聚合物具有0.10wt％PPVE的共聚单体含量，2.170的SSG和1.1×109Pa·S的熔体蠕变粘度。
对比例D采用与对比例C相似的方式运行批次物，区别在于聚合温度是71℃，在氧气脱除之后通过旋阀漏斗引入15克PPVE，和总计2.3g APS用作引发剂。在从开始测量的55min反应之后，7258g TFE转化成聚合物。在此点关闭TFE进料阀和从高压釜排出过量单体。聚合物具有0.08wt％PPVE的共聚单体含量，2.194的SSG和8×103Pa·S的熔体蠕变粘度。
实施例1此实施例说明相似于在Brubaker U.S.专利2393967中例示的制备，在高温下高度改性可烧结PTFE的悬浮聚合。向高压釜加入21.3L软化水和1g柠檬酸。在氧气脱除之后，通过旋阀加入25g全氟(丙基乙烯基醚)，PPVE。将高压釜采用TFE在65℃下加压到1.83MPa。注射总计3g APS作为引发剂。在开始之后，打开TFE进料阀，和向高压釜中连续加入另外的TFE单体以在随后的反应过程期间保持压力在1.83MPa。同时，在4.5g/min速率下将另外的PPVE注入高压釜60分钟，在开始之后总计加入180g PPVE。在反应过程期间，将温度保持在65℃。在从开始测量的100min反应之后，5443g TFE转化成聚合物。在此点关闭TFE进料阀和从高压釜排出过量单体。聚合物具有1.40wt％PPVE的共聚单体含量，2.178的SSG和1.2×109Pa·S的熔体蠕变粘度。由DSC测量的此树脂第二熔点是322.36℃，非常相似于对比例A的轻度改性树脂，即使乙烯基醚含量高过一个数量级。
实施例2此实施例说明使用由Aten在U.S.专利5405923中教导的低引发温度，高度改性可烧结PTFE的悬浮聚合。向高压釜中加入21.3L软化水，1g柠檬酸，1g草酸和0.1g偏亚硫酸氢钾。在氧气脱除之后，通过旋阀引入9g PPVE。将高压釜在15℃下加压到1.83MPa和在700rpm下搅拌。在10ml/分钟下注射KMnO4的1g/L引发剂溶液，对于10mgKMnO4每分钟的注射速率，连续通过批次的剩余部分。在开始之后，向高压釜中连续加入TFE以保持1.83MPa的压力。同时，在1.5g/min下将另外的PPVE注入高压釜60分钟，在开始之后加入总计90g PPVE。在从开始测量的100min反应之后，1678g TFE转化成聚合物。在此点关闭TFE进料阀和将高压釜排气。获得的聚合物具有1.42wt％PPVE的共聚单体含量，2.147的SSG和1.3×109Pa·S的熔体蠕变粘度。
实施例3此实施例说明在高度改性可烧结PTFE的悬浮聚合中非调聚表面活性剂作为聚合助剂的用途。采用与实施例1相似的方式运行批次物，区别在于预加入1克KRYTOX157FSL，聚(六氟环氧丙烷)羧酸(购自DuPont Company)，预加入300g PPVE，16.2g APS用作引发剂，和在7.5g/min下将另外的PPVE注入高压釜40分钟，在开始之后加入总计3000g PPVE。在从开始测量的83min反应之后，5443g TFE转化成聚合物。在此点关闭TFE进料阀和从高压釜排出过量单体。获得的聚合物具有1.64wt％PPVE的共聚单体含量，2.189的SSG和4×108Pa·S的熔体蠕变粘度。
实施例4此实施例进一步说明在高度改性可烧结PTFE的悬浮聚合中非调聚表面活性剂作为聚合助剂的用途。采用与实施例1相似的方式运行批次物，区别在于预加入1克FLUOROLINKC，全氟聚醚二羧酸(购自Ausimont)，预加入300g PPVE，16.2g APS用作引发剂，和在7.5g/min下将另外的PPVE注入高压釜40分钟，在开始之后加入总计3000gPPVE。在从开始测量的86min反应之后，5443g TFE转化成聚合物。在此点关闭TFE进料阀和从高压釜排出过量单体。获得的聚合物具有2.53wt％PPVE的共聚单体含量，2.178的SSG和8×108Pa·S的熔体蠕变粘度。
实施例5-24以相似于实施例1的方式运行采用PPVE共聚单体的实施例，以进一步展示和例示本发明。实施例1配方的变化及其聚合结果见表1。
表1g/min PPVEgAPSgPPVE 注入的注射 g注射间歇时 g消耗 wt％ 熔体蠕变实施例预加入 预加入 PPVE 时间 的PPVE 间，min 的TFE PPVESSGmin 粘度Pa·S56.9 150 1.5 83125 8354430.832.1781.7×10966 75 345135 7854430.772.1791.4×10976 38 4.5 60270 8954430.982.1781.3×10986 75 375225 100 55340.962.1722.3×109910.438 4.5 60270 6639011.222.2032×10810 6 38 4.5 60270 7448271.242.2001×10811 3 38 4.5 60270 9249441.272.1953×10812 6 38 645270 8147631.272.2001×10813 6 18 7.5 40300 5017890.942.1926×10714 6 18 7.5 40300 6948081.392.2002×10815 6 38 7.5 40300 6731751.602.2031×10816 12 75 7.5 40300 7754431.422.2052×10817 12 75 7.5 70300 7258511.522.2122×10818 12 75 7.5 40300 8368951.512.2052×10819 12 37 7.5 40300 8354431.122.1751.1×10820a6 37 7.5 40300 8554431.132.1912×10821a6 37 7.5 40300 8654431.282.1874×10822b3 37 7.5 40300 8354431.352.1971.4×10823 27 300 4.5 80360 7954431.742.1885×10724 27 600 7.5 45338 7554432.302.2007×107a-在70℃下聚合。
b-在75℃下聚合。
实施例25采用与实施例1相似的方式运行批次物，区别在于预加入300克全氟(乙基乙烯基醚)，PEVE，27g APS用作引发剂，和在4.5g/min下将另外的PEVE注入高压釜80分钟，在开始之后加入总计360g PEVE。在从开始测量的100min反应之后，4536g TFE转化成聚合物。在此点关闭TFE进料阀和从高压釜排出过量单体。获得的聚合物具有5.10wt％PEVE的共聚单体含量。由DSC测量的此树脂的第二熔点是315.4℃，显著低于采用PPVE改性PTFE观察到的约323℃。PEVE，是更反应性的共聚单体，得到更高的引入水平，它足以干扰结晶以降低熔点。因此，在372℃下测量此树脂的熔体蠕变粘度。熔体蠕变粘度是3×106Pa·S。以相似的方式采用下降熔点的优点，通过直接插入在335℃下的预热烘箱20分钟烧结SSG碎片，随后取出在实验室台顶部上冷却。在离开烘箱时的SSG碎片是完全透明的，没有通常在部分烧结均聚物或改性PTFE胚料中观察到的雾度。对烧结碎片测量的比重是2.153。
实施例26-30以相似于实施例25的方式运行采用PEVE共聚单体的实施例，以进一步展示和例示本发明。实施例1配方的变化及其聚合结果见表2。
表2g/min PEVE注gAPS gPEVE间歇时g消耗wt％熔体蠕变注入的射时 g注射实施例 预加入 预加入PEVE 间，min的PEVE 间，min的TFEPEVE SGc粘度dPa·S26 12 37 7.5 40300 83 5443 2.91 2.183 4×10827a8 37 7.5 40300 93 5443 3.28 2.174 4×10828b3 37 7.5 40300 80 907 3.00 2.139 9×10829b3 37 7.5 40300 100 4536 3.57 2.180 1.0×10730 27 1800 1580600 100 1588 5.31 2.155 5×106a-在70℃下聚合。
b-在75℃下聚合。
c-在预热325℃烘箱中烧结20分钟之后对SSG碎片测量。
d-在372℃下测量。
实施例31-34采用与实施例1相似的方式运行批次物，区别在于预加入300克全氟(甲基乙烯基醚)，PMVE，27g APS用作引发剂，和在4.5g/min下将另外的PMVE注入高压釜40分钟，在开始之后加入总计180g PMVE。聚合的结果见表3。
表3间歇时间 消耗的wt％ 熔体蠕变实施例分钟TFE，gPMVE SGa 粘度Pa·S31 100 1179 1.08 2.130 3.03×10732 51 1814 2.73 2.135 1.82×10633 100 3175 4.00 2.103 2.66×10634 35 907 4.12 2.121 6.12×106a-在预热325℃烘箱中烧结20分钟之后对SSG碎片测量。
实施例35-MIT弯曲寿命与市售聚合物组合物比较，如以上描述中改进的标准MIT折叠耐性测试仪用于测定本发明聚合物的弯曲寿命。
对实施例1，5-8中制备的聚合物切削膜进行测量。膜样品具有0.5英寸(1.27cm)宽，5英寸(12.7cm)长和0.050英寸厚(01.27mm)的矩形形状。
对对比膜E进行测量，它是市售DuPont PFA6000膜，PPVE含量为4wt％和由熔融指数仪中的毛细管技术测量的熔体粘度为3×104Pa·S的TFE和PPVE可熔体加工共聚物。膜样品具有0.5英寸(1.27cm)宽，5英寸(12.7cm)长和0.060英寸厚(01.52mm)的矩形形状。
在表4中报导MIT弯曲寿命结果。
表4聚合物MIT弯曲寿命(循环)实施例1 67,953实施例5 82,875实施例6 76,117实施例7 70,788实施例8 132,618对比E 417对于高度改性粒状树脂大于50,000循环的高MIT弯曲寿命指示比从商业共聚物制备的膜(对比膜E)更好的耐应力断裂性。
实施例36-柱塞挤出将本发明柱塞挤出聚合物的物理性能与市售聚合物比较。
用于此实施例的聚合物是实施例26对比聚合物F市售NXT75(购自DuPont Fluoroproducts，Wilmington DE)，PTFE含量为0.1wt％和熔体蠕变粘度为1×109Pa·S的PPVE改性可烧结颗粒。
对比聚合物G市售9B(购自DuPont Fluoroproducts，WilmingtonDE)，熔体蠕变粘度为5×1010Pa·S的未改性均聚物颗粒。
对比聚合物H市售PFA350(购自DuPont Fluoroproducts，Wilmington DE)，PPVE含量为4wt％和由熔融指数仪中毛细管技术测量的熔体蠕变粘度为3×104Pa·S的TFE和PPVE的可熔体加工共聚物。
除对比聚合物H以外，此实施例聚合物管材材料的样品由在型号DU.VRE.10J的商业机器中的柱塞挤出方法获得，该机器购自位于RockHill，SC的Phillips Scientific Company。
在表5中列出用于生产管材形材料的柱塞挤出运行条件。
在此方法中，将计量装料的树脂加入到挤出机模头的冷端，在大多数它的长度以上加热该模头。将通过中心装配有心轴的圆筒形柱塞由液压力在受控速度下向下驱动和该柱塞压缩挤出机进料喉部中的树脂成为进料。驱动柱塞的液压克服由在挤出机壁和制动力的摩擦产生的反压力和移动压缩的树脂进料进入柱塞挤出机的机筒。柱塞缩回以允许加入下一个进料。每个随后的压缩树脂进料逐步推进材料进入挤出机的六个加热区域，其中在从高度改性材料熔点到表5中详细说明的PTFE标准烧结温度的温度下烧结材料。在柱塞挤出工艺烧结阶段期间将单个树脂进料熔接在一起。连续长度的烧结挤出物从柱塞模头的末端出来。
表5柱塞挤出运行条件对比例F，G 实施例26聚合物机筒温度，°F区域1680 660区域2720 680区域3720 690区域4720 660区域5720 660区域6680 660机筒压力，psi 577 532挤出速率，ft/hr 1111在11/2英寸Davis Standard挤出机(购自位于Pawcatuck，CT的Davis-Standard Corporation)上生产对比聚合物H的熔体挤出管材。挤出机设定包括3/4in.OD/0.060in。壁管线模头，真空箱流平模头，管取出系统和自动切割机。
在表6中记录挤出机和模头温度分布。聚合物熔体温度平均为640(338℃)和所有牌号达到长度平均为11/4英寸(3.175cm)的稳定熔体圆锥体。温度分布保持如下。挤出管子的壁厚度是0.060英寸(1.52mm)。
表6熔体挤出机条件挤出机区域1 2 3 4温度，°F625 650 665 665模头区域 1 2 3 4 5温度，°F665 665 675 680 690如在测试方法下所述，根据拉伸强度和伸长率测量规定的尺寸切割所有聚合物的试件，区别在于根据挤出管材壁厚度，来自对比聚合物H的膜样品的厚度尺寸为0.060英寸(1.52mm)。此外，根据上述方法测定表面平滑度。在下表7中记录所有试样的拉伸强度，伸长率和平滑度。
当与标准PTFE，标准改性PTFE和PFA比较时，在柱塞挤出工艺中加工的高度改性乙烯基醚树脂生产具有优异性能的管材。
高度改性乙烯基醚树脂生产管形产品，它们比市售烧结PTFE平滑至少3X和比市售烧结改性PTFE平滑至少1.5X。
此外，与市售PTFE，改性PTFE，和标准PFA共聚物树脂相比，树脂显示优异的机械性能如更好的拉伸强度和更高的伸长率。
表7高度改性PTFE对市售聚合物的物理性能树脂对比G 9B 对比F NXT 对比H PFA 实施例26物理性能拉伸强度，psi 2500 1870 2360 2825伸长率，％390 280 260 700表面平滑度，Rq14.9 6.9 4.2 4.权利要求
1.一种包括四氟乙烯可烧结共聚物的改性聚四氟乙烯粉末，该共聚物包含约0.5-约10wt％氟化乙烯基醚，该共聚物的熔体蠕变粘度大于约1×106Pa·S。
2.权利要求1的改性聚四氟乙烯粉末，其中该可烧结共聚物包含约1-约7wt％该氟化乙烯基醚。
3.权利要求1的改性聚四氟乙烯粉末，其中该可烧结共聚物的熔体蠕变粘度大于约1×107Pa·S。
4.权利要求1的改性聚四氟乙烯粉末，其中该氟化乙烯基醚是全氟(烷基乙烯基醚)和烷基包含1-5个碳原子。
5.权利要求4的改性聚四氟乙烯粉末，其中该全氟(烷基乙烯基醚)是全氟(丙基乙烯基醚)。
6.权利要求4的改性聚四氟乙烯粉末，其中该全氟(烷基乙烯基醚)是全氟(乙基乙烯基醚)。
7.权利要求4的改性聚四氟乙烯粉末，其中该全氟(烷基乙烯基醚)是全氟(甲基乙烯基醚)。
8.权利要求1的改性聚四氟乙烯粉末，由MIT弯曲寿命测量的耐应力断裂性大于50,000次循环。
9.一种在悬浮聚合工艺中，由如下方式聚合四氟乙烯和氟化乙烯基醚的方法通过将加压四氟乙烯加入到包含搅拌液体介质的聚合容器中，该液体介质包含溶解的自由基引发剂，该聚合容器包含初始量的氟化乙烯基醚，在不存在任何显著数量调聚剂下进行聚合，和在聚合引发之后，以足以生产四氟乙烯与约0.5-约10wt％氟化乙烯基醚的可烧结共聚物的数量连续加入氟化乙烯基醚，该共聚物的熔体蠕变粘度大于约1×106Pa·S。
10.权利要求9的方法，其中该液体介质是水。
11.权利要求9的方法，其中加入足够数量的氟化乙烯基醚以生产包含约1-约7wt％该氟化乙烯基醚的可烧结共聚物。
12.权利要求9的方法，其中该可烧结共聚物的熔体蠕变粘度大于约1×107Pa·S。
13.权利要求9的方法，其中该氟化乙烯基醚是全氟(烷基乙烯基醚)和烷基包含1-5个碳原子。
14.权利要求13的方法，其中该全氟(烷基乙烯基醚)是全氟(丙基乙烯基醚)。
15.权利要求13的方法，其中该全氟(烷基乙烯基醚)是全氟(乙基乙烯基醚)。
16.权利要求13的方法，其中该全氟(烷基乙烯基醚)是全氟(甲基乙烯基醚)。
17.权利要求9的方法，其中该可烧结共聚物由MIT弯曲寿命测量的耐应力断裂性大于50,000次循环。
18.权利要求9的方法，其中在非调聚氟化表面活性剂存在下进行聚合。
19.权利要求18的方法，其中氟化表面活性剂是全氟(聚醚)羧酸或全氟(聚醚)二羧酸。
全文摘要
一种四氟乙烯可烧结共聚物的改性聚四氟乙烯粉末，该共聚物包含约0.5－约10wt％氟化乙烯基醚，共聚物的熔体蠕变粘度大于约1×10
文档编号C08F214/26GK1649916SQ03809933
公开日2005年8月3日 申请日期2003年4月29日 优先权日2002年4月30日
发明者R·M·阿滕, S·A·利伯特 申请人:纳幕尔杜邦公司