高氟含量氟橡膠的合成研究

陳其皓（江南大學(xué)化學(xué)材料與工程學(xué)院，江蘇　無錫　214000）

高氟含量氟橡膠的合成研究

陳其皓（江南大學(xué)化學(xué)材料與工程學(xué)院，江蘇無錫214000）

氟橡膠屬于高分子彈性體，具備其獨(dú)特特征，從組成原子上看，該物質(zhì)中的主鏈或側(cè)鏈上的碳原子能與氟原子相連接。氟橡膠具有良好的耐油性和耐熱性，能夠在250℃左右的溫度保持長時間的工作；同時，也擁有良好的物理機(jī)械特點(diǎn)，可耐輻射，電絕緣性明顯，因此，被廣泛應(yīng)用在我國航空航天還有化學(xué)工業(yè)等科學(xué)領(lǐng)域中。本文主要針對高氟含量氟橡膠的合成方法進(jìn)行探析，并對其未來發(fā)展的改性方法做出相應(yīng)介紹。

高氟含量；合成方法；改進(jìn)方法；分析研究

以汽車產(chǎn)業(yè)為例，氟橡膠主要用于發(fā)動機(jī)、燃料系統(tǒng)以及外圍設(shè)備上的密封材料，但是隨著環(huán)保理念的增強(qiáng)，需要全面降低二氧化碳的排量，因此，在采用氟橡膠過程中有必要加強(qiáng)其低燃料透過性的控制；同時，隨著含氧化物合成技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展，新型環(huán)保能源的出現(xiàn)，促使氟橡膠需增加其耐溶劑性能［1］。氟橡膠一般包括三種共聚單元，當(dāng)氟元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到68%，則會降低其耐油性和耐溶性，因此，應(yīng)在發(fā)展、研究過程中開發(fā)出具備更高氟含量的氟橡膠產(chǎn)品，即質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過69%，以確保其具備良好的燃料透過性和耐溶劑性。

1　高氟含量氟橡膠的合成方法

1.1共聚單體的組成分析

將高氟含量氟橡膠中氟元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在69%以上，則需要控制好其他共聚單元組成，即偏氟乙烯、全氟丙烯還有的四氟乙烯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為30%～65%、20%～40%和20%～40%。①若偏氟乙烯的量分?jǐn)?shù)達(dá)不到30%，會降低其聚合速率，從而無法保證其耐低溫性能；若量分?jǐn)?shù)超過65%，則會降低氟含量，無法得到最低燃料透過性等性能。②控制好全氟丙烯的含量是保證氟含量的條件之一，但是超過40%會降低其競聚率和反應(yīng)速率，甚至?xí)黾又谱鞒杀?；③控制好四氟乙烯含量是把握氟橡膠耐溶劑性的首要條件，但是超過40%會出現(xiàn)聚合物結(jié)晶情況，會導(dǎo)致其存在低溫變形的情況。

1.2聚合工藝分析

常規(guī)氟橡膠的乳液聚合工藝是應(yīng)用在高氟含量橡膠合成的主要技術(shù)，首先，需要將水和乳化劑放進(jìn)反應(yīng)釜中；其次，合理應(yīng)用痰氣將反應(yīng)釜中的空氣進(jìn)行置換；再接著，將攪拌裝置打開后加熱反應(yīng)釜，并控制好其反應(yīng)壓力值和Ph值，隨即增加適量的引發(fā)劑，促進(jìn)聚合反應(yīng)的開始；最后，聚合反應(yīng)開始后，增加適量的鏈轉(zhuǎn)移劑，并根據(jù)反應(yīng)情況加入適量的混合單體，以保證反應(yīng)釜中的壓力處于固定范圍內(nèi)，確?；旌蠁误w反應(yīng)完成后，即可停止。將反應(yīng)生成的聚合乳液實行相應(yīng)的處理，即凝聚、洗滌還有干燥工序等，再利用煉膠機(jī)將其塑煉成型，即可獲得高氟含量氟橡膠產(chǎn)品。

2　高氟含量氟橡膠的改性分析

常規(guī)的氟橡膠中，普遍采用多元醇類硫化劑實行硫化，其硫化原理為：以VDF－HFP鏈段脫HF所構(gòu)成的雙鍵來完成苯酚陰離子的加成反應(yīng)［2］。但是氟含量與偏氟乙烯含量的控制中，一旦提升前者的量分?jǐn)?shù)，就會降低后者的量分?jǐn)?shù)，從而降低其硫化速率、機(jī)械性能，所以，實行高氟含量氟橡膠的改性時，不僅需要保證其低燃料透過性和耐溶劑性，還有必要增強(qiáng)其硫化性能。

2.1轉(zhuǎn)變分子鏈鏈段結(jié)構(gòu)

將組成的共聚單體中偏氟乙烯物質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在60%～65%之間，可以獲得較高氟含量的氟橡膠，且無需減少偏氟乙烯的總含量。轉(zhuǎn)變分子鏈鏈段結(jié)構(gòu)，就是利用無機(jī)引發(fā)劑和有機(jī)引發(fā)劑作為初始引發(fā)和補(bǔ)加引發(fā)；同時，在引發(fā)過程中適當(dāng)增加有機(jī)端基的鏈轉(zhuǎn)移劑，以期結(jié)合三種物質(zhì)的時間和總量來調(diào)整聚合物的端基結(jié)構(gòu)，確保VDF－HFP鏈段的數(shù)量明顯增加后，提升高氟含量氟橡膠的硫化速率。

2.2增加改性單體

將非全氟單體增加到聚合物的共聚單體中，以進(jìn)一步降低偏氟乙烯的含量，通過物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)來計算，各個共聚單體的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)則表現(xiàn)為：偏氟乙烯和四氟乙烯，分別是15%～40%和10%～30%；而全氟丙烯和非全氟單體則分別是20%～50%和2%～15%，通過非全氟單體這一改性單體的加入，來增強(qiáng)分子鏈脫HF雙鍵形成的能力，進(jìn)而提升氟橡膠的硫化速率和硫化膠的機(jī)械性能［3］。

2.3共同混煉

將氟橡膠分成A、B兩組實行混煉，混煉方法是利用開煉機(jī)實行常規(guī)方法混煉，最后得到氟含量較高的交聯(lián)性氟橡膠組合物［4］。兩組氟橡膠的共聚單體均為偏氟乙烯、四氟乙烯和全氟丙烯，并將A類氟橡膠的氟元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在69%～71%之間，B類的控制在72%～73%之間，經(jīng)過混煉后獲得的相對分子質(zhì)量比較下，A會明顯高于B，確保經(jīng)混煉獲得的交聯(lián)性氟橡膠組合物不僅能夠具備A類的良好硫化性能、機(jī)械性能，而且也會擁有B類的低燃料透過性、耐溶劑性能。

3　結(jié)語

綜上所述，合理提升氟橡膠中的氟含量，能夠保證氟橡膠擁有低燃料透過性以及良好的耐溶劑性等特征。經(jīng)過硫化后氟橡膠，再將其浸泡在燃油中，可以將其拉伸強(qiáng)度控制在有效范圍內(nèi)，提高氟橡膠的利用率；同時，采用轉(zhuǎn)變分子鏈鏈段結(jié)構(gòu)、增加改性單體還有共同混煉等方式實行氟橡膠改性后，可以進(jìn)一步提升其硫化速率和硫化膠的機(jī)械性能。

［1］錢厚琴，王昌堯.高氟含量氟橡膠的合成及改性［J］.有機(jī)氟工業(yè)，2016（01）：48-64.

［2］朱則剛.車用氟橡膠的市場需求及發(fā)展趨勢［J］.現(xiàn)代橡膠技術(shù)，2013（01）：41-46.

［3］曹鴻璋，劉杰民，張玉璽等.氟橡膠改性技術(shù)研究進(jìn)展［J］.橡膠工業(yè)，2014（03）：187-191.

［4］鄔一凡，黃巍，徐京生.國內(nèi)外氟橡膠生產(chǎn)消費(fèi)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢［J］.化工新型材料，2013（03）：1-5.