[发明专利]使用烷基硫酸盐表面活性剂生产氟聚合物的方法

说明书

发明领域

本发明涉及使用非氟化的表面活性剂来聚合含氟单体的方法，具体地涉及用于生产氟聚合物胶乳的乳液聚合法。确切地，该聚合法使用一种或多种烷基硫酸盐表面活性剂。

相关技术的背景

通过乳液法生产氟聚合物的已知方法通常使用全氟化的或高度氟化的表面活性剂来使该乳液在反应过程中稳定。例如，使用全氟羧酸盐来稳定氟聚合物乳液聚合反应，其中最常见的实例是全氟辛酸铵。然而，含氟表面活性剂是昂贵的、专门化的材料，并且由于它们的高稳定性，它们趋向于持久地存留于环境中并且现在处于监管机构的审查下。一种使用非氟化的表面活性剂来生产氟聚合物的方法可以解决这些问题。总体上，非氟化的表面活性剂已经用于非氟化单体的乳液聚合反应，然而它们与氟化的单体结合时具有非常有限的成功，因为它们导致长的抑制时间、低的产率、以及低的分子量。

发明简述

本发明提供一种用于在水性反应介质中制备氟聚合物的方法，该方法包括a)形成一种水性乳液，该水性乳液包括至少一种烷基硫酸盐表面活性剂和至少一种含氟单体；并且b)引发所述含氟单体的聚合反应。根据本发明的聚合反应可以通过用水（优选地去离子水）、至少一种表面活性剂、以及至少一种含氟单体填装一个反应器进行。该方法可以包括至少一种引发剂、至少一种链转移剂、和/或至少一种防污剂。该至少一种烷基硫酸盐表面活性剂具有选自R-SO₄M，以及MO₄S-R-SO₄M的一种结构；其中R是一个烃基团，并且M是一个选自下组的一价阳离子，该组由以下各项组成：氢离子，碱金属离子，铵离子，以及单烷基、二烷基、三烷基、以及四烷基铵离子，其中这些单烷基、二烷基、三烷基、或四烷基铵离子的烷基部分各自具有一到四个碳原子。优选地，该至少一种烷基硫酸盐表面活性剂选自下组，该组由以下各项组成：月桂基硫酸钠、月桂基硫酸钾、月桂基硫酸铵（、以及其混合物。

在另一个实施方式中，本发明提供一种用于在水性反应介质中制备氟聚合物的方法，该方法包括a)形成一种水性乳液，该水性乳液包括一种第一至少一种烷基硫酸盐表面活性剂、至少一种含氟单体以及任选地一种引发剂；b)引发所述含氟单体的聚合反应；并且c)连续地将一种第二至少一种烷基硫酸盐表面活性剂（可以与该第一至少一种烷基硫酸盐表面活性剂相同或不同）加入该反应介质。该水性乳液可以初始地含有存在于最终反应介质中的总烷基硫酸盐表面活性剂的从约0.1wt%至约20.0wt%，其中在引发聚合反应后将该总烷基硫酸盐表面活性剂的其余部分连续地加入该反应介质。

本发明的另一个实施方式提供一种用于在水性反应介质中制备稳定的氟聚合物的方法，该方法包括a)形成一种水性乳液，该水性乳液包括一种第一至少一种非离子型表面活性剂、至少一种含氟单体以及任选地一种引发剂；b)引发所述含氟单体的聚合反应；并且c)在聚合反应已经开始后，连续地在该反应过程中加入至少一种烷基硫酸盐表面活性剂。存在于最终反应介质中的总烷基硫酸盐与非离子型表面活性剂的比率是从0.01至10、优选地从0.05至5。

在本发明的又另一个实施方式中，一种用于在水性反应介质中制备氟聚合物的方法包括a)形成一种水性乳液，该水性乳液包括至少一种含氟单体以及一种引发剂；b)引发所述含氟单体的聚合反应；并且c)在聚合反应结束后加入至少一种烷基硫酸盐表面活性剂。该至少一种烷基硫酸盐表面活性剂优选地选自下组，该组由以下各项组成：月桂基硫酸钠、月桂基硫酸钾、月桂基硫酸铵、以及其混合物。

已经出人意料地发现，在含氟单体的乳液聚合反应过程中存在一种烷基硫酸盐表面活性剂允许通常实现令人满意的聚合反应结果所必需的含氟表面活性剂的量值显著降低同时产生可比较或改善的氟聚合物产率。虽然非氟化的表面活性剂在本领域中已经用于进行乳液聚合反应，但是他们还不能产生与采用氟化的表面活性剂（已知它们在该反应过程中稳定该乳液）的方法可比较的氟聚合物产率。使用这些烷基硫酸盐表面活性剂，如本发明的实施方式和实施例中所示的，提供了出乎意料的结果，原因在于不知道此类表面活性剂可以产生与使用氟化的表面活性剂获得的那些可比较的氟聚合物产率。此外，出乎意料并且出人意料的是可以在聚合反应之前、在聚合反应阶段过程中、和/或可替代地，在聚合反应后的一个阶段中加入该烷基硫酸盐表面活性剂而具有相等的氟聚合物产率。

本发明的某些实施方式的详细说明