CN110713564A - 一种宽温域全氟醚橡胶的合成方法及其全氟醚橡胶 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种宽温域全氟醚橡胶的合成方法,其主要改进点为,以四氟乙烯和全氟甲氧基乙基乙烯基醚为共聚单体,通过乳液聚合法制备全氟醚橡胶,且在聚合反应的过程中添加硫化点单体全氟‑4‑溴‑1‑丁烯、全氟溴代乙基乙烯基醚、全氟碘代乙基乙烯基醚、全氟‑4‑碘‑1‑丁烯、三氟碘乙烯或三氟溴乙烯中的一种或几种;选择I(CF2)nI为链转移剂。本发明通过选择全氟甲氧基乙基乙烯基醚作为聚合反应的单体,可有效地拓宽聚合所是全氟聚醚的温域范围,最低可达‑35℃,且可在250℃的高温条件下长期使用,具有耐高低温的性能。
Description
技术领域
本发明涉及高分子物质合成技术领域,具体涉及一种全氟醚橡胶的合成方法。
背景技术
含氟弹性体以其优异大耐化学品性能、耐油性、耐高温性能而广泛用于密封材料、容器及软管中。常见的普通以偏氟乙烯为主要共聚单体的氟橡胶,主要分为二元氟橡胶(偏氟乙烯-全氟丙烯共聚物)、三元氟橡胶(偏氟乙烯-四氟乙烯-全氟丙烯)共聚物。虽然这两类氟橡胶被人类广泛应用于众多苛刻环境。但是由于其本身以偏氟乙烯为主要共聚单体,分子结构上含有“C-H”键而使得其具备一定局限性,如耐碱性能差、不能在300℃环境下长期使用。
为获得耐300℃高温性能氟橡胶,需要开发全氟醚氟橡胶。高外杜邦公司、大金公司、3M公司已经有相关产品商业化。且具已知报道,全氟醚氟橡胶可耐已知溶剂1600余种,且可在300℃甚至320℃高温领域长期使用。耐高温全氟醚橡胶已经广泛在航空、航天、半导体工业、食品工业中广泛使用。然而随着科技的发展,越来越多的领域不仅需要其耐介质性能、耐高温性能,还需要其同时具有耐高温和耐低温以及耐介质的性能。已经报道的全氟醚橡胶玻璃化转变温度Tg为-2℃左右,无法满足耐低温需求。
发明内容
本发明的目的首先是提供一种宽温域全氟醚橡胶的合成方法,其步骤为:四氟乙烯和全氟甲氧基乙基乙烯基醚作为共聚单体,在硫化点单体和链转移剂的作用下,通过乳液聚合法制备全氟醚橡胶;
所述硫化点单体为全氟-4-溴-1-丁烯、全氟溴代乙基乙烯基醚、全氟碘代乙基乙烯基醚、全氟-4-碘-1-丁烯、三氟碘乙烯或三氟溴乙烯中的一种或几种;
所述链转移剂为I(CF2)nI,其中n为2~6的整数。
全氟甲氧基乙基乙烯基醚的分子式为CF2=CF-O-CF2-CF2-O-CF3。
本发明选择全氟甲氧基乙基乙烯基醚为共聚单体的原料之一,可有效地降低合成产物的玻璃化转变温度,而且还可保证产物有较好的耐高温性能;而添加上述的硫化点单体,可为共聚物的交联硫化提供交联点,保证其具有良好的硫化性能;双碘结构的烷烃在本宽温域氟醚橡胶合成过程中起到门尼粘度控制的作用,同时在分子链端形成“I”原子,为聚合物在硫化过程中提供交联点。方便将所得聚合物生胶加工成各种橡胶产品。
优选的,所述四氟乙烯和全氟甲氧基乙基乙烯基醚的质量之比为10~45:55~90。
进一步优选的,所述四氟乙烯和全氟甲氧基乙基乙烯基醚的质量之和为100份。
优选的,在聚合反应的过程中添加改性单体全氟烷基乙烯基醚;
进一步优选全氟甲基乙烯基醚和/或全氟正丙基乙烯基醚。
仅以四氟乙烯和全氟甲氧基乙基乙烯基醚为原料,可有效地降低产物的玻璃化转化温度,在一定范围内调节四氟乙烯与全氟甲氧基乙基乙烯基醚的用量配比可以得到不同的耐低温、耐高温程度的氟醚橡胶。采用全氟烷基乙烯基醚来部分替代全氟甲氧基乙基乙烯基醚,虽然会一定程度地提高聚合产物的玻璃化转化温度,但是材料的耐高温性、产品柔顺性等其他性能没有发生明显改变,因此这种改性后的材料依然具有很高的应用价值。所得聚合物的玻璃化转化温度仍然可满足某些领域的需要。
优选的,所述四氟乙烯、全氟甲氧基乙基乙烯基醚和全氟烷基乙烯基醚的揭质量之比为:10~45:45~85:5~10。
进一步优选的,四氟乙烯、全氟甲氧基乙基乙烯基醚和全氟烷基乙烯基醚的质量总和为100份。
优选的,所述链转移剂的添加量为所得全氟醚橡胶总质量的0.02~1.5%。
优选的,所述硫化点单体的添加量为为共聚单体总量的0.4~4%
作为优选的方案,本发明的方法包括如下步骤:
向反应釜中加入去离子水、pH缓冲剂和乳化剂,对反应釜进行抽真空处理,向反应釜中加入所述共聚单体或所述共聚单体与改性单体的混合物,至反应釜内的压力为0.5~4.0MPa,将反应釜加热至60~120℃,向反应釜中添加所述硫化点单体和链转移剂,并加入引发剂,引发聚合反应,反应过程中通过补充加所述四氟乙烯使反应釜内的压力维持在初始压力,反应完成,即得。
优选的,所述乳化剂为全氟聚醚过氧化物;
优选的,所述引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾。
作为更优选的方案,本发明的方法包括如下步骤:
向反应釜中加入去离子水、pH缓冲剂和乳化剂,对反应釜进行抽真空处理,向反应釜中加入55~90重量份的全氟甲氧基乙基乙烯基醚,然后加入部分四氟乙烯,将反应釜加热至70~100℃,继续添加四氟乙烯至反应釜内的压力为1.0~2.5MPa,向反应釜中添加所述硫化点单体全氟溴代乙基乙烯基醚、全氟碘代乙基乙烯基醚、全氟-4-碘-1-丁烯、三氟碘乙烯或三氟溴乙烯中的一种或几种,添加链转移剂I(CF2)nI(n为2~6的整数),并加入引发剂过硫酸钾或过硫酸铵,引发聚合反应,反应过程中通过补充加所述四氟乙烯使反应釜内的压力维持在初始压力,至四氟乙烯的添加量至10~45重量份,停止反应,即得,反应过程中控制四氟乙烯与全氟甲氧基乙基乙烯基醚的总质量份为100份。
通过上述方法制备得到的全氟醚橡胶,其玻璃化转变温度可低至-35℃~-25℃,可在250℃的高温环境中长期使用,而且其硬度和拉伸性能也较优良。上述材料尤其适用于
作为另一种更优选的方案,本发明的方法包括如下步骤:
向反应釜中加入去离子水、pH缓冲剂和乳化剂,对反应釜进行抽真空处理,向反应釜中加入45~85重量份的全氟甲氧基乙基乙烯基醚,然后加入部分四氟乙烯和全氟烷基乙烯基醚的混合物,将反应釜加热至70~80℃,继续添加四氟乙烯和全氟烷基乙烯基醚的混合物至反应釜内的压力为1.0~3.5MPa,向反应釜中添加所述硫化点单体全氟溴代乙基乙烯基醚、全氟碘代乙基乙烯基醚、全氟-4-碘-1-丁烯、三氟碘乙烯或三氟溴乙烯中的一种或几种,添加链转移剂I(CF2)nI(n为2~6的整数),,并加入引发剂过硫酸铵,引发聚合反应,反应过程中通过补充加所述四氟乙烯和全氟烷基乙烯基醚的混合物使反应釜内的压力维持在初始压力,至四氟乙烯和全氟烷基乙烯基醚的混合物添加量至15~55份,停止反应,即得,反应过程中控制四氟乙烯与全氟甲氧基乙基乙烯基醚的总质量份为100份,所述全氟烷基乙烯基醚为全氟甲基乙烯基醚或全氟丙基乙烯基醚,或二者的混合物。
通过上述方法制备得到的全氟醚橡胶,其玻璃化转变温度可低至-15~-23℃,可在250℃的高温环境中长期使用,而且其硬度和拉伸性能也较优良。上述材料尤其适用于航天工业、航空工业、半导体工业、食品工业及室友开采等行业。
通过本发明的方法反应得到的全氟醚橡胶,可通过盐类强电解质水溶液为凝聚剂(如氯化镁、氯化钠、氯化铵、碳酸铵等)进行凝聚。
进一步的,在后续的应用中,可根据不同的需要对其进行硫化等其他方式进行处理,制备成适用于不同领域的产品。
本发明的另一目的是保护所述方法制备得到的全氟醚橡胶。
本发明具有如下有益效果:
本发明通过选择全氟甲氧基乙基乙烯基醚作为聚合反应的单体,可有效地拓宽聚合所是全氟聚醚的温域范围,最低可达-35℃,且可在250℃的高温条件下长期使用。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
实施例中拉伸强度和伸长率的测试方法为ASTM D412,硬度的测试方法为ASTMD2240永久压缩变形的测试方法为ASTM D1414,耐热空气老化后强度的测试方法为ASTMD412。
实施例1
本实施例涉及一种宽温域全氟醚橡胶的合成方法,其中共聚单体四氟乙烯(TFE)和全氟甲氧基乙基乙烯基醚(a)的质量比为10:90,包括如下步骤:
在具有搅拌器的5L不锈钢反应釜中,加入3L无离子水,2g磷酸氢二钾,2g乳化剂全氟聚醚羧酸盐,重复进行氮气加压、抽空脱气后,采用计量泵向反应釜中加入900g全氟甲氧基乙基乙烯基醚(a),加入部分TFE然后升温至70℃,继续加入TFE单体升压至1.0MPa,通过计量泵压入10g全氟溴代乙基乙烯基醚,10g的15%(wt)过硫酸铵水溶液,5g的I(CF2CF2)2I聚合反应开始,反应釜压力每下降0.01MPa时,向反应釜内补充TFE单体,维持反应釜内压力为1.0MPa。
当TFE持续进料100g时停止反应。得到全氟醚橡胶乳液,以氯化镁水溶液进行凝聚,无离子水洗涤,在90℃、-0.09MPa的真空干燥箱中持续干燥14h获得橡胶生胶产品。
对所得到的橡胶生胶产品进行硫化处理,硫化配方如表1:
表1
对生胶和硫化后的橡胶产品的性能进行检测,其结果如表2:
表2
实施例2
本实施例涉及一种宽温域全氟醚橡胶的合成方法,其中共聚单体四氟乙烯(TFE)和全氟甲氧基乙基乙烯基醚(a)的质量比为45:55,包括如下步骤:
在具有搅拌器的5L不锈钢反应釜中,加入3L无离子水,2g磷酸氢二钾,2g乳化剂全氟聚醚羧酸盐,重复进行氮气加压、抽空脱气后,采用计量泵向反应釜中加入550g全氟甲氧基乙基乙烯基醚(a),加入部分TFE然后升温至70℃,继续加入TFE单体升压至1.0MPa,通过计量泵压入10g全氟溴代乙基乙烯基醚,10g的15%(wt)过硫酸铵水溶液,5g的I(CF2CF2)2I聚合反应开始,反应釜压力每下降0.01MPa时,向反应釜内补充TFE单体,维持反应釜内压力为1.0MPa。
当TFE持续进料450g时停止反应。得到全氟醚橡胶乳液,以氯化镁水溶液进行凝聚,无离子水洗涤,在90℃、-0.09MPa的真空干燥箱中持续干燥14h获得橡胶生胶产品。
对所述生胶采用与实施例1相同的方法进行硫化,并对生胶和硫化后的橡胶产品的性能进行检测,其结果如表3:
表3
实施例3
本实施例涉及一种宽温域全氟醚橡胶的合成方法,其中共聚单体四氟乙烯(TFE)和全氟甲氧基乙基乙烯基醚(a)的质量比为45:55,包括如下步骤:
在具有搅拌器的5L不锈钢反应釜中,加入3L无离子水,2g磷酸氢二钾,2g乳化剂全氟聚醚羧酸盐,重复进行氮气加压、抽空脱气后,采用计量泵向反应釜中加入550g全氟甲氧基乙基乙烯基醚,加入部分TFE然后升温至70℃,继续加入TFE单体升压至0.5MPa,通过计量泵压入4g全氟溴代乙基乙烯基醚,10g的15%(wt)过硫酸铵水溶液,5g的I(CF2CF2)2I聚合反应开始,反应釜压力每下降0.01MPa时,向反应釜内补充TFE单体,维持反应釜内压力为0.5MPa。
当TFE持续进料450g时停止反应。得到全氟醚橡胶乳液,以氯化镁水溶液进行凝聚,无离子水洗涤,在90℃、-0.09MPa的真空干燥箱中持续干燥14h获得橡胶生胶产品。
对所述生胶采用与实施例1相同的方法进行硫化,并对生胶和硫化后的橡胶产品的性能进行检测,其结果如表4:
表4
实施例4
本实施例涉及一种宽温域全氟醚橡胶的合成方法,其中四氟乙烯(TFE)、全氟甲氧基乙基乙烯基醚(a)和全氟甲基乙烯基醚(PMVE)的质量比为10:85:5,包括如下步骤:
在具有搅拌器的5L不锈钢反应釜中,加入3L无离子水,2g磷酸氢二钾,2g乳化剂全氟聚醚羧酸盐,重复进行氮气加压、抽空脱气后,采用计量泵向反应釜中加入850g全氟甲氧基乙基乙烯基醚,加入部分TFE/PMVE(质量比为2:1的混合气)然后升温至70℃,继续加入TFE/PMVE单体升压至1.0MPa,通过计量泵压入10g全氟溴代乙基乙烯基醚,10g的15%(wt)过硫酸铵水溶液,5g的I(CF2CF2)2I聚合反应开始,反应釜压力每下降0.01MPa时,向反应釜内补充TFE单体,维持反应釜内压力为1.0MPa。
当TFE/PMVE持续进料150g时停止反应。得到全氟醚橡胶乳液,以氯化镁水溶液进行凝聚,无离子水洗涤,在90℃、-0.09MPa的真空干燥箱中持续干燥14h获得橡胶生胶产品。
对所述生胶采用与实施例1相同的方法进行硫化,并对生胶和硫化后的橡胶产品的性能进行检测,其结果如表5:
表5
实施例5
本实施例涉及一种宽温域全氟醚橡胶的合成方法,其中四氟乙烯(TFE)、全氟甲氧基乙基乙烯基醚(a)和全氟甲基乙烯基醚(PMVE)的质量比为45:45:10,包括如下步骤:
在具有搅拌器的5L不锈钢反应釜中,加入3L无离子水,2g磷酸氢二钾,2g乳化剂,重复进行氮气加压、抽空脱气后,采用计量泵向反应釜中加入450g全氟甲氧基乙基乙烯基醚,加入部分TFE/PMVE(质量比为4.5:1的混合气)然后升温至70℃,继续加入TFE/PMVE单体升压至1.0MPa,通过计量泵压入10g全氟溴代乙基乙烯基醚,10g的15%(wt)过硫酸铵水溶液,5g的I(CF2CF2)2I聚合反应开始,反应釜压力每下降0.01MPa时,向反应釜内补充TFE单体,维持反应釜内压力为1.0MPa。
当TFE/PMVE持续进料550g时停止反应。得到全氟醚橡胶乳液,以氯化镁水溶液进行凝聚,无离子水洗涤,在90℃、-0.09MPa的真空干燥箱中持续干燥14h获得获得橡胶生胶产品。
对所述生胶采用与实施例1相同的方法进行硫化,并对生胶和硫化后的橡胶产品的性能进行检测,其结果如表6:
表6
实施例6~10
根据实施例1步骤,在5L反应釜中进行反应,其不同的反应条件如表7:其中PPVE为全氟正丙基乙烯基醚
表7
所得生胶及硫化胶结果如表8:
表8
对比例1
与实施例1相比,其区别在于,共聚单体四氟乙烯(TFE)和全氟甲氧基乙基乙烯基醚(a)的质量比为50:50.
对比例2
与实施例1相比,其区别在于,不加硫化点单体。
对比例3
与实施例1相比,其区别在于,链转移剂为甲醇。
对比例所得胶硫化后的结果如表9:
表9
由以上对比例可知,若不采用本申请的方案,所得橡胶的性能大大下降。
虽然,上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验,对本发明作了详尽的描述,但在本发明基础上,可以对之作一些修改或改进,这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此,在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进,均属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种宽温域全氟醚橡胶的合成方法,其特征在于,四氟乙烯和全氟甲氧基乙基乙烯基醚作为共聚单体,在硫化点单体和链转移剂的作用下,通过乳液聚合法制备全氟醚橡胶;
所述硫化点单体为全氟-4-溴-1-丁烯、全氟溴代乙基乙烯基醚、全氟碘代乙基乙烯基醚、全氟-4-碘-1-丁烯、三氟碘乙烯或三氟溴乙烯中的一种或几种;
所述链转移剂为I(CF2)nI,其中n为2~6的整数。
2.根据权利要求1的所述的方法,其特征在于,所述四氟乙烯和全氟甲氧基乙基乙烯基醚的质量之比为10~45:55~90,优选的,四氟乙烯和全氟甲氧基乙基乙烯基醚的质量总和为100份。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,在聚合反应的过程中添加改性单体全氟烷基乙烯基醚;优选全氟甲基乙烯基醚和/或全氟正丙基乙烯基醚。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述四氟乙烯、全氟甲氧基乙基乙烯基醚和全氟烷基乙烯基醚的质量之比为10~45:45~85:5~10,优选的,四氟乙烯、全氟甲氧基乙基乙烯基醚和全氟烷基乙烯基醚的质量总和为100份。
5.根据权利要求1~4任一项所述的方法,其特征在于,所述链转移剂的添加量为所得全氟醚橡胶总质量的0.02~1.5%。
6.根据权利要求1~5任一项所述的方法,其特征在于,所述硫化点单体的为共聚单体总量的0.4~4%。
7.根据权利要求1~6任一项所述的方法,其特征在于,包括如下步骤:
向反应釜中加入去离子水、pH缓冲剂和乳化剂,对反应釜进行抽真空处理,向反应釜中加入所述共聚单体或所述共聚单体与改性单体的混合物,至反应釜内的压力为0.5~4.0MPa,将反应釜加热至60~120℃,向反应釜中添加所述硫化点单体和链转移剂,并加入引发剂,引发聚合反应,反应过程中通过补充加所述四氟乙烯使反应釜内的压力维持在初始压力,反应完成,即得。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述乳化剂为全氟聚醚过氧化物。
9.根据权利要求7或8所述的方法,其特征在于,所述引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾。
10.权利要求1~9任一项所述方法制备得到的全氟醚橡胶。
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