技术领域
[0001] 本
发明属于氟化工技术领域，具体涉及大交联密度且能快速硫化的含氟弹性体及其制备方法。
背景技术
[0002] 含氟弹性体在工业中被广泛使用，因为它们在很宽的
温度范围内保持其弹性性质，并且对热，电、
辐射、化学品和
燃料具有高度耐受性，被广泛应用在航空、航天、
汽车和石油化工等领域。
[0003] 聚合所获得的含氟弹性体必须经过交联才能使用，交联效果对其加工性能及最终应用性能影响很大，且交联所用活性助剂的交联
位置多位于含氟弹性体链结构上的C-I或C-Br键的I/Br
原子处，C-I或C-Br支链结构在含氟弹性体链中的多少及集聚分布情况对交联密度及硫化时间影响很大。
[0004] 根据国内外文献报道，改性含氟弹性体一般是在聚合过程中加入含溴/碘烯
烃单体或含溴/碘链转移剂的方式引入溴/碘原子，以在硫化过程中起到硫化位点的作用。
[0005] 高分子
聚合物的硫化位点分布在聚合物链中间，带有一定数量的支链结构，硫化位点单体的种类和加入量的控制，以及引入聚合物链中的均匀度，成为制备大交联密度、快速硫化及耐
溶剂性能好的含氟弹性体的关键。
[0006]
专利US4243770、US5173553和EP2039706B1公开的含氟弹性体的制备方法，聚合过程中引入含碘的烷烃，只在聚合物链端引入了硫化位点，使用过
氧化物硫化后，交联密度低，机械性能差。
[0007] 在专利US005202372A、US4251399和CN108299585A中，添加了碘类单体和溴类单体，添加方式为反应前与共聚单体混合，这样的添加方式导致聚合速率慢，生产效率低；且硫化位点在聚合物链中分布不均匀，获得的含氟弹性体不易硫化，硫化胶机械性能差。
[0008] 专利WO007577介绍了一种可过氧化物硫化的含氟弹性体的制备方法，在聚合过程中引入一种通式为CH2＝CH-(CF2)nI(n＝2～8)的含碘烯烃作为硫化单体，最终获得的含氟弹性体的硫化时间短，但采用此结构的硫化单体，使聚合物主链中引入-CH2-C(R)H-链节，耐溶剂性能变差。
[0009] 专利CN104448095A提供了一种含氟弹性体，硫化单体为CF2＝CHBr，经过氧化物硫化后，拉伸性能获得大幅提升，
缺陷是聚合物链结构中作为硫化交联点的C-Br键不易断裂形成自由基，导致含氟弹性体不易硫化，加工效率低。
发明内容
[0010] 针对
现有技术存在的上述问题，本发明提供了大交联密度且能快速硫化的含氟弹性体的制备方法，提出了一种硫化单体的可控加入方式，并引入一种新硫化单体，解决了硫化位点在聚合物链中分布不均匀和不易硫化的问题。本发明还提供利用上述方法制备的含氟弹性体，所得含氟弹性体具备大的交联密度，较短的硫化时间，优良的机械性能。
[0011] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
[0012] 一种大交联密度且能快速硫化的含氟弹性体的制备方法，包括以下步骤：
[0013] (1)在反应釜中加入纯
水、pH调节剂和乳化剂，混匀后进行抽
真空处理；准备共聚单体，共聚单体包括偏氟乙烯VDF和全氟烷基乙烯基醚PAVE，以及四氟乙烯TFE或六氟丙烯中的一种；
[0014] (2)调节反应釜温度为20℃-40℃，向反应釜中加入初始单体混合物，并升温升压，加入引发剂引发反应，聚合过程中连续加入硫化位点单体；反应进行一定程度后，加入链转移剂；反应过程中补加单体混合物使反应釜内的压
力维持恒定；所述初始单体混合物和补加单体混合物均包括偏氟乙烯和全氟烷基乙烯基醚，以及四氟乙烯或六氟丙烯中的一种；
[0015] (3)反应结束后，将聚合乳液凝聚、洗涤、干燥，即得所述含氟弹性体。
[0016] 优选地，所述硫化位点单体为1,1,2-三氟烯丙基碘。本发明中，硫化点单体结构为CF2＝CF-CH2I，此种结构易于引入聚合物链中，不会影响主链的氟含量，且获得的含氟弹性体在硫化时，C-I键处易断裂形成自由基，快速与交联剂反应，缩短硫化时间。
[0017] 优选地，所述全氟烷基乙烯基醚通式为：CF2＝CFO(CF2CFXO)nRf；其中，X为F或CF3，n取0-4的整数，Rf为1-5个C的全氟烷基。
[0018] 优选地，所述全氟烷基乙烯基醚为全氟甲基乙烯基醚、全氟乙基乙烯基醚或全氟丙基乙烯基醚中的至少一种。
[0019] 优选地，以
质量分数计，共聚单体组成如下：45％-60％的偏氟乙烯、15％-35％的四氟乙烯或六氟丙烯、10％-25％的全氟烷基乙烯基醚；硫化位点单体加入质量为共聚单体总质量的2％-3％；每100重量份水中加入总共70-120重量份共聚单体。硫化位点单体加入质量能保证合适的硫化位点数量，加工过程中硫化时间短，硫化胶拥有大的交联密度，机械性能优良。
[0020] 优选地，所述聚合温度为50℃-120℃，聚合压力在1.5MPa-2.3MPa。低于50℃，引发剂活性低，不利于聚合反应。
[0021] 优选地，所述引发剂为过
硫酸钾，以重量分数计，为纯水用量的0.02-0.1％。
[0022] 优选地，所述乳化剂为全氟烷基
羧酸的
水溶性盐，以重量分数计，为纯水用量的0.1-2％，优选全氟辛酸铵或全氟辛酸钠。
[0023] 优选地，所述pH调节剂为
磷酸氢盐，链转移剂为乙酸乙酯，以重量分数计，分别为纯水用量的0.01-0.5％和0.05-0.5％。
[0024] 本发明中，硫化位点单体为聚合过程中连续加入，均匀引入聚合物链结构中，避免硫化位点在聚合物中集聚，获得均匀分布的交联键，增强了含氟弹性体的机械性能。
[0025] 并且，本发明还提供一种利用上述的制备方法制备的大交联密度且能快速硫化的含氟弹性体。
[0026] 本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0027] 本发明通过在聚合过程中引入特种的硫化单体，并采用连续加入的方式，将一定量的碘原子均匀地引入到聚合物链中间，获得的含氟弹性体硫化所需的交联点在产品中均匀分布，从而获得大
扭矩，硫化时间短，且高拉伸强度，机械性能均一、稳定地产品。
具体实施方式
[0028] 为了使本发明目的、技术方案更加清楚明白，对本发明作进一步详细说明。下述
实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品
说明书进行；所述
试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
[0029] 含氟弹性体的
门尼
粘度、硫化速度tc90、机械性能通过以下方法检测：
[0030] 1.门尼粘度检测是采用门尼粘度仪检测；
[0031] 2.tc90是指含氟弹性体加入硫化剂和填充剂后硫化所需要的时间，采用本技术领域常规检测仪器-硫化仪。
[0032] 3.按ASTM D412标准测定含氟弹性体的机械性能。
[0033] 实施例1
[0034] 以10L的立式聚合釜为例，制备含氟弹性体：
[0035] 在处理干净的立式聚合釜中，加入6.0L去离子水、100ml质量分数为10wt％的全氟辛酸铵溶液和8g磷酸氢二钠，关闭聚合釜，通过抽空置换，将聚合釜内的氧含量处理至≤30ppm。以质量分数计，充入共聚单体组成为55％的偏氟乙烯VDF、35％的四氟乙烯TFE、10％的全氟甲基乙烯基醚，逐渐升温到80℃，压力达到聚合压力2.0MPa。用计量
泵加入质量分数为2％的过
硫酸钾溶液70g，引发聚合发应。聚合过程中，按上述组成比例补加共聚单体，使聚合釜维持在温度80℃、压力2.0MPa下反应。每隔半小时补加质量分数为2％的过硫酸钾溶液20g。反应过程中，用微型
计量泵连续加入1,1,2-三氟烯丙基碘单体，硫化单体加入量为共聚单体总量的2％。当共聚单体加入量为加入纯水重量份的60％时，一次性向聚合釜中加入30g的链转移剂乙酸乙酯。当共聚单体加入量为加入纯水重量份的90％时停止反应，冷却后对未反应的单体进行回收，聚合乳液经凝聚、洗涤、烘干、开炼，获得可快速硫化的氟
橡胶生胶。测试聚合物性能tc90为64s，拉伸强度为26MPa，MH 3.0N.m。
[0036] 实施例2
[0037] 以10L的立式聚合釜为例，制备含氟弹性体：
[0038] 本实施例与实施例1制备方法相同，不同点在于，共聚单体分别为偏氟乙烯、四氟乙烯和全氟甲基乙烯基醚，比例为55:30:15。硫化单体加入量为共聚单体总量的2.5％，全氟烷基乙烯基醚PAVE为全氟乙基乙烯基醚。测试聚合物性能tc90为65s，拉伸强度24MPa，MH为2.7N.m。
[0039] 实施例3
[0040] 以10L的立式聚合釜为例，制备含氟弹性体：
[0041] 本实施例与实施例1制备方法相同，不同点在于，共聚单体分别为偏氟乙烯、四氟乙烯和全氟甲基乙烯基醚，比例为55:25:20。聚合反应温度为110℃，硫化单体加入量为共聚单体总量的3％，全氟烷基乙烯基醚为全氟丙基乙烯基醚。测试聚合物性能tc90为69s，拉伸强度为25MPa，MH2.9N.m。
[0042] 实施例4
[0043] 以10L的立式聚合釜为例，制备含氟弹性体：
[0044] 本实施例与实施例1制备方法相同，不同点在于，聚合釜反应温度为90℃，压力为1.9MPa后，共聚单体组成质量比为60:15:25的偏氟乙烯、四氟乙烯和全氟甲基乙烯基醚；硫化单体加入量为共聚单体总量的2.7％。测试聚合物性能tc90为68s，拉伸强度为24MPa，MH为2.7N.m。
[0045] 实施例5
[0046] 以10L的立式聚合釜为例，制备含氟弹性体：
[0047] 本实施例与实施例1制备方法相同，不同点在于，分散剂为全氟辛酸钠，共聚单体分别为偏氟乙烯、四氟乙烯和全氟甲基乙烯基醚，比例为60:20:20。硫化单体加入量为共聚单体总量的2.3％。测试聚合物性能tc90为66s，拉伸强度为24MPa，MH为2.7N.m。
[0048] 对比例1
[0049] 以10L的立式聚合釜为例，制备含氟弹性体：
[0050] 其它条件与实施例1的相同，特殊地方在于，共聚单体分别为偏氟乙烯、四氟乙烯和全氟甲基乙烯基醚，比例为55:25:20。整个反应过程中不加入硫化点单体，反应进行到共聚单体加入量为加入纯水重量份的55％时，一次性加入25g的链转移剂乙酸乙酯，反应结束后，聚合乳液经凝聚、洗涤、烘干、开炼，获得相应的氟橡胶生胶。测试聚合物性能tc90为242s，拉伸强度为14MPa，MH为1.7N.m。
[0051] 对比例2
[0052] 以10L的立式聚合釜为例，制备含氟弹性体：
[0053] 其它条件与实施例1的相同，特殊地方在于，共聚单体分别为偏氟乙烯、四氟乙烯和全氟甲基乙烯基醚，比例为55:25:20。打入初始引发剂引发反应后，将乙烯基溴硫化单体一次性加入反应釜中。待反应进行完后，将聚合乳液后处理，得到氟橡胶生胶。测试聚合物性能tc90为80s，拉伸强度为19MPa，MH为2.4N.m。
[0054] 对比例3
[0055] 以10L的立式聚合釜为例，制备含氟弹性体：
[0056] 其它条件与实施例1的相同，特殊地方在于，共聚单体分别为偏氟乙烯、四氟乙烯和全氟甲基乙烯基醚，比例为55:25:20。将硫化位点单体均分成3份，在聚合过程中，在反应时间进行1/4、2/4和3/4时，用计量泵分3次加入到釜中。测试聚合物性能tc90为76s，拉伸强度为22MPa，MH为2.5N.m。
[0057] 收集实施例1～5、比对例1～3的含氟弹性体样品，进行分析、评价，测试结果如表1所示。
[0058] 表1.含氟弹性体的门尼粘度、硫化速度tc90、机械性能对比表
[0059]
[0060] 当然，以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行
修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
