氟橡胶3#硫化剂的研制和应用

2013-04-29邓礼洪

中国石油和化工标准与质量 2013年9期

邓礼洪

【摘要】氟橡胶以其优异的耐热、耐油、耐溶剂、耐强氧化剂、阻燃等特性，以及良好的加工性能，已广泛用于航天、航空、交通、石油、机械、冶金、化工等工业部门，随着国民经济的飞速发展，我国国内对氟橡胶的需求迅速增长。氟橡胶的加工助剂也成为生产发展的一个重要环节，不少人把氟橡胶的硫化剂作为研究的主要方向。尽管有加工性能优异的双酚硫化体系，但其价格昂贵，加工技术含量高，市场需求量较少。而氟橡胶3#硫化剂作为一种价格相对便宜、应用广泛的硫化剂，60～70%的用户仍在继续使用。本文介绍了氟橡胶3#硫化剂的性质、市场状况，通过对氟橡胶3#硫化剂合成及应用情况进行研究，提出了合成3#硫化剂的最佳工艺条件。本技术采用苯作为惰性溶剂，肉桂醛与己二胺的最佳投料比确定为2mol：1.1mol，反应温度控制在35～40℃，反应时间为3～3.5小时，确定反应釜搅拌转速为65转/分，结晶釜搅拌转速为25转/分，并采用惰性气体保护条件下进行反应、程序升温干燥等方法，可以制得质量稳定的产品。同时，也对其应用性能进行了简要的介绍。本工艺生产的产品质量达到国内同行先进水平，可以很好的满足氟橡胶的加工应用。

【关键词】氟橡胶 3#硫化剂研制应用

1 绪论

氟橡胶以其优异的耐热、耐油、耐溶剂、耐强氧化剂、阻燃等特性，以及良好的加工性能，越来越受到人们的重视，氟橡胶作为一种不可替代的高性能弹性体材料，不仅在需求上有了大幅度增加，而且其应用范围也正在不断扩大。已广泛用于航天、航空、交通、石油、机械、冶金、化工等工业部门，并在各个领域取得较好的经济效益和社会效益氟橡胶的加工助剂也成为生产发展的一个重要环节，不少人把氟橡胶的硫化剂作为研究的主要方向。

随着国民经济的飞速发展，我国国内对氟橡胶的需求迅速增长。尽管有加工性能优异的双酚硫化体系，但其价格昂贵，加工技术含量高。因此，氟橡胶3#硫化剂作为一种价格相对便宜的硫化剂，60～70%的用户仍在继续使用。目前国内对于3#硫化剂的需求在10吨以上。目前国内主要是自贡天龙和上海试剂一厂两家为最大制造商。晨光院的氟橡胶产量已达到几千吨，占据国内同行领先位置。较长时间内，晨光院3#硫化剂却靠外购与其配套销售。给我院氟胶用户的使用，带来诸多不便。因此，开发氟橡胶3#硫化剂具有一定的现实意义。

我们对3#硫化剂的生产工艺、检测方法及应用进行了较为详细的研究，确定了合理的配方和工艺条件，可以较好的应用于生产。

2 生产工艺及检测方法

2.5 工艺流程叙述

将肉桂醛和石油苯加入搪瓷反应釜中，然后将融化后的己二胺和苯混合溶解，加入高位槽内，开启夹套冷却水，开启搅拌，缓慢滴加己二胺和苯的混合物，并控制反应温度，待反应完全后，将其转入结晶锅内进行结晶，离心分离出有机溶剂，然后在旋转真空干燥器内干燥，冷却粉碎后，包装。

2.5.1 反应工序

将一定量的肉桂醛和溶剂加入反应釜中，缓慢开启搅拌，控制搅拌速度在65转/分，通入氮气，防止肉桂醛氧化变质，在另一加料釜中将己二胺和溶剂按一定比列配制好，开启反应釜夹套冷却水降温，缓慢滴加己二胺溶液，控制好反应温度在35—40℃，约1.5小时滴完。滴加完成后，继续维持反应2小时。

2.5.2 结晶工序

反应结束后，温度较高，继续降温，控制搅拌转速在25转/分钟，观察从反应釜内周边开始出现微黄色膏状物，直至全部结晶析出。

2.5.3 离心工序

待结晶析出完全后，将其转入离心机中，使结晶产品从溶剂及未反应的原料中分离出来。

2.5.4 干燥

将结晶物料转入真空旋转干燥器内，在真空条件下，采用程序升温干燥工艺，脱出其中的剩余的水分和溶剂。整个干燥时间约需5小时。

2.5.5 粉碎

干燥的物料必须经过粉碎，颗粒越细，在橡胶中的分散性能更好，粒径应至少大于200目。因此粉碎也是关键的过程。另外，在粉碎过程中会产生高温，还必须对粉碎机采取降温措施。

3 结果与讨论

3.1 溶剂的选择

选择溶剂必须是3#硫化剂溶解度小，不参与反应，在干燥工序容易挥发的有机溶剂。经过实验，从苯、甲苯、二甲苯等溶剂中筛选出苯作为反应溶剂最为合适。苯作为惰性溶剂，不与原料和产物发生反应，且挥发度较高，与反应生成的水形成共沸物，在干燥过程中，极易蒸发出来。而甲苯、二甲苯等溶剂属高沸点溶剂，不利于干燥。3.2 反应和结晶过程中搅拌速度的影响

此反应为液液反应生成固体结晶物质，搅拌速度对结晶粒度有直接的影响，因此，必须选择合适的搅拌速度。搅拌快，分子运动速度也加快，反应过程中搅拌速度快，有利于物料相互接触，缩短反应时间。经过摸索，反应过程中搅拌速度控制在65转/分最为适宜，可以有高的转化率和较短的反应时间。

结晶过程中，搅拌速度对二次成核是有影响的，搅拌一般会破坏结晶颗粒的成长。搅拌越快，结晶颗粒变小。同时还与采用的搅拌形式有关，工业结晶应最大限度的减少搅拌对结晶的影响，至于搅拌速度，只要达到结晶釜内晶体颗粒有合适的粒度分布梯度就可以了，在做试验过程中，我们一般是用变频来找到合适的转速。实践证明，结晶过程中搅拌速度应控制在25转/分钟，可以得到粒径分布均匀的产品。

3.3 反应时间对己二胺转化率的影响

在其余工艺条件不变的情况下，探讨反应时间对己二胺转化率的影响。具体结果见下表。

表2 反应时间的影响

3.7 本工艺生产的3#硫化剂产品的质量情况

通过近2年的生产，不断完善工艺，质量稳定，产品质量达到表1的各项技术指标。

3.8 3#硫化剂在氟橡胶中的应用情况

我们采用本院生产的同批次F2603氟橡胶，采用通用检测配方对自产3#硫化剂和国内部分厂家产品进行硫变测试对比，硫变结果如下表。本产品用于氟橡胶加工作为硫化剂，在整个加工过程中有很好的反应活性，所得混炼胶力学性能好。

从表4中可以看出，产品能够达到国内厂家的硫变性能，通过重庆君利橡胶厂等厂家应用结果表明，产品质量达到国内同行业先进水平。

4 结论

（1）采用惰性气体保护，可以防止原材料被氧化，很好的起到保护作用。

（2）采用程序升温旋转真空干燥工艺，可以得到高质量的产品，干燥的物料外观颜色浅，便于粉碎。

（3）此方法生产的产品外观和产物主含量、硫变性能等与国内先进水平相当。