[发明专利]两相反应介质中的氟化乙烯基单体的聚合

说明书

本专利申请根据35U.S.C.§119(e)，要求对于2012年4月9日提交的美国临时申请61/621610的优先权和权益，所述临时申请以引用方式全文并入本文来作为其一部分以用于所有目的。

技术领域

本发明涉及氟化乙烯基单体的聚合方法，其中自由基聚合在包含离子液体和水溶液的两相反应介质中进行。

背景技术

氟化乙烯基单体，诸如氟乙烯和偏二氟乙烯，广泛用于制造可用于许多应用的聚合物和共聚物。例如，聚(氟乙烯)可广泛用作诸如纤维素制品、软质聚氯乙烯、塑料、橡胶和金属的物质上的保护性或装饰性涂层。另外，聚(氟乙烯)透明膜被用作对于平板型太阳能采集器和光伏电池的覆盖物。聚(偏二氟乙烯)被用作对于金属屋顶材料、窗框、面板壁板和线材绝缘的涂层。氟化乙烯基单体的聚合物和共聚物通常由在高压下在水溶液中的自由基聚合产生。例如，聚(氟乙烯)可以由氟乙烯在含水介质中在介于50℃和150℃之间的温度下和在3.4至34.4MPa的压力下，使用诸如过氧化物或偶氮化合物催化剂的自由基聚合产生。另外，氟乙烯可以使用连续方法聚合，如在美国专利3,265,678中所描述。偏二氟乙烯可以在含水介质中使用多种自由基引发剂聚合，诸如二叔丁基过氧化物(美国专利3,193,539)、过氧碳酸氢盐和过氧酯(GB1,094,558)和二琥珀酸。在这些方法中使用高压以增加氟化乙烯基单体在水中的溶解度；然而，高压限制了用来制造聚合物的反应器的大小，因此限制了生产力。另外，存在与所述方法所需的高压反应器相关联的高初始资本成本。

因此，存在对于在较低压力下聚合氟化乙烯基单体以增加生产能力并降低成本的方法的需要。

发明内容

本发明通过提供用于聚合氟化乙烯基单体的方法来解决所述的需求，其中自由基聚合在包含离子液体和水溶液的两相反应介质中进行。

因此，一个实施例提供了氟化乙烯基单体的聚合方法，所述方法包括以下步骤：

a)提供包含离子液体和水溶液的两相反应介质，所述离子液体包含氟化乙烯基单体，所述水溶液包含水溶性自由基引发剂；以及

b)在约25℃至约250℃的温度下和约2.5MPa至约100MPa的压力下搅拌两相反应混合物以产生产物混合物，所述混合物包含氟化聚合物；

其中：

(i)所述氟化乙烯基单体选自C₂H₃F、C₂H₂F₂、C₂HF₃、C₃HF₅、C₃H₂F₄、C₃H₃F₃、C₃H₄F₂、C₃H₅F、以及它们的混合物；并且

(ii)离子液体包含阴离子和阳离子，所述阳离子选自以下通式结构所代表的阳离子：

其中：

A)R¹、R²、R³、R⁴、R⁵、R⁶和R¹²独立地选自：

(I)H，

(II)卤素，

(III)-CH₃、-C₂H₅、或C₁-C₂₅的直链、支化或环状的烷烃或烯烃，其任选地被至少一个选自Cl、Br、F、I、OH、NH₂和SH的成员取代；

(IV)-CH₃、-C₂H₅、或包含1-3个选自O、N、Si和S的杂原子的C₁-C₂₅的直链、支化或环状的烷烃或烯烃，其任选地被至少一个选自Cl、Br、F、I、OH、NH₂和SH的成员取代；