Método para tratar partículas de fluoropolímero y los productos del mismo.

Una composición caracterizada por partículas individuales de un fluoropolímero perfluorado que tienen un tamaño de partícula de hasta 500 μ

m y macromoléculas hidrófilas poliméricas ligadas a las mismas mediante tratamiento de alta energía.

Método para tratar partículas de fluoropolímero y los productos del mismo.

La presente invención se refiere a fluoropolímeros perfluorados. Más particularmente, la presente invención se dirige a la producción de un nuevo fluoropolímero perfluorado al usar una fuente de alta energía para inmovilizar macromoléculas sobre la superficie de partículas de fluoropolímero perfluorado y/o para modificar el peso molecular de las partículas de fluoropolímero perfluorado.

Los fluoropolímeros se definen ampliamente en la presente memoria como cualquiera de los polímeros (o polímeros inertes) que contienen flúor, incluyendo homopolímeros, copolímeros y terpolímeros que tienen superficies no humedecibles y químicamente inertes que, aunque se deseen en algunas aplicaciones, limitan el uso de estos materiales en otras aplicaciones.

La tecnología del revestimiento de artículos con fluoropolímeros se ha estado desarrollando a lo largo de dos direcciones fundamentalmente distintas basadas en la forma física de los fluoropolímeros de polvo y látex. En cada caso, el revestimiento final, que puede ser una capa pelicular continua, por ejemplo, se obtiene típicamente al calentar los fluoropolímeros aplicados por encima de sus puntos de fusión.

Se han desarrollado procedimientos y productos que proporcionan ventajas específicas para aplicaciones de fluoropolímeros de polvo y látex. Para tecnologías que usan fluoropolímeros en polvo, se han desarrollado composiciones de polímero y tamaños de partícula y conformaciones modificados para mejorar tanto el rendimiento de la aplicación (rendimiento por pasada) como el comportamiento de la película resultante por unidad de grosor de película. El principal obstáculo intrínseco para las mejoras en el uso de fluoropolímeros en polvo es su escasa conductividad eléctrica superficial.

Para los látices, la energía superficial ultrabaja y el alto peso específico peculiares de los fluoropolímeros (pueden definirse como totalmente hidrófobos) han forzado la adopción de diferentes tecnologías de fabricación ya que la síntesis del polímero de base (p. ej. dispersión) se caracteriza por partículas de polímero que tienen un diámetro medio dos órdenes de magnitud menor que los polvos, y por el uso extensivo de tensioactivos, tanto tensioactivos fluorados usados durante la síntesis como tensioactivos hidrogenados para el cremado de una dispersión diluida obtenida a partir de la síntesis, y para la estabilización y la formulación de látices concentrados manejables mediante las técnicas de aplicación (p. ej. revestimiento por pulverización, rodillos, cortina) . Sin embargo, ambos tipos de tensioactivos, intrínsecos a la tecnología, son perjudiciales para la aplicación del revestimiento, afectando negativamente al rendimiento y las características de la capa pelicular (p. ej. continuidad de la película, adhesión al sustrato, etc.) .

Puede concebirse teóricamente un modo de alejarse de estos dos enfoques fundamentales, e implica la modificación de la superficie de las partículas de fluoropolímero, para hacerlo más compatible con el amplio espectro de medios portadores polares disponibles (p. ej. agua) , pero sin alterar/dañar las propiedades de la masa de fluoropolímero.

Se conocen y se establecen en la técnica tratamientos superficiales del fluoropolímero. Fluoropolímeros en forma de láminas, películas y artículos conformados se han tratado químicamente, se han sometido a descarga eléctrica usando descarga en corona y plasmas, se han sometido a tratamiento a la llama y se han sometido a tratamiento físico tal como procedimientos químicos de adsorción. En todos los casos, los resultados deseados a menudo no han sido del todo satisfactorios. Por ejemplo, los cambios superficiales efectuados mediante tratamientos químicos producen un oscurecimiento de la superficie y los procedimientos químicos de absorción están sometidos a deterioro y pérdida a lo largo del tiempo.

Los tratamientos a la llama pueden provocar un daño no deseado si no se controlan apropiadamente.

Los tratamientos eléctricos parecen haberse convertido en los procedimientos más aceptados para los efectos a largo plazo. Sin embargo, según se analiza anteriormente, estos procedimientos de tratamiento tienen limitaciones.

Los procedimientos de descarga en corona y de tratamiento a la llama se usan para tratar las superficies de películas de polímero y otros sustratos tales como papeles metalizados, papeles, etc. Estos procedimientos de tratamiento incrementan la energía superficial de los sustratos, lo que a su vez mejora la humectabilidad, la imprimibilidad y la adhesión sobre estos sustratos. Las descargas en corona pueden producir descargas localmente concentradas conocidas como secuencias ("streamers") . Estas secuencias conducen a alguna falta de uniformidad en el tratamiento de las superficies peliculares, y la energía concentrada de las secuencias también puede dañar microscópicamente la superficie pelicular. Además, el tratamiento en corona puede producir tratamiento en la cara posterior, lo que no es deseable en muchas aplicaciones.

El tratamiento a la llama también tiene limitaciones en términos de modificación superficial por oxidación, dificultad en el control y posibilidad de cargas térmicas excesivas.

El tratamiento con plasma es un método eficaz para tratar superficies para incrementar la energía superficial y mejorar la humectabilidad, la imprimibilidad y la adhesión. El plasma produce un tratamiento superficial uniforme sin provocar tratamiento en la cara posterior del sustrato.

Se han desarrollado procedimientos de tratamiento con plasma de baja presión o atmosférico (APT) que proporcionan ventajas únicas sobre las tecnologías existentes para el tratamiento superficial. El aparato usado en el tratamiento con plasma atmosférico no requiere un sistema de vacío, produce un plasma de alta densidad y proporciona el tratamiento de diversos sustratos a baja temperatura mientras se trabaja a presión atmosférica. Los beneficios del tratamiento con plasma incluyen una degradación reducida de la morfología superficial, niveles de tratamiento (dinas) superiores, eliminación del tratamiento en la cara posterior y duración prolongada a lo largo del tiempo de tratamiento.

Según se presenta por A. Yializis et ál. (Atmospheric Plasma - The New Functional Treatment for Film, 2000 TAPPI Polymers, Laminations, & Coatings Conference pp. 1343-1352) , se han desarrollado procedimientos de tratamiento con plasma atmosférico para tratar bandas y películas continuas.

La presente invención proporciona un método, descrito más adelante, para tratar partículas de fluoropolímero perfluorado (posteriormente en la presente memoria "perfluoropolímero") que incluye ligar macromoléculas a partículas de perfluoropolímero usando una fuente de alta energía, tal como plasma atmosférico, radiación de rayos X, radiación electrónica, irradiación con haz iónico, radiación ultravioleta u otros métodos adecuados para cambiar las características funcionales de las partículas de perfluoropolímero. En la presente memoria, "radiación" e "irradiación" se refieren cada una generalmente al tratamiento mediante exposición a radiación.

La Solicitud de Patente de EE. UU. Nº de Serie 10/128.185, la solicitud originaria de la presente solicitud de patente, describe métodos para tratar fluoropolímeros, en los que un polvo de fluoropolímero seco se combina con una macromolécula en un disolvente, seguido por secado para evaporar el disolvente, y a continuación aplicar alta energía en la forma de un tratamiento con plasma atmosférico, por ejemplo, que liga las macromoléculas a las partículas de fluoropolímero individuales del polvo. De este modo, se produce un fluoropolímero con macromoléculas inmovilizadas sobre el mismo, que es hidrófilo, humectable y muestra otras propiedades funcionales deseables.

En un aspecto de método de la invención, descrito adicionalmente en la presente memoria, se ha encontrado que los perfluoropolímeros pueden tratarse en un "sistema en húmedo", en el que se aplica alta energía, tal como un tratamiento con haz electrónico, por ejemplo, a los perfluoropolímeros mientras los mismos están dispersados en un medio líquido.

En un método tal, una macromolécula se añade a una dispersión líquida de partículas de perfluoropolímero, cuya mezcla se somete a continuación a tratamiento con alta energía, tal como tratamiento con haz electrónico,... [Seguir leyendo]

1. Una composición caracterizada por partículas individuales de un fluoropolímero perfluorado que tienen un tamaño de partícula de hasta 500 μm y macromoléculas hidrófilas poliméricas ligadas a las mismas mediante tratamiento de alta energía.

2. La composición de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque dicho tratamiento de alta energía comprende uno de tratamiento con plasma atmosférico, radiación de rayos X, radiación electrónica, irradiación con haz iónico y radiación ultravioleta.

3. La composición de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizada porque dichas macromoléculas comprenden:

al menos uno de poli (alcohol vinílico) , poli (ácido láctico) , poliacrilamidas, polivinilaminas, polialilaminas, polietileniminas, polivinilpirrolidonas, polivinilpiridinas, polietilenglicol, poli (ácido acrílico) , poliacrilatos, polimetacrilatos, copolímeros de los mismos, y mezclas de los mismos; y dichas partículas de fluoropolímero perfluorado comprenden al menos uno de los siguientes polímeros: politetrafluoroetileno, copolímero de tetrafluoroetileno-hexafluoropropileno y copolímero de tetrafluoroetilenoperfluorometilviniléter.

4. Un método para tratar un fluoropolímero perfluorado, caracterizado por las etapas de:

proporcionar una mezcla de partículas de un fluoropolímero perfluorado que tienen un tamaño de partícula de hasta 500 μm y macromoléculas hidrófilas poliméricas; y someter la mezcla a tratamiento de alta energía para ligar de ese modo las macromoléculas a las partículas de fluoropolímero.

5. El método de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque la mezcla es una de una mezcla de sólidos y una dispersión líquida.

6. El método de acuerdo con la reivindicación 4 o 5, caracterizado porque dicha etapa de sometimiento comprende someter la mezcla a uno de tratamiento con plasma atmosférico, radiación de rayos X, radiación electrónica, radiación con haz iónico y radiación ultravioleta.

7. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 4-6, caracterizado porque dichas macromoléculas comprenden:

al menos uno de poli (alcohol vinílico) , poli (ácido láctico) , poliacrilamidas, polivinilaminas, polialilaminas, polietileniminas, polivinilpirrolidonas, polivinilpiridinas, polietilenglicol, poli (ácido acrílico) , poliacrilatos, polimetacrilatos, copolímeros de los mismos, y mezclas de los mismos; y las partículas de fluoropolímero perfluorado comprenden al menos uno de los siguientes polímeros: politetrafluoroetileno, copolímero de tetrafluoroetileno-hexafluoropropileno y tetrafluoroetilenoperfluorometilviniléter.