用于卤代聚合物的添加剂
本发明涉及具有改进的加工性能的聚合物的组合物,特别是在挤出中更低的压力和/或更低的转矩,其中这些聚合物是半晶质可热加工的。
具体地说,本发明涉及可热加工的半晶质(卤代)聚合物的组合物,该(卤代)聚合物包含交替的嵌段-A-B-A-B-A-聚合物作为添加剂,其中A是一个全氟聚醚嵌段并且B是由衍生自卤化的和/或氢化的烯烃类的重复单元构成的一个嵌段。
可热加工的半晶质卤代聚合物类如ECTFE、TFE与全氟烷基乙烯基醚类的共聚物类如MFA以及PFA、PVDF(VDF均聚物)是现有技术中已知的。这些聚合物通过挤出或注塑模制常用于生产制成品,例如用于生产管件、薄膜、涂层等等。如已知的,聚合物的分子量越高,则制成品的机械性能越好。然而,随着分子量变高,聚合物的熔体粘度增加,引起了在熔融聚合物加工中的困难。事实上,这些具有高粘度的聚合物的挤出在挤出机模具中引起了一个显著的压力增加。在这些苛刻的条件下,聚合物会降解和/或产生的制成品在表面和/或在整体内有缺陷。
在现有技术中,为克服这些缺点,总体上是使用能够改进加工性能的添加剂。然而,工业上用于可热加工的半晶质聚合物类的添加剂对半晶质卤化的聚合物类不起作用。
用作不可热加工的聚合物的加工助剂、特别是用于氟弹性体的添加剂的种类也是已知的。然而,对于这类工业上使用的添加剂,不要求有高的热稳定性。实际上,用于氟弹性体的这些添加剂没有在可热加工的半晶质卤代聚合物类的挤出中使用。如所已知的,后者与氟弹性体性比在更高的温度下(大体上高于200℃)挤出。氟弹性体大体上是在低于150℃,特别是低于100℃的温度下进行加工的,以避免在挤出机中发生焦烧。用于在更低温度下的聚合物挤出的许多添加剂(如以上所指出的那些)经受了高度的蒸发,或经历了降解。后一种现象引起制成品的不希望的变色。在制成品大块中的缺陷如像破裂(裂纹、泡等等)以及表面缺陷如粗糙、开沟,可以发生。以上所述的对其中挤出是甚至更高的温度下(在至少250℃)进行的可热加工的半晶质(全)氟聚合物而言更为明显。
对用于半晶质聚合物类的添加剂要求的另一个特性是它们必须能够改进加工性能而不改变聚合物本体的特性,如机械特性。
在选择添加剂时应考虑在内的另一个参数是与聚合物的基质进行混合的容易度。事实上,高剪力挤出机总体上是用于获得在聚合物基质中的一种良好的添加剂分布。然而,必须注意的是聚合物造粒(总体上在加入添加剂之前在聚合物粉末中进行)是在低剪力挤出机中进行的。这是一个缺点:可取的是使用同一个挤出机,特别是低剪力型的。
由此,对于用于可热加工的半晶质聚合物可用的添加剂存在这需要,这些添加剂显示出以下特性的组合:
-在高温下、优选高于200℃、更优选高于250℃的温度下的高的热稳定性;
-在挤出过程中减小模具压力和/或挤出机螺杆的转矩而不实质性地减小流率的能力;
-即使当使用低剪力挤出机时,添加剂在半晶质聚合物中也基本均匀地分布;
-即使当以低量值使用时,添加剂也有效;
-聚合物的特性(特别是机械上的)没有实质性改变。
本申请人已经出人意料地并且意外地发现了解决该技术问题的特殊添加剂。
本发明的一个目的是聚合物的组合物,包括:
1)一种可热加工的半晶质卤代聚合物;
2)按1)的重量计0.01%-10%的一种添加剂,该添加剂由具有式(I)的一种或多种(全)氟聚醚聚合物形成
Q-O-[A-B]z-[A-B’]z’-A-Q’ (I)
其中:
-A是-(X)a-O-A′-(X′)b-
其中A′是一个全氟聚醚链,该全氟聚醚链包括一种或多种重复单元,选自:(CF2O)、(CF2CF2O)、(CF2CF2CF2O)、(CF2CF2CF2CF2O)、(CF(CF3)O)、(CF(CF3)CF2O)、(CF2CF(CF3)O),具有在66和50,000之间的一个数均分子量;X、X′,彼此相同或不同,是选自-CF2-、-CF2CF2-、-CF(CF3)-;a、b,彼此相同或不同,是等于0或1的整数,其条件是连接到端基基团Q-O-的嵌段A具有a=1并且连接到端基基团Q′的嵌段A具有b=0;
-B是一个嵌段,该嵌段由衍生自具有下式的一种或多种烯烃的单元构成,其中它们的至少一个是通过自由基方法可均聚的:
-[(CR1R2-CR3R4)j(CR5R6-CR7R8)j′]- (Ia)
其中
j是从1到30的一个整数,j′是从0到29的一个整数,其条件是(j+j′)是大于2并且小于30;R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8,彼此相同或不同,是选自卤素,优选F、Cl;H;C1-C6(全)卤烷基,其中该卤素优选是F、Cl;C1-C6烷基,任选包含多个杂原子,如O、N、S;C1-C6氧代(全)氟烷基;所述取代基R1-R8任选地包含一个或多个官能团;
-B’是衍生自一种或多种烯烃的一个嵌段,并且具有式(Ia),但这些取代基R1到R8中的至少一个与在嵌段B中不同,(j+j′)是大于或等于2并且小于30;
-z是大于或等于2的一个整数;z′是0或一个整数;z、z′是这样的,以使具有式(I)的聚合物的数均分子量是在500和500,000之间,优选从1,000到80,000,还更优选从5,000到60,000;
-Q和Q’,彼此相同或不同,是选自从1个到3个碳原子的全氟烷基端基基团,一个氟原子可以由一个氯或氢原子取代;C1-C6非氟化的烷基;或官能性端基基团-(CFW)-Dq-Tk,其中W=F、CF3,k是范围从1到4的一个整数,优选1或2,q是等于0或1,D是一个桥联基团。
优选组分1)以及组分2)的总数是按重量计100%。
可热加工的半晶质聚合物类,根据ASTM D 3418方法由差示扫描热量法(DSC)以10℃/min的加热速度测量时,具有高于1J/g,优选高于4J/g,更优选高于8J/g的第二熔融温度和/或每克聚合物中的第二熔化热(焓)。优选的聚合物具有一个高分子量,根据ASTM D-1238以5kg的载荷在取决于聚合物类的不同的温度下进行测量,该聚合物类具有低于50g/10min,优选低于10g/10min,更优选低于5g/10min的一个熔体流动指数。例如对于ECTFE聚合物而言,温度是275℃,对于VDF聚合物而言是230℃,对于ETFE聚合物而言是300℃,对于TFE全氟化的半晶质共聚物类而言是372℃。
组分1)是(例如)通过以下各项可获得的:
-将一种或多种含F和/或Cl原子的烯属单体进行聚合,任选在非卤化的烯烃类存在的情况下;
-将含氢的氟化的烯属单体与全氟化的烯属单体进行聚合。
含氟和/或氯原子的烯属单体的实例是:C2-C8全氟烯烃类;C2-C8氢化的氟烯烃类;C2-C8氯代和/或溴代氟烯烃类;全氟烷基乙烯基醚类CF2=CFOX,其中X是一个C1-C6全氟烷基,具有一个或多个醚基团的C1-C9全氟烷氧基;全氟间二氧杂环戊烯类。
非卤化的烯烃类的实例是具有从2个到8个碳原子的烯烃类,例如乙烯、丙烯;丙烯酸单体如甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸正丁酯;乙烯单体如乙酸乙烯酯。
优选的单体是:四氟乙烯(TFE)、六氟丙烯(HFP)、六氟异丁烯如C2-C8全氟烯烃类;在C2-C8氢化的氟烯烃类中,氟乙烯(VF),偏二氟乙烯(VDF),三氟乙烯,全氟烷基乙烯CH2=CH-Rf,其中Rf是一个C1-C6全氟烷基;在C2-C8氯代和/或溴代氟烯烃类中,氯三氟乙烯(CTFE)以及溴三氟乙烯;在全氟乙烯基醚类CF2=CFOX中,其中X是一个C1-C6全氟烷基、可以提及的有三氟甲基或五氟丙基,当X=具有一个或多个醚基团的C1-C9全氟烷氧基时,例如可以提及全氟-2-丙氧基-丙基;在全氟间二氧杂环戊烯中,可以提及2,2,4-三氟-5-三氟甲氧基-1,3-间二氧杂环戊烯(TTD)。
更优选的半晶质卤代聚合物是:
(a)TFE与乙烯、和/或丙烯、和/或异丁烯的共聚物,任选地包含一种或多种其他共聚单体,大体上量值为按摩尔计在0.1%和30%之间;例如一种全氟烷基乙烯CH2=CH-Rf,其中Rf是一个C1-C6,优选C4全氟烷基,大体上量值为按摩尔计在0.1%-10%之间。例如参见USP3,624,250以及USP 4,513,129;
(b)聚偏氟乙烯,任选包含一种或多种共聚单体,大体上量值为按摩尔计在0.1%和15%之间,如像六氟丙烯、四氟乙烯、三氟乙烯、氯三氟乙烯、丙烯酸单体;
(c)聚氯三氟乙烯,任选包括一种或多种共聚单体,大体上量值为按摩尔计在0.1%和10%之间,如全氟间二氧杂环戊烯、全氟烷基乙烯基醚、乙烯、丙烯酸单体。例如参见USP 6,342,569;
(d)氯三氟乙烯(CTFE)与乙烯(E)的聚合物,任选与附加的或取代E的丙烯和/或异丁烯;所述聚合物任选包含一种或多种其他共聚单体,量值为按摩尔计相对于E+CTFE的总量在0.1%和30%之间,优选按摩尔计在0.1%和15%之间,例如六氟异丁烯、全氟丙基乙烯基醚、或一种或多种丙烯酸单体,例如丙烯酸正丁酯。例如参见USP 6,107,393;
(e)聚氯乙烯(PVC)聚合物、氯化的聚氯乙烯(CPVC)、聚偏二氯乙烯(PVDC)。这些聚合物任选包含一种或多种单体,优先选自乙烯、乙酸乙烯酯、丙烯酸的或甲基丙烯酸的单体;
(f)TFE与一种或多种氟化的单体的聚合物,量值为按摩尔计在0.1%和10%之间,选自六氟丙烯、以及全氟烷基乙烯基醚,如全氟甲基-、全氟乙基-、全氟丙基-乙烯醚。例如参见USP 5,463,006。
在种类(a)中,优选的是TFE与E的聚合物。
在种类(b)中,优选的是VDF均聚物以及VDF/HFP共聚物类,其中HFP量值为按摩尔计1%-10%。
在种类(d)中,优选的ECTFE共聚物包括:
(a)按摩尔计10%-70%的乙烯,优选30%-90%,
(b)按摩尔计30%-90%的CTFE,优选45%-65%,
可任选地包含一种或多种氟化的共聚单体(c1)和/或氢化的共聚单体(c2),优选相对于单体(a)以及(b)的总量而言,量值为按摩尔计从0.1%到10%,更优选按摩尔计0.2%-5%。
在氟化的共聚单体(c1)中,可以提及的是(全)氟烷基乙烯基醚类、全氟烷基乙烯类(如全氟丁基乙烯)、如在USP 5,597,880中描述的那些(全)氟间二氧杂环戊烯类,偏二氟乙烯(VdF)。在这些共聚单体(c1)之中,优选的是具有式CF2=CFO-C3F7的全氟丙基乙烯基醚。
优选氢化的共聚单体(c2)具有以下通式
CH2=CH-(CH2)n-R1 (A)
其中R1=-OR2、或(O)tCO(O)pR2,其中t和p是等于0.1的整数,并且R2是烷基型的从1到20个碳原子的一个C1-C20氢化的基团,可能时为直链或支链的,或环烷基,任选包含杂原子和/或氯原子,优选这些杂原子是O或N,R2任选地包含一个或多个官能团,优先选自OH、COOH、环氧化物、酯、以及醚,R2任选包含双键,或者R2是H,n是在0和10之间的一个整数;优选R2是包含氢氧化物型官能团的从1个到10个碳原子的烷属类型,n是在0和5之间的一个整数。
具有式(A)的优选的共聚单体(c2)是例如选自以下种类:
1)具有以下通式的丙烯酸单体类:
CH2=CH-CO-O-R2
其中R2具有上述含义。例如可以提及的是丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸、丙烯酸羟乙基酯、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸(羟)乙基己酯等等。
2)具有以下通式的乙烯醚单体类:
CH2=CH-O-R2
其中R2具有上述含义。例如可以提及的是丙基乙烯基醚、环己基乙烯基醚、乙烯基-4-羟基丁基醚等等。
3)具有以下通式的羧酸的乙烯基单体类:
CH2=CH-O-CO-R2
其中R2具有上述含义。例如可以提及的是乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、乙烯基-2-乙基己酸酯等等。
4)具有以下通式的不饱和的羧酸类:
CH2=CH-(CH2)n-COOH
其中n具有上述含义。例如乙烯基乙酸等等。
优选作为共聚单体(c2)的是丙烯酸正丁酯。
特别优选作为共聚单体(c1)、(c2)的是全氟烷基乙烯基醚类,优选丙基、或丙烯酸单体,优选丙烯酸正丁酯。
ECTFE熔体指数优选是至少0.01g/10min,更优选是至少0.05g/10min,还更优选是至少0.1g/10min。ECTFE熔体指数优选是最多100g/10min,更优选是最多50g/10min,还更优选是最多20g/10min。ECTFE熔体指数是根据修改的测试ASTM 1238进行测量的,在275℃下用5kg的载荷进行。ECTFE共聚物具有优选至少150℃并且最多265℃的一个熔点。该熔点是根据ASTM D 3418标准,通过差示扫描热量法(DSC)以10℃/min的速率加热而确定的。
在(f)类中,优选的是TFE与以下各项的共聚物
-按重量计2%-5%的全氟丙基-乙烯基醚;或与
-按重量计2%-11%的全氟甲基乙烯基醚,任选包含量值为按重量计在0.1%和3%之间的全氟丙基乙烯基醚。
优选的种类是(a)、(b)、(d),更优选的是(d)。在后者中,优选的是共聚物E/CTFE或包含氟化的共聚单体(c2)的ECTFE共聚物。
在具有式(I)的组分2)中,(j+j’)可以是大于2并且小于5,或(j+j’)可以是大于或等于5高达30。后一类是优选的。更优选地,以DSC根据ASTM D 3418以10℃/min的速率加热时,组分2)具有高于聚合物1J/g的第二熔融焓(ΔH),其中该第二熔融焓(ΔH)的计算大致在50℃和200℃之间进行。当第二熔融ΔH高于1J/g时,在室温下组分2)总体上为固态并且不显示任何弹性特性。
在式(I)中,Q和Q’可以是-CF3、-C2F5、-C3F7、-CF2H、-CF2CF2H、-CFHCF3、-CF2Cl、-C2F4Cl、-CH3、-C2H5、-C3H7。组分2)的桥联基团D是二价的或多价的基团,优选三价。二价D的实例是直链的脂肪族型-(CH2)m′-的基团,其中m′是从0到20的一个整数,任选包含多个杂原子。三价D的实例可以是(亚烷基)脂环族的、(亚烷基)芳香族的基团,任选包含多个杂原子。键D可以是一个直链的以及支链的聚亚烷氧基链,特别地包含CH2CH2O、CH2CH(CH3)O、(CH2)3O、(CH2)4O型的重复单元。在D中,脂环族基团的碳原子的数目的范围是从3到20,优选从4到6,并且芳香族基团的碳原子的数目范围是从6到20,优选从6到12;基团D任选地还可以通过如以上所定义的脂肪族的、脂环族的、以及芳香族的基团彼此结合而形成。
桥联基团D可以连接到全氟聚醚链的全氟亚甲基基团上,通过碳键或-O-;-CONR-,其中R具有以下含义:H、C1-C15烷基、C3-C15脂环族的或C5-C15芳香族的基团;-C(O)O-;-COS-;-CO-;一个杂原子;或多个三嗪基团,或含2个或更多杂原子的从5个到6个原子的多个芳香族杂环基团,彼此相同或不同。
组分2)的基团Tk可以是例如:-SH、-SR′、-NR′2、-SiR′dL3-d(其中L是一个OR′基团,d是在0和3之间的一个整数)、-CN、-NCO、
-CH=CH2、
-COR′、-OCN、-N(R′)CN、
-CHO、-CH(OCH3)2、-C(OCH3)=NH、-C(NH2)=NH、-CH(OH)CH2OH、-CH(CH2OH)2、-CH(COOH)2、-CH(COOR′)2、-CH(CH2NH2)2、-NH2、-NHR’、-N(R’)2、-CH(CN)2、-CH(CH2OCH2CH=CH2)2,、-C(OH)2CF3、-OH、-CH2OH;-COY其中Y=OH、OR’、CF3、NH2、NHR′、NR′R″、卤素;其中R′、R”是一个烷基、脂环族的、或芳香族的基团,R′、R”可以任选地包含氟;Tk还可以是由一个或多个芳环(可任选地缩合的)形成的一个芳基基团,例如三嗪、吡啶、喹啉、苯并噻唑,任选地由一个或多个基团取代,例如像烷基、硝基;或一个杂环的基团例如像磷腈、二噁烷。
在组分2)中,B衍生自一种或多种通过自由基方法可均聚的烯烃类,例如四氟乙烯(TFE)、乙烯(E)、偏二氟乙烯(VDF)、氯三氟乙烯(CTFE),任选在其他通过自由基方法不可均聚的烯烃类存在的情况下,如六氟丙烯(HFP)、(全)氟乙烯基醚类等等。
嵌段B′衍生自一种或多种通过自由基方法可均聚的或不可均聚的烯烃。对于B所指出的烯烃类也可以用于获得嵌段B’。用于B’的优选的烯烃类是B所优选的那些。
优选的是包含衍生自全氟化的烯烃的单元的B和B′嵌段。这些烯烃的实例是TFE、TFE以及HFP混合物。其他优选的B、B′嵌段是包含衍生自至少一种通过自由基方法可均聚的全氟化的烯烃(例如TFE)以及至少一种非全氟化的烯烃(例如乙烯、偏二氟乙烯(VDF))的单元的那些嵌段。聚合物(I),当其中B’不存在时(z′=0)是更优选的。
具有式(I)的化合物,其中嵌段B是由TFE组成是特别优选。
B可以任选地包含侧基官能团,当R1-R8取代基包含一个或多个官能团时,例如对-Tk所定义的基团,优选OH、CN、OCORa、COX,其中X=ORa、OH、NRa′Ra″、卤素,其中Ra、Ra’、Ra”是C1-C6烷基。然而,作为在R1-R8中的官能团,优选的是在该聚合物组分1)的挤出温度下不分解的那些。
嵌段B、B′的总重量大体上是低于聚合物(I)的总重量的70%。
在组分2)中,A’优选具有在300和10,000,之间,更优选在500和5,000之间的一个数均分子量。A优先选自以下结构:
(1)
-(X)aO-[(CF2O)n(CF2CF2O)m(CF2CF2CF2O)p(CF2CF2CF2CF2O)q-](X′)b-
其中
X、X′,彼此相同或不同,是-CF2-、-CF2CF2-;
a、b是如以上所定义的;m、n、p、q是整数,包括零,以使当n不是零时m/n是在0.1-10之间;(p+q)/(n+m+p+q)是在0和0.05之间,(n+m+p+q)不是零。
(2)-(X)aO-[(CF2O)n(CF2CF2O)m(CF2CF2CF2O)p(CF2CF2CF2CF2O)q(CF(CF3)O)u(CF2CF(CF3)O)v]-(X′)b
其中
X、X′,彼此相同或不同,是-CF2-、-CF(CF3)-、-CF2CF2-;
a、b是如以上所定义的;
m、n、p、q、u、v是整数,包括零,使当(v+m)不是零时(p+q)/(v+m)是在0和0.05之间;当(n+m+u)不是零时,v/(n+m+u)是低于50。
优选Q、Q’端基基团是C1-C3全氟烷基、C1-C3烷基、-CF2H。
作为组分2),特别优选的是以下聚合物
Q-O-[A-B]z-A-Q’ (I)
其中:
Q、Q′是选自-CF3、-CF2Cl、-CF2CF2Cl、-CF2H;
B是-[CF2-CF2]j,其中j是大于5;
A=-(CF2)O-[(CF2O)n(CF2CF2O)m(CF2CF2CF2O)p(CF2CF2CF2CF2O)q-](CF2)b-
其中m、n、p、q是整数(包括零)以使当n不是零时,m/n是在0.1和10之间;
(p+q)/(n+m+p+q)是在0和0.05之间并且A的分子量是在500和3,000之间;z是在2和40之间。
就半晶质卤代聚合物而言,本发明的这些组合物意外地并且出人意料地显示出一种改进的加工性能、在挤出中一个更低的压力和/或一个更低的转矩。当流率相同时,一个更低的转矩是有利的,因为它需要一个更低的能量消耗。一个更低的模具压力是有利的,因为它允许了高度粘稠性材料的挤出(在标准低剪力挤出机中亦为如此),而获得具有高机械特性的物品。
组分2)在高温下(还有高于200℃)是稳定的。没有观察到添加剂的降解现象(在粒料中产生烟或碳残余物)和/或半晶质聚合物组分1)的变色。
优选的组分2)的量值包括在从0.05%到5%,优选0.1%-3%。
本发明的这些组合物是通过将组分1)以及2)进行混合,例如在一个旋转共混中或直接在挤出机中,任选进行造粒以获得球粒,并且然后挤出这些共混料以获得最终物品而进行制备的。这些组分可以在挤出机中进行混合。优选组分1)以及2)是处于固态形式,优选是处于粉末形式。通过挤出,获得了管件、薄膜、片材、电缆、细丝等等。制成品还可以通过注塑模制、吹气模制、压缩模塑、热模塑等等获得。
组分2)还可以用作用于半晶质聚烯烃类的添加剂,例如是聚丙烯(PP)、具有高和低密度的聚乙烯(PE)、乙烯共聚物、丙烯共聚物,任选地包含一种二烯单体,例如像丁二烯、降冰片烯。参见实例。在这种情况下,还已经获得一个更低转矩。
组分2)可以(例如)通过使用包括以下步骤的方法从过氧化全氟聚醚类开始进行制备:
(a)使包括以下单元(CF2O)、(CF2CF2O)、(CF2CF2CF2O)、(CF2CF2CF2CF2O)、(CF(CF3)O)、(CF(CF3)CF2O)、(CF2CF(CF3)O)的至少一个的、具有一个过氧化含量(PO)(定义为在100g的全氟聚醚过氧化物中活性氧(分子量=16)的g数)是在0.1和4之间,优选是在0.1和3.5之间的一种过氧化全氟聚醚,
与
至少一种通过自由基方法可均聚的烯烃进行反应,任选在一种或多种通过自由基方法不可均聚的烯烃存在的情况下,
该反应是在125℃和280℃之间的温度下,在1巴和50绝对巴的压力下,
通过进料烯烃直到获得具有一个预定的PO的聚合物而进行的,烯烃的摩尔数和全氟聚醚的过氧化单元的摩尔数(-O-O-键的摩尔数)之间的比例范围是从1到100;
(b)中断烯烃进料并且处理在(a)中获得的聚合物直到除去过氧化成分;
(c)通过酸性端基基团的中和反应或通过端基基团的官能化反应处理在(b)中获得的聚合物,获得具有式(I)的聚合物。
在合成过程中,获得一种聚合物的混合物,其中聚合物(I)的不同分子具有彼此不相同的j和j’。因此,最终聚合物的混合物的平均值(j+j’)也可以是一个分数。
在步骤(a)中,任选地可以使用通过自由基方法可均聚的烯烃类。烯烃类的总摩尔数和全氟聚醚的过氧化单元的摩尔数(-O-O-键的摩尔数)之间的比例优选是在1和50之间,更优选是在1和25之间。在步骤a)中的温度优选是在180℃和230℃之间。在步骤a)中的压力优选是在1绝对巴和10绝对巴之间。
步骤(a)可以任选地在一种氟化的溶剂存在的情况下进行。后者的量是这样以具有相对于该溶剂加上过氧化全氟聚醚的总重量而言按重量计在1%和50%之间,优选按重量计5%-30%的过氧化全氟聚醚含量。优选该溶剂在步骤a)的反应温度下溶解该过氧化全氟聚醚并且对在步骤a)的反应中形成的基团种类没有反应性,例如(全)氟烷基或全氟烷氧基基团。优选该溶剂是选自全氟化碳类、氢氟烷类、全氟聚醚类、以及氢氟聚醚类,更优选是全氟聚醚类,例如
以及氢氟聚醚类例如H-
当在步骤a)中使用一种溶剂时,起始的过氧化全氟聚醚可以具有活性氧(PO)含量甚至高达5。
该起始的过氧化全氟聚醚可以仅仅包含选自(CF(CF3)O)、(CF(CF3)CF2O)、(CF2CF(CF3)O)、(CF2O)的单元。总体上,该过氧化全氟聚醚的端基基团是C1-C3(全)氟烷基,任选包含一个或多个氯原子,优选一个Cl原子,或是官能性端基基团如酰氟类、氟甲酸酯类、以及酮类。该过氧化全氟聚醚优选是选自以下种类:
(II)Xo-O(CF2CF2O)r(CF2O)s(O)t-Xo’
其中
Xo和Xo’,彼此相同或不同,是-CF2Cl、-CF2CF2Cl、-CF3、-CF2CF3、-CF2COF、-COF;
r、s、以及t是整数以使数均分子量大体上是在400-150,000,优选500-80,000的范围内;r/s是在0.1和10之间,s不是零;t是一个整数以使PO是在以上定义的范围内。
具有式(II)的过氧化全氟聚醚类可以通过以下USP 3,715,378、USP 4,451,646、USP 5,258,110、USP 5,744,651所传授的内容通过四氟乙烯氧化聚合而进行制备;
(III)X1-O(CF2CF2O)r(CF2O)s(CF(CF3)O)u(CF2CF(CF3)O)v(O)t-X1’
其中
X1和X1’,彼此相同或不同,是-CF2Cl、-CF2CF2Cl、-CF2CF3、-CF3、-C3F7、-CF(CF3)COF、-COF;
r、s、t、u、v是整数以使数均分子量是在500-150,000,优选700-80,000的范围内;r也可以是0;v/(r+s+u)是低于100,优选低于50,并且t是一个数以使PO是在以上定义的范围内。
具有式(III)的过氧化全氟聚醚类可以通过以下USP 5,000,830以及USP 3,493,530所传授的内容通过全氟丙烯氧化聚合,可任选地与四氟乙烯混合而进行制备;
(IV)X2-O(CF2CF2O)r(CF2O)s(CF2(CF2)wCF2O)k(O)t-X2’
其中
X2和X2’,彼此相同或不同,是-CF2COF、-COF;
w=1或2;
r、s、t、以及k是整数以使数均分子量是在700-100,000,优选700-80,000的范围内;r/s是在0.2和10之间,k/(r+s)是低于0.05并且t是一个整数以使PO是如以上所定义。
具有式(IV)的过氧化全氟聚醚类可以根据专利申请US2005/0192413传授的内容获得。
优选该过氧化全氟聚醚类是种类(II)以及(III)的那些,更优选种类(II)。
该过氧化全氟聚醚类可以在步骤(a)之前经受过氧化键的部分还原以达到预定平均分子量和/或以调整过氧化单元(PO)的含量,该调整是根据USP 4,451,646、USP 3,847,978中所报告的传授内容(通过引用结合在此),通过化学还原(优选用氢),在催化剂(例如Pd、Pt、Ru)的存在下进行;或是根据USP 3,715,378中所报告的传授内容(通过引用结合在此),通过热处理来进行。热处理可以例如在100℃和250℃之间的温度下进行。对于热处理,可替代地是可以进行使用紫外线的一个光化学处理,任选在一种惰性溶剂例如像一种卤化的溶剂的存在下。
在步骤(a)中,烯烃类和过氧化单元(PO)之间的比例是在最终聚合物(I)中烯属单元的百分比的函数。总体上,该比例还取决于烯烃在反应混合物中的溶解度、温度、压力、烯烃的反应性、以及其他烯烃类的存在。当使用反应性高的烯烃类时,这些摩尔比优选是低于50。当温度和压力使得能够在液相中具有高浓度的烯烃时也发生同一情况。
步骤(a)可以在分批、半分批、或连续的条件下进行。在分批法中,在反应开始之前,将过氧化PFPE以及该烯烃类进料到反应器中。在半分批法中,在反应开始之前将过氧化PFPE进料到反应器中,而在反应过程中,将烯烃或烯烃类的混合物连续进料。也可以使用相反的过程。在连续法中,将过氧化PFPE以及该烯烃类连续进料并且同时将该反应混合物从该反应器中取出。
在连续或半分批方法中,烯烃的进料可以按恒定或非恒定的流率进行。在后一种情况下,该进料可以按梯度,逐级地,等等。其条件是烯烃的总摩尔数和过氧化单元的摩尔数(-O-O-键的摩尔数)之间的比例是在以上范围内。
当使用半分批或分批法时,优选的是通过使用温度梯度进行该反应,例如从一个预定温度开始,例如180℃,到达230℃。达到梯度的最高温度的时间大体上是3小时到8小时。
当在步骤(a)中使用更多种烯烃时,有可能以或不以一种连续方式将它们进料。在这种情况下,具有式(I)的聚合物包含嵌段B’。
在步骤(a)中,PO是根据如下报告的方法进行确定的。
步骤(a)可以在波长优选包括在200nm和350nm之间的紫外线辐射存在的情况下,大体上在-100℃和+100℃之间,优选在-80℃和+80℃之间,更优选在-60℃和+60℃之间的温度下进行。在这些实施方案中,烯烃的摩尔数和过氧化物的过氧化单元的摩尔数(-O-O-键摩尔数)之间的比例优选是在1和75之间。在本实施方案中,优选使用紫外线可透过的的一种溶剂。溶剂的实例是a)之下列出的那些,条件是它们是紫外线可透过的。使用分批的或半分批的方法,压力优选是低于5绝对巴。
进行步骤(b)以完全除去在步骤(a)中获得的聚合物的过氧化成分。完全除去过氧化成分是指,通过使用在实例中的表征中所指出的测定方法,过氧化物含量在分析极限之下。
步骤(b)可以通过光化学方法或热方法进行。后者是优选的并且是(例如)在200℃和280℃之间,优选220℃-250℃的温度下,通过加热在步骤a)中获得的混合物直到过氧化物含量消失而进行的。例如参见通过引用结合在此的USP 3,715,378以及EP 1,454,938。如果步骤b)是通过光化学方法在紫外线辐射存在的情况下进行,该温度优选是在-100℃和+100℃之间。
可替代地,在步骤(b)中,在(a)中获得的聚合物的过氧化物含量可以通过使用一种还原剂进行化学还原反应直到完全除去残余过氧化成分而减小。例如参见通过引用结合在此的USP 4,451,646以及USP3,847,978。化学还原可以(例如)通过使用一种还原剂(如氢)而进行,任选在一种催化剂(例如Pd、Pt、Ru)的存在下;在-30℃和250℃之间的温度下,伯或仲醇如甲醇、乙醇、异丙醇,简单氢化物如LiH、KH、AlH3,或络合氢化物如LiAlH4、NaBH4、或SO2、HI、碱金属盐类,任选在一种溶剂的存在下。
在(b)中进行的化学还原导致了对于每个还原的过氧化键形成两个官能端基基团。因此,在步骤(a)中获得的混合物的PO越高,则在化学还原(b)之后获得的聚合物的官能度越高。这意味着在步骤(a)中获得的混合物的PO值决定聚合物(I)所希望的官能度f。官能度是指对于分子而言官能性端基基团Q、Q’的数目。
当人们不希望获得官能性端基基团时,即f=0,优选的是进行步骤(a)直到获得聚合物(I),该聚合物(I)的PO接近零,大体上低于0.05,优选低于0.02,更优选低于0.01,并且通过热处理或光化学处理进行随后的步骤(b)。
在步骤(c)中,根据不同的方法,使这些酸性端基基团例如像酰氟类、酮类经受中和作用。例如可以提及的是氟化反应,例如像在GB 1,226,566中所描述;脱羧基作用,如在USP 5,969,192中所描述;烷基化反应,例如像在USP 6,982,173或US 2004/0192974中所描述,所述专利通过引用结合在此。对于中和作用所选择的反应主要取决于在步骤(a)中使用的烯烃。在全氟化的烯烃的情况下,优选的是进行氟化作用,优选使用元素氟。对于一种氢化的烯烃而言,优选的是脱羧基作用或烷基化反应。
对于氟化反应而言,优选的是在步骤(c)之前将在(b)中获得的产物经受水解。以此方式,酰氟端基基团被转化成-COOH端基基团。在氟化作用之后,-CF3、-C2F5、-C3F7、-CF2Cl、-C2F4Cl作为端基基团获得。当在步骤(c)中使用脱羧基作用时,-COOH端基基团被转化成-CF2H、-CF2CF2H、-CF(CF3)H,并且所获得的聚合物的末端端基基团Q、Q′是-CF2H、-CF2CF2H、-CF(CF3)H,任选除-CF3、-C2F5、-C3F7、-CF2Cl、-C2F4Cl之外。当使用烷基化反应时,酰氟端基基团被转化成-CH3、-C2H5、-C3H7,并且末端端基基团Q、Q′是-CH3、-C2H5、-C3H7,任选除-CF3、-C2F5、-C3F7之外。
可替代地,步骤(c)可以通过将在(b)中获得的聚合物经受一个或多个官能化反应而进行,借助于已知的反应,例如通过使用如下文所描述的反应物或反应条件,因此获得具有以下官能端基基团-Dq-Tk的一种聚合物(I)。
-Dq-Tk 反应物
1...-CONHCH2-CH=CH2 H2NCH2-CH=CH2
2...-CONH(CH2)3CO2H H2N(CH2)3CO2H
3...-CON(CH3)CH2CH2OH HN(CH3)CH2CH2OH
4....-CONHCH2CH2NH2 H2NCH2CH2NH2
5...-CONHCH2CH2SH H2NCH2CH2SH
6...-CONH(CH2)3Si(OCH3)3 H2N(CH2)3Si(OCH3)3
19...-CO2CH2C(CH3)2CH2OH HOCH2C(CH3)2CH2OH
21...-CO2CH2CH=CH2 CH2=CHCH2OH
22...-CN (1)NH3
(2)脱水
27...-CH2-O-CH2CH=CH2 (1)LiAlH4
(2)CH2=CHCH2Br
29...-CH2OSO2F (1)LiAlH4
(2)CF3SO2F+(C2H5)3N
30...-CH2OCN (1)LiAlH4
(2)NCCl+(C2H5)3N
35...-C(NH2)=NH 化合物22+NH3
36...-CH2NCO (1)化合物29+NH3
(2)COCl2
37...-CH2NHCH3 化合物29+CH3NH2
40...-CH2OCOC(CH3)=CH2 (1)LiAlH4
(2)CH2=C(CH3)COCl
41...-CH2l 化合物29+Nal
42...-CH2SH (1)化合物29+CH3COSNa
(2)水解
43...-CH3N+=C- (1)化合物29+NH3
(2)HCO2CH3
(3)COCl2+(C2H5)3N
44...-NCO (1)NaN2
(2)加热
45...-COC6H5 Cd(C6H5)2
46...-C(CH3)2OH (1)CH2MgBr
(2)H+
47...-CHO LiAlH4
48...-C(CH3)=CH2 化合物46+P2O5
49...-CH2N(CN)CH3 化合物37+ClCN+(C2H5)3N
50...-l (1)Ag2O
(2)l2
51...-CH=CH2 化合物 47+CH2=P(C6H5)3
52...-C(OCH3)=NH 化合物 22+CH2OH+(C2H5)3N
53...-CH2SO2Cl 化合物 42+Cl2+H2O
54...-CH(OCH3)2 化合物 47+CH3OH+酸
57...-CH2OH LiAlH4
58...-CH2O(CH2CH2O)nH
74...-CH2O-CH2-CH(OH)-CH2OH
其中:
E=C1-C3烷基;
R′1=H或C1-C3烷基;
B1=氧或硫;
R′2=Cl、Br、H、C1-C3烷氧基。
以上反应中的许多都属于经典有机化学。具体参见通过引用结合在此的USP 3,810,874以及“有机官能团制备”,S.Sandler以及W.Karo,第二版本,纽约,学术出版社,1968-72(“Organic functional grouppreparations”,S.Sandler and W.Karo,Second Edition,New York,Academic Press,1968-72.)。
更特别地,具有末端-CH2OH的具有式(I)的组分(2)可以(例如)通过以下USP 6,509,509传授的内容在疏质子极性溶剂中通过用还原剂(例如像氢化铝锂或硼氢化钠)来还原相应的酯进行制备。可替代地,根据专利申请US 2004/0230080,它们可以通过用氢催化还原相应的羧酸而进行制备。
具有多于一种端基醇官能度的式(I)的这些组分2)可以(例如)按照以下Tonelli,Gavezzotti,Strepparola,J.Fluorine Chem.,95(1999)-51-70的公布通过使-CH2OH端基基团与缩水甘油进行反应而制备。
具有-CH2OH的式(I)的聚合物可以在亲核反应中与卤代烷类或与氯苄基或氯萘基衍生物一起使用以获得芳香族的端基。为此目的,参见通过引用结合在此的Tonelli,Gavezzotti,Strepparola,J.FluorineChem.,95(1999)-51-70、USP 4,757,145、以及USP 4,721,795。
当在步骤(a)中使用一种溶剂时,一个任选的步骤(d)可以跟随步骤(c)之后,其中在溶剂蒸发(优选通过真空蒸馏)之后将聚合物(I)回收。
本发明的还有另一个实施方案是由包括一种另外的添加剂作为组分3)的以上聚合物的组合物表示的。出人意料地并且意外地,该实施方案的组合物显示出由组分2)以及3)代表的一种协同作用,组分2)以及3)带来了一个甚至更显著的模具压力和转矩的降低。
本发明的另一个目的是聚合物的组合物,包括
1)如以上定义的一种可热加工的半晶质卤代聚合物;
2)按1)的重量计0.01%-10%,优选是按重量计在0.05%和5%之间,更优选0.1%和3%之间的如以上定义的具有式(I)的添加剂;
3)按1)的重量计0.01%-10%,优选0.1%-6%,更优选0.5%-3%的TFE与量值为按摩尔计至少0.5%的一种或多种全(卤)氟化的单体的一种共聚物,具有在1sec-1(剪切速率)下并且在超过该聚合物第二熔融温度的30℃(±2℃)的温度下进行测量的低于1×106Pa·sec的一个动态粘度,并且条件是组分3)不同于组分1)。
优选1)、2)、3)的总量是按重量计100%。
组分3)具有优选低于2000Pa·sec,更优选低于700Pa·sec的动态粘度。动态粘度总体上通过使用平行板用一个受控的伸长流变仪进行测量的,通过使用一个致动器来向样品施加应变拉伸并且使用一个传感器来测量在样品内部形成的最终应力。
全(卤)氟单体优先选自
-C3-C8全氟烯烃类,例如六氟丙烯;
-氯代和/或溴代和/或碘代C2-C6全(卤)氟烯烃类,例如氯三氟乙烯;
-具有式CF2=CFORf3的全(卤)氟烷基乙烯基醚类,其中Rf3是一个C1-C6全(卤)氟烷基,例如CF3、C2F5、C3F7;
-具有式CF2=CFOX01的全(卤)氟-烷氧基乙烯基醚类,其中X01是具有一个或多个醚键的C1-C12全(卤)氟-烷氧基,例如全氟-2-丙氧基-丙基;
-具有式CF2=CFOCF2ORf4的全(卤)氟-甲氧基-烷基乙烯基醚类,其中Rf4是一个C1-C6全(卤)氟烷基,例如CF3、C2F5、C3F7,或具有一个或多个醚基团的一个C1-C6全(卤)氟烷氧基,例如CF3O-C2F5-;
-具有下式的全(卤)氟间二氧杂环戊烯类
其中Rf3A、Rf4A、Rf5A、Rf6A,彼此相同或不同,独立地是氟、一个C1-C6全氟烷基,任选地包括一个或多个氧原子,例如-CF3、-C2F5、-C3F7、-OCF3、-OCF2CF2OCF3。
优选的组分3)是由TFE与以下单体中的一种或多种的共聚物表示的:
-具有式CF2=CFORfr的全氟烷基乙烯基醚类,其中Rfr是一个C1-C6全氟烷基,例如-CF3、-C2F5、-C3F7;
-具有式CF2=CFOXo的全氟-烷氧基乙烯基醚类,其中Xo是具有一个或多个醚基团的一个C1-C12全氟-烷氧基,例如全氟-2-丙氧基-丙基;
-C3-C8全氟烯烃类,例如六氟丙烯;
-具有下式的全(卤)氟间二氧杂环戊烯类
其中Rf3A、Rf4A、Rf5A、Rf6A,彼此相同或不同,独立地是氟、一个C1-C6全氟烷基基团,任选地包含一个或多个氧原子,例如:-CF3、-C2F5、-C3F7、-OCF3、-OCF2CF2OCF3,优选如上所述的一个全(卤)氟间二氧杂环戊烯,其中Rf3A和Rf4A是氟原子,Rf5A和Rf6A是全氟甲基基团(-CF3)[全氟-2,2-二甲基-1,3-间二氧杂环戊烯(FDD)],或其中Rf3A、Rf5A以及Rf6A是氟原子并且Rf4A是一个全氟甲氧基基团(-OCF3)[2,2,4-三氟-5-三氟甲氧基-1,3-间二氧杂环戊烯或全氟甲氧基-间二氧杂环戊烯(MDO)]。
还更优选的组分3)是TFE共聚物,该共聚物包括衍生自具有式CF2=CFORfr的至少一种全氟烷基乙烯基醚(PAVE)的单元,其中Rfr是一个C1-C6全氟烷基,优选-CF3、-C2F5、-C3F7,更优选-CF3。TFE/PAVE共聚物还可以包含其他全(卤)氟单体,特别是全氟-烷氧基乙烯基醚类,和/或如以上描述的C3-C8全氟烯烃类(例如六氟丙烯),和/或如以上描述的全(卤)氟间二氧杂环戊烯类。
优选的组分3)主要的构成为TFE/PAVE共聚物。
TFE/PAVE共聚物可以包括其他“部分”作为各个末端的端基(缺陷),它们并不实质性地改变聚合物的特性。TFE/PAVE优选具有低于250℃的熔融温度以及低于10Pa·sec,更优选低于8Pa·sec,还更优选低于6Pa·sec的动态粘度,该粘度是在280℃的温度下并且在1rad·sec-1的剪切速率下进行测量的。动态粘度在此是根据ASTM D 4440通过按照在Practice ASTM D 4065中报告的方程进行确定,以确定在1rad·sec-1下的“复数态粘度,rf”。动态粘度大体上是由以上所描述的方法进行。
优选地,组分3)的主要构成为衍生自TFE以及MVE的单元的共聚物。更优选该共聚物主要的构成为:
-按摩尔计从3%到25%,优选按摩尔计从5%到20%,更优选按摩尔计从8%到18%,还更优选按摩尔计从10%到15%的衍生自MVE的单元;以及
-按摩尔计从97%到75%,优选按摩尔计从95%到80%,更优选从92%到82%,还更优选从90%到85%的衍生自TFE的单元。
在包括1)、2)、3)的该实施方案中,组分1)优选是乙烯(E)与氯三氟乙烯(CTFE)和/或四氟乙烯(TFE)的一种共聚物,任选地包含一种或多种氢化的和/或氟化的共聚单体。特别优选的组合物是:
(a)按摩尔计从35%到65%,优选从45%到55%,更优选从48%到52%的乙烯(E);
(b)按摩尔计从65%到35%,优选从55%到45%,更优选从52%到48%的氯三氟乙烯(CTFE)(用于ECTFE聚合物)和/或四氟乙烯(TFE)(用于ETFE聚合物);
并且任选地包括以上指定为为(c1)、(c2)的氢化的和/或氟化的共聚单体,其量值相对于(a)以及(b)的总含量而言优选0.1%-10%、更优选0.2%-5%。
在组分1)的聚合物之中,更优选的是ECTFE或包含附加的氟化的共聚单体(c1)的ECTFE。
优选组分2)具有嵌段B,该嵌段B衍生自一种或多种全氟化的烯烃,更优选衍生自TFE,并且(j+j’)是大于5。当组分Q、Q’是官能性端基基团时,优选它们不包含芳香族基团并且Tk,Tk’仅仅包含C、O、H、F原子,更优选氧是处于OH的形式。
该实施方案的组合物可以(例如)按照如下进行制备:
I)将组分2)与组分3)进行混合;
II)将在I)中获得的共混物熔融、均匀化、并且冷却;
III)碾磨在II)中获得的固态共混物直到获得一种粉末;
IV)将组分1)加入在III)中获得的粉末,进行混合并且挤出。
本申请人已经发现在步骤III)中可获得的、处于粉末形式的2)+3)固态共混物在与组分1)的混合步骤中是非常有利的,特别是当在室温下组分2)是蜡状固体或高粘度液体时。
更特别地:
I)在一个快速混合器中将组分2)与3)以粉末形式进行混合;
II)将在I)中获得的共混物在一个双螺杆挤出机中挤出,该双螺杆挤出机在进料和挤出机模具(并且因此,挤出的产物)之间具有180℃-250℃的一个温度特征曲线;
III)将在II)中获得的挤出物在室温下碾磨获得一种粉状混合物;
IV)在一个快速混合器或在一个旋转共混器中,将III)中的粉状混合物与组分1)以球粒或粉末形式进行混合,优选以粉末形式,然后挤出该共混物。
在III)中获得的粉状混合物的颗粒,对于至少优选80%wt、更优选90%wt具有小于1000μm的尺寸。将在这些实施方案中获得的组合物用于获得如以上定义的制成品。
以下是本发明的一些说明性的而非限制性的实例。
实例
表征
用于表征化合物(I)的方法如下:
NMR
核磁共振波谱已经通过使用Variant Mercury 200MHz光谱仪用CFCl3作为内标准用于19F-NMR分析并且用四甲基硅烷(TMS)作为标准用于1H-NMR分析进行了记录。六氟苯还用作样品的溶剂。NMR测量使得能够确定聚烯属嵌段B、B’的数均长度,z、z′指数以及具有式(I)的化合物的数均分子量。
DSC
热转变(如Tg以及熔融温度)已经使用Perkin
DSC-2C仪器通过使用以下程序进行了确定:在氮气流下,以80℃min-1从20℃冷却到-170℃并且以20℃min-1从-170℃加热到350℃。
熔体流动指数
已经通过使用ASTM D-1238方法对它进行了测量。
热重量分析(TGA)
它是在氮气中在30℃和750℃之间的温度范围内通过以10℃/min的速率进行加热以动态模式进行的。
测定过氧化含量(PO)
已经通过碘量滴定根据以下方法进行了过氧化物含量的分析。将称重的量的样品(几克)溶解在约20ml的
ZT130中。加入在异丙醇中的5%w/w的1ml冰乙酸以及30ml碘化钠溶液。将所得到的悬浮液搅拌15分钟,并且通过使用进行电位滴定的
DL 40装置(装备有铂电极以及参比电极),将与过氧化物反应所形成的碘用具有已知滴定度的硫代硫酸钠水溶液进行滴定。对于PO测定,灵敏度极限是0.0002。
具有式(I)的组分2)的制备
实例1
包含来自TFE的区段的添加剂(I)的制备
在一个1升的玻璃烧瓶中,该烧瓶装备有温度探头、机械搅拌、用于加入氮气和/或四氟乙烯的加压入口(bulling inlet),将600g的
HT230以及具有下式的种类(A)的300g过氧化全氟聚醚引入:
Xo-O(CF2CF2O)r(CF2O)s(O)t-Xo’
其中Xo和Xo’是:-CF3(29%)、-CF2Cl(13%)、-CF2CF2Cl(20%)、-COF(24%)、-CF2COF(14%),
其中数均分子量等于5.8·104,r/s=1.25并且t/(r+s)=0.077并且具有等于1.3的PO[定义为活性氧(MW=16)的g数/100g全氟聚醚过氧化物]。
在搅拌下并且在氮气流(1Nl h-1)下,将反应混合物加热到高达190℃,在此温度下将氮气进料关闭并且打开四氟乙烯(TFE)进料,流率等于8.5Nl h-1。
将混合物在190℃下在搅拌下保持1.5小时,然后使其到200℃并且在此温度保持1.5小时,并且最终升高到210℃保持一小时。
进料的总TFE摩尔数和最初进料的过氧化单元的摩尔数之间的比例等于7。
将TFE进料中断,将氮气(1Nl h-1)进料打开并且将温度升高到高达230℃并且维持不变3小时。
在热处理结束时,将混合物冷却直到室温。混合物结果为一种均匀的溶液,它不随时间而分离。
在反应混合物中,保持在180℃在搅拌下,将用水饱和的氮气(10Nl h-1)鼓泡4小时,在此结束时,始终在搅拌下,在送至用氟进行处理(4Nl h-1总共7小时,T=170℃)之前,进行30分钟的用无水氮气(10Nl h-1)的处理。在氟化作用结束时,将氮气(10Nl h-1)进料30分钟用于对设备除气。
将一个等分部分的混合物拉伸并且经受酸度测量,其结果是低于该方法的灵敏度极限。
通过在10-1毫巴(精练锅中最大T=230℃)下真空蒸馏,将溶剂
HT230除去,获得330g的产物,它是通过19F-NMR分析进行表征,证实了以下结构:
Q-O-[A-B]z-A-Q’(I)
其中
Q、Q′,70%摩尔是由CF3组成,而剩余部分是CF2Cl、CF2CF2Cl,
B是-[CF2-CF2]j,其中j具有等于6.7的数均值,因此区段B的数均长度是具有13.5个碳原子;
A=-(CF2)O-[(CF2O)n(CF2CF2O)m(CF2CF2CF2O)p(CF2CF2CF2CF2O)q-](CF2)b-
其中值m/n=1.08,值p/n=0.014,值q/n=0.020;值(p+q)/(p+q+n+m)=0.016,
其中,当A连接到Q′时b=0,在所有其他情况下b=1,
其中(CF2CF2CF2O)以及(CF2CF2CF2CF2O)单元被假设为由在过氧化单元分解过程中形成的烷基基团重组而产生,因为所述单元的总量与不存在烯烃时在过氧化全氟聚醚(PFPE)的热处理过程中所产生的基本类似。
在具有式(I)的化合物中,全氟化碳区段B按重量计的百分比是等于21.4%。该聚合物的数均分子量结果等于6.4·104,由其计算出指数平均值z=20。
DSC分析示出了等于-113℃的Tg。通过在50℃和200℃之间的温度范围内进行计算,DSC的分析示出了3.1J/g的熔融焓ΔH。
TGA分析示出了在305℃获得的聚合物具有按重量计等于1%的损失;在362℃该聚合物具有2%的重量损失。
实例2
一种共混物已经通过在聚合物乙烯/氯三氟乙烯(E/CTFE,按摩尔计45/55)和按重量计2%的实例1的添加剂之间通过使用旋转共混在室温下进行5小时而制备,该聚合物乙烯/氯三氟乙烯具有222℃的第二熔融温度(TmII)以及等于34.8J/g的第二熔融焓(ΔH),它处于球粒形式,在275℃以及5kg的载荷下,具有1g/10min的熔体流动指数。
将所获得的混合物引入直径为18mm的Hastelloy C-266圆锥形双螺杆低剪力挤出机中。
在挤出机中的温度特征曲线在挤出机头部范围是从200℃到高达276℃。获得的压力对流率的数据在表1中指明。
表1
压力 流率 转矩
(巴) (kg/h) (N·m)
0.8 2.4 6
0.8 4.9 5
2 7.3 8
然后使样品经受机械测试,关于其弹性模量、屈服应力、屈服应变、断裂应力、断裂应变的结果报告于表3中。
实例3(对比)
重复实例2,但仅使用ECTFE。
获得的压力对流率的数据在表2中指明。
表2
压力 流率 转矩
(巴) (kg/h) (N·m)
31 2.1 64
48 4.3 95
60 6.5 108
然后使样品经受机械测试,关于其弹性模量、屈服应力、屈服应变、断裂应力、断裂应变的结果报告于表3中。
表3
弹性模量 (Mpa) 屈服应力 (MPa) 屈服应变 (%) 断裂应力 (MPa) 断裂应变 (%)
实例2 1570 34.6 3.5 59.2 249
实例3 (对比) 1600 34.2 3.5 63.6 261
实例2和3(对比)的数据的对比表明,流率是相等的,相对于按照原样的聚合物而言,对于本发明的组合物,在挤出机模具中测得的压力结果远远更低。转矩也示出了同样的改进。此外,虽然添加剂是以按重量计2%存在于ECTFE聚合物中,但在挤出机中没有观察到滑动现象。
此外表3的数据示出本发明的添加剂(组分2))在减小压力和/或转矩下是有效的而没有改性非添加的聚合物的机械性能。
实例4
在室温下制备了球粒形式的高密度聚乙烯共混物(HDPE
),在190℃载荷为5kg时,它具有0.44g/10’的熔体流动指数,包含按重量计0.6%的实例2的添加剂。
将获得混合物进料至直径为18mm的Hastelloy C-266圆锥形双螺杆挤出机中。在挤出机中的温度特征曲线范围在挤出机头部是从100℃到高达195℃。获得的转矩对流率的数据报告于表4中。
表4
转矩 流率
(N·m) (kg/h)
61 4.5
60 2.9
56 1.4
实例5(对比)
重复实例4,但仅使用聚乙烯。获得的转矩对流率的数据报告于表5中。
表5
转矩 流率
(N·m) (kg/h)
87 3.5
84 2.4
73 1.2
实例4和5(对比)的数据的对比表明,流率基本上相等,相对于按照原样的无添加的聚合物而言,本发明的组合物的转矩结果更低。
实例6
混合物2)+3)的制备
将4840g的组分3)引入一个40升的Henschel混合器中,组分3)是由TFE/MVE共聚物(包含按摩尔计13%的MVE以及按摩尔计87%的TFE)组成的并且具有在280℃并且在1rad·sec-1的剪切速率下测量的5Pa·sec的动态粘度,具有205.9℃的第二熔融温度,具有6.279J/g的第二熔融(ΔH)。然后在300rpm的搅拌条件下,将由实例1的添加剂组成的660g组分2)进料至该混合器中,通过将混合物在搅拌下维持3分钟。然后将获得的混合物在具有约200℃的均匀温度特征曲线的双螺杆挤出机中挤出。将获得的挤出的产物收集并且然后在FRITCH(PUL VERISETTE 14)碾磨机中碾磨以获得具有以下粒度(筛分数据)的一种粉末混合物:
-保留的850μ 0.0%
-保留的500μ 1.2%
-保留的355μ 5.3%
-保留的250μ 8.5%
-保留的106μ 26.7%
-保留的45μ 36.0%
-通过45μ 22.3%
这些数据已经通过使用GRADEX 2000装置获得。
如此获得的混合物是由按重量计12%的组分2)以及按重量计88%的组分3)形成的。
混合物1)+2)+3)的制备
制备了一种组合物,其构成为:
-按重量计98.53%的处于球粒形式的实例2的乙烯/氯三氟乙烯(E/CTFE,按摩尔计45/55);
-按重量计1.47%的混合物2)+3),它是先前通过在室温下在旋转共混中将组分混合5小时而制备的。
将所获得的混合物(98.53%的ECTFE、0.18%的组分2)、1.29%的组分3))引入直径为18mm的Hastelloy C-266圆锥形双螺杆低剪力挤出机中。
在挤出机中的温度特征曲线范围在挤出机头部是从200℃到高达276℃。获得的压力对流率的数据在表6中指明。
表6
压力 流率 转矩
(bar)(巴) (kg/h) (N·m)
10 3 20
20 6 26
31 8.8 36
实例7(对比)
制备了一种组合物,其构成为:
-按重量计98.7%的处于球粒形式的实例2的乙烯/氯三氟乙烯(E/CTFE,按摩尔计45/55);
-按重量计1.3%的处于粉末形式的组分3);
通过在旋转混合中将这些组分在室温混合5小时而制备。
将所获得的混合物引入直径为18mm的Hastelloy C-266圆锥形双螺杆低剪力挤出机中。
在挤出机中的温度特征曲线范围在挤出机头部是从200℃到高达276℃。获得的压力对流率的数据在表7中指明。
表7
压力 流率 转矩
(巴) (kg/h) (N·m)
19 2.3 45
32 5 50
40 7.6 54
实例8
制备了一种组合物,其构成为:
-按重量计99.7%的处于球粒形式的实例2的乙烯/氯三氟乙烯(E/CTFE,按摩尔计45/55);
-按重量计0.3%的处于粉末形式的实例1的组分2);
通过在旋转混合中将这些组分在室温混合5小时而制备。
将获得混合物引入Hastelloy C-266圆锥形的、直径为18mm的双螺杆低剪力挤出机中。
在挤出机中的温度特征曲线范围是在挤出机头部从200℃到高达276℃。获得的压力对流率的数据表明在表8中。
表8
压力 流率 转矩
(巴) (kg/h) (N·m)
22.5 3 36
39 6 39
实例6的数据与实例8的那些数据的对比表明,组分3)的加入使压力进一步降低约50%,而流率相等。