Смешанные фторполимерные композиции, имеющие множественные фторполимеры, обрабатываемые в расплаве

Смешанные фторполимерные композиции, имеющие множественные фторполимеры, обрабатываемые в расплаве

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Перекрестная ссылка на родственные заявки

Настоящая заявка на основании § 119(e) Раздела 35 Кодекса законов США испрашивает приоритет предварительной заявки на патент США № 61/287929, поданной 18 декабря 2009 года под заголовком MULTIPLE-COMPONENT BLENDED FLUOROPOLYMER COMPOSITIONS и предварительной заявки на патент США № 61/296553, поданной 20 января 2010 года под заголовком BLENDED FLUOROPOLYMER COMPOSITIONS WITH MULTIPLE MELT PROCESSIBLE FLUOROPOLYMERS, полное раскрытие которых тем самым явным образом включено в настоящий документ посредством ссылки.

Предпосылки создания изобретения

1. Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к фторполимерам и, в частности, к фторполимерным композициям, имеющим улучшенные свойства, таким как покрытия, которые можно наносить как на жесткие, так и на эластичные подложки, у которых желательна антипригарная поверхность и/или поверхность, устойчивая к истиранию. В частности, настоящее изобретение относится к фторполимерным композициям, которые включают в себя множественные фторполимерные компоненты и которые можно применять для образования покрытий, имеющих улучшенные антипригарные или антиадгезионные характеристики и/или улучшенную устойчивость к истиранию, а также пленок и/или смешанных порошковых композиций.

2. Описание предшествующего уровня техники

Фторполимеры представляют собой длинноцепочечные полимеры, содержащие, главным образом, этиленовые линейные повторяющиеся звенья, в которых некоторые или все атомы водорода заменены атомами фтора. Примеры фторполимеров включают в себя политетрафторэтилен (PTFE), метилфторалкоксидный полимер (MFA), фторэтилен-пропиленовый полимер (FEP), перфторалкоксидный полимер (PFA), поли(хлортрифторэтилен) и поли(винилфторид).

Системы антипригарных покрытий, включающие в себя фторполимеры, наносят в единичных или множественных покрытиях на поверхность подложки, предоставляя покрытую подложку, имеющую антипригарное покрытие, к которому не будут прилипать инородные материалы. В многослойной кроющей системе антипригарное покрытие обычно включает в себя грунтовочный слой и верхнее покрытие и, необязательно, одно или более из промежуточных покрытий.

Применение антипригарных кроющих систем, которые наносят на подложку в виде многих слоев, известно уже много лет. Грунтовочные покрытия для таких систем обычно содержат термостойкую связующую органическую смолу и одну или более из фторполимерных смол, наряду с разнообразными непрозрачными пигментами и наполнителями. Промежуточные покрытия содержат, главным образом, фторполимеры с некоторыми количествами непрозрачных пигментов, наполнителей и средств, способствующих сцеплению компонентов, а верхние покрытия почти полностью состоят из фторполимеров, таких как полностью высокомолекулярный политетрафторэтилен (HPTFE) или HPTFE с небольшим количеством фторполимера, обрабатываемого в расплаве.

Стеклоткань представляет собой один из примеров эластичной подложки, на которую может быть нанесено фторполимерное покрытие. Такое покрытие обычно включает в себя политетрафторэтилен с высокой молекулярной массой (HPTFE), взятый либо отдельно, либо с включением небольших количеств дополнительных полимеров и/или наполнителей. В одной из методик нанесения покрытия стеклоткань пропускают через глубокую ванну, содержащую дисперсию фторполимера, и затем эту ткань направляют вверх через сушильную и агломерационную башенную печь для отверждения и фиксации покрытия. Этот процесс обычно повторяют несколько раз, с возможным нанесением до 10 или более кроющих слоев.

Необходимы улучшенные фторполимерные композиции для таких областей применения, как покрытия для жестких и/или эластичных подложек, которые демонстрируют улучшенные характеристики, такие как улучшенные антиадгезионные свойства и/или устойчивость к истиранию.

Сущность изобретения

Настоящее раскрытие предоставляет фторполимерные композиции, которые включают в себя множественные фторполимерные компоненты и которые, в обычных областях применения, можно наносить в виде покрытия на жесткие или эластичные подложки. Указанные композиции можно наносить как таковые в виде грунтовочных покрытий или верхних покрытий или их можно комбинировать с другими компонентами, составляя грунтовочные покрытия или верхние покрытия. В одном варианте осуществления настоящего изобретения указанные композиции включают, по меньшей мере, один политетрафторэтилен с низкой молекулярной массой (LPTFE) и, по меньшей мере, два химически разных фторполимера, перерабатываемых в расплаве (MPF). В другом варианте осуществления настоящего изобретения указанные композиции включают в себя, по меньшей мере, один политетрафторэтилен с высокой молекулярной массой (HPTFE), по меньшей мере, один политетрафторэтилен с низкой молекулярной массой (LPTFE) и, по меньшей мере, два химически разных фторполимера, перерабатываемых в расплаве (MPF). После нанесения на эластичную подложку (необязательно, на грунтовочное покрытие и/или на промежуточное покрытие) и последующего отверждения, композиции согласно настоящему изобретению образуют покрытия, которые демонстрируют улучшенные характеристики, такие, как например, улучшенные антиадгезионные характеристики, устойчивость к истиранию, светопропускание/прозрачность и проницаемость.

В одной из своих форм настоящее раскрытие предоставляет фторполимерную композицию, включающую в себя, по меньшей мере, один политетрафторэтилен с низкой молекулярной массой (LPTFE), имеющий первую температуру плавления (T_m), 335°C или ниже; и, по меньшей мере, два фторполимера, перерабатываемых в расплаве (MPF), включая: первый фторполимер, перерабатываемый в расплаве (MPF), и второй фторполимер, перерабатываемый в расплаве (MPF), причем второй фторполимер, перерабатываемый в расплаве (MPF), является химически отличным от первого фторполимера, перерабатываемого в расплаве (MPF).

В одном варианте осуществления настоящего изобретения фторполимерная композиция не содержит политетрафторэтилен с высокой молекулярной массой (HPTFE), имеющий среднечисловую молекулярную массу (M_n), равную, по меньшей мере, 500000. Указанный, по меньшей мере, один LPTFE может присутствовать в количестве от 10% масс. до 70% масс., а указанные, по меньшей мере, два MPF могут вместе присутствовать в количестве от 30% масс. до 90% масс., в расчете на общую массу твердых веществ указанного, по меньшей мере, одного LPTFE и указанных, по меньшей мере, двух MPF или указанный, по меньшей мере, один LPTFE может присутствовать в количестве от 40% масс. до 60% масс., а указанные, по меньшей мере, два MPF могут вместе присутствовать в количестве от 40% масс. до 60% масс., в расчете на общую массу твердых веществ указанного, по меньшей мере, одного LPTFE и указанных, по меньшей мере, двух MPF.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения композиция может дополнительно включать в себя, по меньшей мере, один политетрафторэтилен с высокой молекулярной массой (HPTFE), имеющий среднечисловую молекулярную массу (M_n), равную, по меньшей мере, 500000. Указанный, по меньшей мере, один HPTFE может присутствовать в количестве от 1% масс. до 89% масс., в расчете на общую массу твердых веществ указанного, по меньшей мере, одного HPTFE, указанного, по меньшей мере, одного LPTFE и указанных, по меньшей мере, двух MPF или указанный, по меньшей мере, один LPTFE может присутствовать в количестве от 16% масс. до 60% масс., HPTFE может присутствовать в количестве от 1% масс. до 60% масс., а указанные, по меньшей мере, два MPF могут вместе присутствовать в количестве от 1% масс. до 60% масс., в расчете на общую массу твердых веществ указанного, по меньшей мере, одного HPTFE, указанного, по меньшей мере, одного LPTFE и указанных, по меньшей мере, двух MPF. Каждый из указанных, по меньшей мере, двух MPF может присутствовать в количестве от 1% масс. до 30% масс., в расчете на общую массу твердых веществ указанного, по меньшей мере, одного HPTFE, указанного, по меньшей мере, одного LPTFE и указанных, по меньшей мере, двух MPF.

Указанный, по меньшей мере, один LPTFE может иметь первую температуру плавления (T_m), выбранную из группы, состоящей из значений, не превышающих 332°C, не превышающих 330°C, не превышающих 329°C, не превышающих 328°C, не превышающих, 327°C, не превышающих 326°C, и не превышающих 325°C, и/или может быть получен посредством эмульсионной полимеризации без подвергания агломерированию, термическому разложению или облучению.

Композиция может быть в форме водной дисперсии или может быть нанесенной на подложку в виде покрытия.

Настоящее изобретение также представляет способ нанесения покрытия на подложку, причем указанные способ включает стадии: представления подложки; нанесения композиции для покрытия на подложку, причем указанная композиция для покрытия включает в себя: по меньшей мере, один политетрафторэтилен с низкой молекулярной массой (LPTFE), имеющий первую температуру плавления (T_m), 335°C или ниже; и, по меньшей мере, два фторполимера, перерабатываемых в расплаве, включая: первый фторполимер, перерабатываемый в расплаве (MPF); и второй фторполимер, перерабатываемый в расплаве (MPF), причем указанный второй фторполимер, перерабатываемый в расплаве (MPF), является химически отличным от первого фторполимера, перерабатываемого в расплаве (MPF); и отверждения композиции для образования покрытия.

Указанный способ может включать и дополнительные стадии перед стадией нанесения композиции для покрытия: нанесение грунта на подложку, причем указанный грунт включает в себя, по меньшей мере, один фторполимер; и, не обязательно, по меньшей мере, частичное отверждение грунта. Кроме того, способ может включать в себя дополнительные стадии, следующие за стадией нанесения грунта и перед стадией нанесения композиции для покрытия: нанесение промежуточного покрытия на подложку, причем указанное промежуточное покрытие включает в себя, по меньшей мере, один фторполимер; и, не обязательно, по меньшей мере, частичное отверждение промежуточного покрытия. Подложка может быть выбранной из группы, состоящей из жесткой подложки и эластичной подложки.

Краткое описание чертежей

Вышеуказанные и другие особенности и преимущества настоящего изобретения и способ их достижения будут более очевидными, а само настоящее изобретение будет более понятным благодаря ссылкам на нижеследующее описание вариантов осуществления настоящего раскрытия, рассматриваемым совместно с прилагаемыми чертежами, где:

Фиг.1-18 соответствуют примеру 2, где:

Фиг.1 представляет собой график ДСК пиков первого плавления и пика сплавления для образца 31 примера 2;

Фиг.2 представляет собой график ДСК пика повторного плавления для образца 31 примера 2;

Фиг.3 представляет собой график ДСК пиков первого плавления и пика сплавления для образца 23 примера 2;

Фиг.4 представляет собой график ДСК пика первого повторного плавления для образца 23 примера 2;

Фиг.5 представляет собой график ДСК пиков первого плавления и пика сплавления для образца 30 примера 2;

Фиг.6 представляет собой график ДСК пика повторного плавления для образца 30 примера 2;

Фиг.7 представляет собой график ДСК пиков первого плавления и пиков сплавления для образца 22 примера 2;

Фиг.8 представляет собой график ДСК пиков повторного плавления для образца 22 примера 2;

Фиг.9 представляет собой график ДСК пиков первого плавления и пиков сплавления для образца 3 примера 2;

Фиг.10 представляет собой график ДСК пиков повторного плавления для образца 3 примера 2;

Фиг.11 представляет собой график ДСК пиков первого плавления и пиков сплавления для образца 41 примера 2;

Фиг.12 представляет собой график ДСК пиков повторного плавления для образца 41 примера 2;

Фиг.13 представляет собой график ДСК пиков первого плавления и пиков сплавления для образца 29 примера 2;

Фиг.14 представляет собой график ДСК пиков повторного плавления для образца 29 примера 2;

Фиг.15 представляет собой график ДСК пиков первого плавления и пиков сплавления для образца 38 примера 2;

Фиг.16 представляет собой график ДСК пиков повторного плавления для образца 38 примера 2;

Фиг.17 представляет собой график ДСК пиков первого плавления и пиков сплавления для образца 39 примера 2;

Фиг.18 представляет собой график ДСК пиков повторного плавления для образца 39 примера 2;

Фиг.19-30 соответствуют примеру 1, где:

Фиг.19 представляет собой показательный график, демонстрирующий положения значений для PFA (MPF), SFN-D (LPTFE), TE3887N (LPTFE) и FEP (MPF) для контурных графиков фиг.20-30;

Фиг.20 представляет собой контурный график, показывающий блеск покрытия как функцию состава;

Фиг.21 представляет собой контурный график, показывающий угол смачивания как функцию состава;

Фиг.22 представляет собой контурный график, показывающий твердость покрытия по карандашной шкале как функцию состава;

Фиг.23 представляет собой нормализованный контурный график, показывающий среднее значение угла смачивания, блеска и твердости, испытанной по карандашной шкале;

Фиг.24 представляет собой нормализованный контурный график, показывающий среднее значение минимальной температуры повторного плавления, угла смачивания, блеска и твердости, испытанной по карандашной шкале;

Фиг.25a представляет собой контурный график, показывающий число пиков ДСК, наблюдавшихся при первом плавлении;

Фиг.25b представляет собой контурный график, показывающий число пиков ДСК, наблюдавшихся при сплавлении;

Фиг.25c представляет собой контурный график, показывающий число пиков ДСК, наблюдавшихся при повторном плавлении;

Фиг.26 представляет собой контурный график, показывающий разность между общей энтальпией сплавления и общей энтальпией первого плавления;

Фиг.27 представляет собой контурный график, показывающий разность между общей энтальпией повторного плавления и общей энтальпией первого плавления;

Фиг.28 представляет собой контурный график, показывающий минимальную температуру первого плавления;

Фиг.29 представляет собой контурный график, показывающий минимальную температуру сплавления; и

Фиг.30 представляет собой контурный график, показывающий минимальную температуру повторного плавления.

Соответствующие номера позиций указывают соответствующие части в нескольких видах. Показательные примеры, представленные в настоящем документе, иллюстрируют варианты осуществления настоящего раскрытия, и такие показательные примеры не следует истолковывать как ограничивающие объем настоящего раскрытия каким бы то ни было образом.

Подробное описание

Настоящее изобретение предоставляет фторполимерные композиции, которые включают множественные фторполимерные компоненты и которые, в показательных примерах применения, можно применять в качестве покрытий как жестких, так и эластичных подложек. Указанные композиции можно использовать как таковые в виде грунтовочных покрытий или верхних покрытий или их можно комбинировать с другими компонентами для составления грунтовочных покрытий или верхних покрытий. В одном варианте осуществления настоящего изобретения указанные композиции включают в себя, по меньшей мере, один политетрафторэтилен с низкой молекулярной массой (LPTFE) и, по меньшей мере, два химически разных фторполимера, перерабатываемых в расплаве (MPF). В другом варианте осуществления настоящего изобретения композиции включают в себя, по меньшей мере, один политетрафторэтилен с высокой молекулярной массой (HPTFE), по меньшей мере, один политетрафторэтилен с низкой молекулярной массой (LPTFE) и, по меньшей мере, два химически разных фторполимера, перерабатываемых в расплаве (MPF). После нанесения на подложку (необязательно, на грунтовочное покрытие и/или на промежуточное покрытие) и последующего отверждения, композиции согласно настоящему изобретению образуют покрытия, которые демонстрируют улучшенные характеристики, такие, как например, улучшенные антиадгезионные характеристики, устойчивость к истиранию, светопропускание/прозрачность и проницаемость.

Подходящие подложки, на которые можно наносить фторполимерные композиции согласно настоящему изобретению, а также типы покрытий, обсуждаются ниже в Разделе I; подходящие компоненты, представляющие собой политетрафторэтилен с высокой молекулярной массой (HPTFE), обсуждаются ниже в Разделе II; подходящие компоненты, представляющие собой политетрафторэтилен с низкой молекулярной массой (LPTFE), обсуждаются ниже в Разделе III; подходящие компоненты, представляющие собой фторполимер, перерабатываемый в расплаве (MPF), обсуждаются ниже в Разделе IV; подходящие технические полимеры обсуждаются ниже в Разделе V; подходящие прикладные процедуры и рецептуры обсуждаются ниже в Разделе VI; физические свойства и процедуры характеризации обсуждаются ниже в Разделе VII; после чего следуют Примеры.

Фторполимерные смеси, включающие в себя LPTFE и единственный тип MPF, подробно описаны в заявке на патент США № 12/468580, поданной 19 мая 2009 года, озаглавленной BLENDED FLUOROPOLYMER COMPOSITIONS; фторполимерные смеси, включающие в себя политетрафторэтилен с высокой молекулярной массой (HPTFE), LPTFE и единственный тип MPF подробно описаны в заявке на патент США № 12/567330, поданной 25 сентября 2009 года, озаглавленной BLENDED FLUOROPOLYMER COATINGS FOR RIGID SUBSTRATES, и в заявке на патент США № 12/567446, поданной 25 сентября 2009 года, озаглавленной BLENDED FLUOROPOLYMER COMPOSITIONS AND COATINGS FOR FLEXIBLE SUBSTRATES; права на каждую из них переданы авторам настоящего изобретения, а раскрытия каждой из них явным образом включены в настоящий документ посредством ссылки.

В первом варианте осуществления настоящего изобретения фторполимерные композиции согласно настоящему изобретению включают в себя, по меньшей мере, один LPTFE и, по меньшей мере, два химически разных MPF, но не включают в себя политетрафторэтилен с высокой молекулярной массой (HPTFE). В этом отношении смешанные фторполимерные композиции первого варианта осуществления настоящего изобретения можно рассматривать как представляющие собой смешанные MPF с добавкой в форме, по меньшей мере, одного LPTFE.

Во втором варианте осуществления настоящего изобретения фторполимерные композиции согласно настоящему изобретению включают в себя, по меньшей мере, один HPTFE, по меньшей мере, один LPTFE и, по меньшей мере, два химически разных MPF. В этом отношении смешанные фторполимерные композиции второго варианта осуществления настоящего изобретения можно рассматривать как включающие в себя фторполимерные композиции первого варианта осуществления настоящего изобретения, применяемые в качестве добавки к кроющей системе, которая включает в себя HPTFE.

Как в первом, так и во втором варианте осуществления настоящего изобретения смешанные фторполимерные композиции включают в себя, по меньшей мере, два химически разных MPF, как определено в настоящем документе.

Композиции могут быть, например, в форме водной дисперсии или порошков и могут использоваться в областях применения конкретных типов, обсуждаемых в настоящем документе, а также в традиционных областях применения, в которых, как известно, применяют MPF. Кроме того, фторполимерные композиции согласно настоящему изобретению можно применять отдельно или их можно вводить в рецептуру с другими типами фторполимеров или полимеров, не содержащих фтор, необязательно, совместно с подходящими добавками, такими как наполнители, пигменты, поверхностно-активные вещества и т.д.

I. Подложки и типы покрытий

a. Жесткие подложки

Подходящие жесткие подложки, на которые можно наносить композиции согласно настоящему изобретению, включают в себя металлы, сплавы металлов, керамику и/или жесткие пластические материалы. Примеры включают в себя кухонную утварь, жаропрочную посуду, промышленные компоненты, такие как вальцы или любую другую жесткую подложку, для которой желательно покрытие, образованное композицией согласно настоящему изобретению.

На жесткую подложку, перед нанесением композиции для покрытия согласно настоящему изобретению, необязательно, можно наносить грунт (или грунтовочное покрытие) и/или промежуточное покрытие. Грунтом и промежуточным покрытием могут быть покрытия на основе фторполимеров любого типа; широко доступны коммерческие покрытия на основе PTFE с высокой молекулярной массой и/или на основе других фторполимеров. Конкретные композиции грунта и/или промежуточного покрытия можно варьировать в широких пределах; полагают, что они не являются критически важными в отношении улучшенных свойств, демонстрируемых покрытиями, раскрытыми в настоящем документе.

b. Эластичные подложки

Подходящие эластичные подложки, на которые можно наносить композиции согласно настоящему изобретению, включают в себя стеклоткань того типа, который обычно применяют в конвейерных лентах непрерывных печей для пищевых продуктов, архитектурные ткани того типа, который применяют, например, для крытых стадионов и обтекателей антенн радиолокационных станций, а также для термосклеиваемых лент, печатных плат, кулинарных пленок и палаточных тканей. «Стеклоткань» или «ткань из стекловолокна» представляет собой эластичный текстильный материал, изготавливаемый из сотканных волокон, таких как, например, льняное волокно, стекловолокно и хлопковое волокно.

Другие эластичные подложки, на которые можно наносить покрытия композициями согласно настоящему изобретению, включают в себя любой материал, включая, например, натуральные или синтетические волокна или нити, включая штапельное волокно, волокнистые наполнители, пряжу, пряденые нити, текстильные материалы, нетканое полотно, проволочную ткань, веревочные материалы, ленточно-ременные материалы, канатно-веревочные материалы и ленточно-тесемочные материалы. Типичные волокнистые материалы, на которые можно наносить покрытия композициями для покрытия согласно настоящему изобретению, включают в себя натуральные волокна, такие как растительные, животные и минеральные волокна, включая хлопок, хлопковую брезентовую ткань (деним, джинсовую ткань), шерсть, шелк, керамические волокна и металлические волокна, а также синтетические волокна, такие как плетеные углеродистые ткани, волокна полиэтилена с ультравысокой молекулярной массой (UHMWPE), волокна поли(этилентерефталата) (PET), пара-арамидные волокна, включая поли-пара-фенилентерефталамид или Kevlar^®, и мета-арамидные волокна, такие как Nomex^®, каждая разновидность которых доступна у E.I. du Pont de Nemours and Company, полифениленсульфидные волокна, такие как Ryton^®, доступный у Chevron Phillips Chemical Co., полипропиленовые волокна, полиакриловые волокна, полиакрилонитрильные (PAN) волокна, такие как Zoltek^®, доступные у Zoltek Corporation, полиамидные волокна (нейлон) и нейлон-полиэфирные волокна, такие как Dacron^®, доступные у Invista North America.

На эластичную подложку, перед нанесением композиции для покрытия согласно настоящему изобретению, необязательно, можно наносить грунт (или грунтовочное покрытие) и/или промежуточное покрытие. Грунтом и промежуточным покрытием могут быть покрытия на основе фторполимеров любого типа; широко доступны коммерческие покрытия на основе PTFE с высокой молекулярной массой и/или на основе других фторполимеров. Конкретные композиции грунта и/или промежуточного покрытия можно варьировать в широких пределах; полагают, что они не являются критически важными в отношении улучшенных свойств, демонстрируемых покрытиями, раскрытыми в настоящем документе.

c. Типы покрытий

В одном варианте осуществления настоящего изобретения композиции согласно настоящему изобретению наносят на нижележащее покрытие или грунтовочный слой, который может быть отвержденным, частично отвержденным или неотвержденным перед нанесением композиций согласно настоящему изобретению. Указанный грунтовочный слой может быть таким грунтовочным слоем, который представляет собой покрытие (иногда называемое грунтом), наносимое непосредственно на нижележащую подложку, необязательно, совместно с одним или более промежуточных покрытий. В этих вариантах осуществления настоящего изобретения такое покрытие в настоящем документе может быть названо «внешним покрытием» или «верхним покрытием», и эти термины обычно взаимозаменяемы. В других вариантах осуществления настоящего изобретения композиции согласно настоящему изобретению можно наносить непосредственно на подложку, образуя покрытие, непосредственно контактирующее с подложкой, причем данное покрытие не наносят на какие бы то ни было нижележащие покрытия. В дальнейших вариантах осуществления настоящего изобретения сама кроющая система согласно настоящему изобретению также может быть грунтовочным покрытием.

II. Политетрафторэтилен с высокой молекулярной массой (HPTFE)

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения композиции согласно настоящему изобретению включают в себя, по меньшей мере, один тип традиционного политетрафторэтилена (PTFE) с высокой молекулярной массой (HPTFE).

Среднечисловая молекулярная масса (M_n) HPTFE обычно составляет, по меньшей мере, 500000, и может составлять, по меньшей мере, 1000000, и подходящие HPTFE в форме жидких дисперсий и/или порошков доступны из многих коммерческих источников. Жидкие дисперсии HPTFE обычно для стабильности включают в себя поверхностно-активные вещества, хотя «нестабилизированные» дисперсии HPTFE, обычно имеющие менее 1,0% масс. поверхностно-активного вещества, также доступны и также могут применяться. Когда для приготовления композиции для покрытия применяют порошок, его обычно будут диспергировать в жидкости.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения HPTFE может включать в себя небольшое количество модифицирующего совместного мономера, и в этом случае HPTFE представляет собой сополимер, известный в данной области техники как «модифицированный PTFE» или «микромодифицированный PTFE» (модифицированный следовым количеством модификатора). Примеры модифицирующего совместного мономера включают в себя перфторпропилвиниловый простой эфир (PPVE), другие модификаторы, такие как гексафторпропилен (HFP), хлортрифторэтилен (CTTE), перфторбутилэтилен (PFBE) или другие перфторалкилвиниловые простые эфиры, такие как перфторметилвиниловый простой эфир (PMVE) или перфторэтилвиниловый простой эфир (PEVE). Модифицирующий совместный мономер обычно будет присутствовать, например, в количестве менее 1% масс. в расчете на массу HPTFE.

HPTFE обычно относится к типу, производимому посредством процесса полимеризации, хорошо известного в данной области техники как дисперсионная полимеризация или эмульсионная полимеризация. Однако в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения HPTFE может относиться к типу, производимому посредством процесса полимеризации, хорошо известного в данной области техники как гранульная или суспензионная полимеризация, которая дает PTFE, известный в данной области техники как гранулярная смола PTFE или гранулированный пресс-порошок PTFE.

III. Политетрафторэтилен с низкой молекулярной массой (LPTFE)

Композиции согласно настоящему изобретению включают в себя, по меньшей мере, один тип политетрафторэтилена с низкой молекулярной массой (LPTFE).

LPTFE обычно предоставляют в форме жидкой дисперсии, которая в большинстве вариантов осуществления настоящего изобретения будет представлять собой водную дисперсию, хотя LPTFE может быть диспергирован и в других растворителях, и/или LPTFE, первоначально находившийся в водной фазе, может быть подвергнут межфазовому переносу в другой растворитель, такой как органические растворители, включая гексан, ацетон или спирт.

LPTFE будет обычно иметь средний размер частиц, не превышающий 1,0 микрона (мкм), не превышающий 0,9 микрона (мкм), не превышающий 0,75 микрона (мкм), не превышающий 0,5 микрона (мкм), не превышающий 0,4 микрона (мкм), не превышающий 0,3 микрона (мкм), или не превышающий 0,2 микрона (мкм), как измерено подходящим способом, таким как дифракция лазерного света согласно ISO 13320. Например, в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения LPTFE может иметь средний размер частиц не менее 30, 50, 100 или 150 нм или не более 200, 250 или 350 нм.

Среднечисловая молекулярная масса (M_n) LPTFE обычно будет составлять менее 500000, и в большинстве вариантов осуществления настоящего изобретения она может составлять, например, не менее 10000, не менее 20000 или не менее 25000 или она может составлять не более 200000, не более 100000 или не более 70000, не более 60000 или не более 50000.

Альтернативным параметром, характеризующим молекулярную массу LPTFE, является его первая температура плавления (T_m), определенная подходящим способом, таким как дифференциальная сканирующая калориметрия (DSC), причем первая температура плавления (T_m) для LPTFE может быть равной или меньшей 335°C. В других вариантах осуществления настоящего изобретения первая температура плавления LPTFE может быть равной или меньшей 332°C, равной или меньшей 330°C, равной или меньшей 329°C, равной или меньшей 328°C, равной или меньшей 327°C, равной или меньшей 326°C или равной или меньшей 325°C.

LPTFE может быть предоставлен в форме водной дисперсии, которая является стабилизированной, нестабилизированной или минимально стабилизированной. Термины «нестабилизированная» или «минимально стабилизированная», используемые в настоящем документе, относятся к водной дисперсии, которая включает в себя менее 1,0% масс. традиционного поверхностно-активного вещества, такого как неионное поверхностно-активное вещество или анионное поверхностно-активное вещество, в расчете на массу водной дисперсии LPTFE. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения дисперсия LPTFE может быть предоставлена в форме водной дисперсии, имеющей менее 1,0% масс. поверхностно-активного вещества, менее 0,8% масс. поверхностно-активного вещества, менее 0,6% масс. поверхностно-активного вещества или даже менее 0,5% масс. поверхностно-активного вещества. В других вариантах осуществления настоящего изобретения дисперсия LPTFE может быть предоставлена в форме водной дисперсии, которая является «стабилизированной» и содержит обычно 1-12% масс. поверхностно-активного вещества. Однако природа применяемого стабилизационного состава не является критичной особенностью настоящего изобретения.

Кроме того, как обсуждается ниже, LPTFE может быть предоставлен в форме твердого микропорошка.

LPTFE обычно будет в форме гомополимерного PTFE с низкой молекулярной массой. Однако в других вариантах осуществления настоящего изобретения LPTFE может включать в себя небольшое количество модифицирующего совместного мономера, и в этом случае PTFE представляет собой сополимер, известный в данной области техники как «модифицированный PTFE» или «микромодифицированный PTFE» (модифицированный следовым количеством модификатора). Примеры модифицирующего совместного мономера включают в себя перфторпропилвиниловый простой эфир (PPVE), другие модификаторы, такие как гексафторпропилен (HFP), хлортрифторэтилен (CTFE), перфторбутилэтилен (PFBE) или другие перфторалкилвиниловые простые эфиры, такие как перфторметилвиниловый простой эфир (PMVE) или перфторэтилвиниловый простой эфир (PEVE). Модифицирующий совместный мономер будет обычно присутствовать в количестве, например, менее 1% масс. относительно PTFE.

Подходящие дисперсии LPTFE включают в себя SFN-D, доступную у Chenguang R.I.C.I, Chengdu, 610036 P.R. China, а также TE3887N, доступную у DuPont. Другие типичные микропорошки LPTFE включают в себя Dyneon TF-9207, доступный у Dyneon LLC, LDW-410, доступный у Daikin Industries, Inc., и MP-25, MP-55, MP-8T и UF 8TA, каждый из которых доступен у Laurel Products.

Эти фторполимеры имеют характеристики, приведенные в таблице представленной ниже:

Характеристики типичных политетрафторэтиленов с низкой молекулярной массой (LPTFE)

LPTFE	Содержание твердого вещества (% масс.)	Молекулярная масса (M n ) (оценка)	Средний размер частиц (мкм)	Поверхностно-активное вещество (% масс. в расчете на массу LPTFE) (тип)	Первая температура плавления (DSC) (°C)
SFN-D	50	10000-20000	0,19	5%	324,5-326
TE3887N	60	65000-70000	0,2	6% (неионное)	327,6
LDW-410	40	80000-90000	0,2	5%	329,4
TF-9207	100	65000-70000	13,27	неизвестно	327,6
MP-8T	100	~25000	1,32	неизвестно	323,1
MP-10	100	100000	0,84	неизвестно	330
MP-55	100	40000-50000	11,06	неизвестно	324,3
MP-25	100	~130000	0,28	неизвестно	332
UF-8TA	100	~95000	1,22	неизвестно	331,5

Показательные типы LPTFE обсуждаются ниже.

a. LPTFE, произведенный посредством дисперсионной полимеризации или эмульсионной полимеризации, который после этого не подвергался агломерированию, облучению или термическому разложению

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения LPTFE производят способом полимеризации, который хорошо известен в данной области техники как дисперсионная полимеризация или эмульсионная полимеризация. Эти процессы полимеризации можно проводить с агентами переноса цепи, уменьшающими среднюю молекулярную массу производимых фторполимеров, и/или другими способами, при которых процесс полимеризации регулируют так, чтобы непосредственно получать жидкую дисперсию полимеризованных частиц PTFE с низкой молекулярной массой (LPTFE).

В этих вариантах осуществления настоящего изобретения после производства LPTFE дисперсионной полимеризацией или эмульсионной полимеризацией его не подвергают последующему агломерированию, облучению или термическому разложению. В частности, LPTFE не подвергают каким бы то ни было стадиям агломерирования при его производстве и поэтому он сохраняет малый средний размер частиц. Кроме того, LPTFE не подвергают термическому разложению для уменьшения его молекулярной массы. Более того, LPTFE не подвергают облучению, такому как облучение пучками высокоэнергетических электронов, для уменьшения его молекулярной массы. В этих вариантах осуществления настоящего изобретения дисперсии LPTFE, подвергнутые анализу посредством спектроскопии электронного парамагнитного резонанса (EPR) или электронного спинового резонанса (ESR), не будут демонстрировать никакого спектра и/или не будет превышен предел детектирования, в отличие от облученного PTFE, который такие спектры будет демонстрировать и/или будет иначе свидетельствовать о наличии детектируемых свободных радикалов.

Эти типы дисперсий LPTFE предоставляют в виде водных дисперсий, получаемых регулируемым процессом дисперсионной или эмульсионной полимеризации, применяемым для производства непосредственно полимеризованного LPTFE, который после этого не подвергают агломерированию, термическому разложению или облучению. Специалисты с обычной квалификацией в данной области техники признают, что эти типы дисперсий LPTFE отличаются от других коммерчески доступных материалов PTFE.

Во-первых, эти типы дисперсий LPTFE отличаются от PTFE тем, что их производят посредством процесса полимеризации, который хорошо известен в данной области техники как гранульная или суспензионная полимеризация, которая дает PTFE, который известен в данной области техники как гранулированная смола PTFE или гранулированный пресс-порошок PTFE. Гранулированные смолы PTFE будут обычно иметь высокую молекулярную массу, при которой среднечисловая молекулярная масса (M_n) составляет, не менее 1000000, а первая температура плавления (T_m) превышает 335°C (как правило, намного превышает 335°C). Гранулированную смолу PTFE обычно предоставляют в твердой порошкообразной форме с частицами, средний размер которых составляет несколько микрон, обычно от 10 до 700 микрон (мкм). Эти смолы могут также предоставлять в тонко измельченном виде со средним размером частиц, равным, например, от 20 до 40 микрон (мкм).

Кроме того, эти типы дисперсий LPTFE могут отличаться от материалов с более низкой молекулярной массой, полученных из гранулированных смол PTFE с высокой молекулярной массой, подвергаемых деградации облучением или термодеструкцией с образованием материалов с низкой молекулярной массой, известных как микропорошки гранулированного PTFE, которые обычно имеют размер частиц в диапазоне от 0,2 до 20 микрон (мкм). Примеры микропоро