关于耐低温氟橡胶的合成探究

2022-09-12

一、耐低温氟橡胶的合成原理与方法

通常, 氟橡胶具有比普通橡胶高出许多的强度, 并且通常十分耐高温, 是一种有着很强刚性的材料。但也正因为氟橡胶具有十分突出的刚性, 因此一般的氟橡胶在耐低温性能方面非常差, 通常并不能够在寒冷地区得到很好的应用。所以, 合成耐低温氟橡胶, 具有将氟橡胶在寒冷地区推广应用的深远意义。目前, 我国的耐低温氟橡胶合成工艺已经达到了一定的水平, 通过在一般氟橡胶的基础上进行简单处理, 就可以实现耐低温的目的。

1. 耐低温氟橡胶的合成原理

耐低温氟橡胶主要是在一般氟橡胶的基础上, 对结构进行了一定的改变, 通过引入氟烷基醚类单体的方法, 让氟橡胶内的大分子规整性受到破坏, 从而降低氟橡胶的刚性, 增加其柔性, 让其耐低温的能力得到提升。在实际的合成工艺中, 一般是将全氟烷基乙烯基醚合成到四氯乙烯以及偏氟乙烯的共聚物之上, 当用氧原子替代了全氟丙烯上的-CF2基团之后, 氟橡胶的耐低温性能会发生非常显著的改变。如下图所示即为在一般氟橡胶的基础上进行改造的原理:

从图一中可以看出, 要合成耐低温氟橡胶, 可在一般氟橡胶聚合物的基础上加入过氧化物, 使其具有可交联性以及可加工合成性。

2. 耐低温氟橡胶的合成方法

要合成耐低温氟橡胶, 和一般氟橡胶的合成在方法上较为相似, 只是加入了更多种类的聚合物单体, 考虑到了氟橡胶的柔性。在本文所调查的氟橡胶合成企业中, 耐低温氟橡胶的合成原料以及助剂主要包括了偏氟乙烯、四氟乙烯、全氟丙烯、全氟甲基乙烯基醚、全氟烷基二碘、全氟辛酸以及过硫酸盐、氢氧化钠和磷酸氢二钠等物质。合成反应的空间为高压环境, 环境中含有无离子水, 反应环境中为无氧条件。在将环境温度提升到90℃左右之后开始加入原料单体以及相应的助剂, 在反应过程中要通过不断注入无离子水的方式来保持环境中的压力。在反应完毕之后对环境进行降温, 得到的胶乳物质即为耐低温氟橡胶, 要让该氟橡胶可投入使用, 还需要经过干燥处理[1]。

二、影响耐低温氟橡胶合成性能的主要因素

通过实际的合成操作以及经验总结发现, 耐低温氟橡胶的性能会受到多种因素的影响, 通常合成过程中环境条件的不同会导致其耐低温的能力有着十分显著的差异。经过总结得出, 一般影响耐低温氟橡胶合成性能的因素都是可控的, 因此对这类因素进行了解与分析, 可以较好地掌握良好耐低温性能氟橡胶的合成方式, 使其能够更加容易应用于寒冷地区的相应工作中。

1. 单体配比因素

在上文中已经提到, 耐低温氟橡胶是由多种单体所聚合而成的共聚物, 单体的不同配比往往会对氟橡胶的耐低温性能产生直接的影响。经过生产总结发现, 在实际的生产过程中, 全氟甲基乙烯基醚在所有聚合单体中的配比含量会对氟橡胶的耐低温性能产生最为明显的影响, 全氟甲基乙烯基醚的含量越高, 氟橡胶的耐低温性能相对来说也就会更好。但当该单体的含量上升到一定程度之后, 对氟橡胶的耐低温性能影响作用就会明显下降。考虑到实际生产过程中的经济因素, 根据变量统一的原则来进行比较, 那么一般可以将偏氟乙烯、四氟乙烯以及全氟甲基乙烯基醚的配比控制在72:4:24, 在该配比下, 氟橡胶的耐低温性能较为适宜。另外, 在该配比中, 四氟乙烯的含量相对来说较低, 并不会对共聚物的耐低温性能产生非常显著的影响[2]。

2. 温度变化因素

不同的聚合单体具有不一样的活性温度, 因此在不同的温度下聚合而成的氟橡胶的耐低温性能也会有着较大的不同。通过实际生产合成的总结发现, 随着反应环境温度的升高, 合成得到的氟橡胶的耐低温性能会逐渐降低。之所以出现这种现象, 是因为较高的温度加快了单体之间的聚合反应速度, 但影响氟橡胶耐低温性能的全氟甲基乙烯基醚在过高的反应速度下却不能与其他聚合单体充分地反应, 导致氟橡胶分子链上的醚键有很大一部分没有接入, 从而降低了氟橡胶的耐低温性能。因此, 在实际的生产操作中, 可以对耐低温氟橡胶的合成质量以及合成效率进行综合考虑, 选择最适宜的温度作为反应环境的温度, 找到氟橡胶耐低温性能与生产效率之间的平衡点[3]。

3. 助剂参与因素

在实际的耐低温氟橡胶合成过程中, 为了促进合成反应, 会加入一系列的助剂来帮助反应的进行, 比如过硫酸盐、氢氧化钠以及磷酸氢二钠等等。以氢氧化钠所带来的影响为例, 该助剂会对反应环境中的p H值产生直接的影响, 让环境中的p H值能够维持在最为合适的水平, 让聚合单体保持非常高的活性。一般如果氢氧化钠的使用量过高, 那么单体的活性就会出现大幅降低的现象, 因此还需要其他助剂来调节p H值, 让反应得以正常进行的同时, 也使氟橡胶的耐低温性能不会受到影响。

4. 氟含量因素

一般氟含量的多少会直接影响到氟橡胶的综合性能, 特别是会对其耐化学反应的性能有着非常显著的影响。在生产过程中, 以氟含量越高越好。因此, 如何提高共聚物的氟含量, 成为了耐低温氟橡胶合成时需要重点考虑的问题。一般要提升氟含量, 可采用的方法有许多种, 目前最为经济实惠的方法是提高全氟甲基乙烯基醚以及四氟乙烯的配比。但由于全氟甲基乙烯基醚在达到一定量之后对共聚物耐低温的性能不产生显著影响, 并且原材料价格昂贵, 因此在一般情况下是通过提高四氟乙烯配比的方法来提升氟含量。与此同时, 如果四氟乙烯的含量过高, 却会对共聚物的耐低温性能产生非常严重的影响, 所以在实际的合成过程中需要十分注意对其含量的合理控制[4]。