專利名稱:氟彈性組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及在高溫下具有改善的耐熱性能的新的氟彈性組合物。
人們知道,可以通過離子和通過過氧化物進(jìn)行氟彈性體的固化。
在離子固化過程中,在氟彈性體中加入合適的固化劑例如多羥基化的化合物,如雙酚AF,有關(guān)的促進(jìn)劑例如四烷基銨、鏻或者氨基鏻鹽。
在過氧化固化過程中,聚合物必須含有能夠在過氧化物存在下形成自由基的固化部位。因此,在鏈上引入含有碘和/或溴固化部位的單體,如在US4,035,565、US4,745,165和EP199,138中所述,或者代替所指的體系或者同時在聚合相中可以使用含有碘和/或溴的鏈轉(zhuǎn)移劑,它產(chǎn)生碘化和/或溴化的端基,見例如US4,243,770和US5,173,553。按照公知的方法,通過加入通過加熱能夠產(chǎn)生自由基的過氧化物,例如二烷基過氧化物如二-叔丁基過氧化物和2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基過氧)己烷等來進(jìn)行過氧化途徑的固化。
然后,在固化的混合物中加入其它的產(chǎn)品,例如固化活性助劑,在它們當(dāng)中最常用的是三烯丙基氰尿酸酯,優(yōu)選三烯丙基異氰尿酸酯(TAIC)等;金屬化合物,相對于聚合物其量為1-15%(重),其選自二價金屬例如Mg、Ca等的氧化物或者氫氧化物;其它的常規(guī)添加劑,例如礦物填料、顏料、抗氧化劑、穩(wěn)定劑等。
與通過過氧化途徑固化的氟彈性體比較,當(dāng)受到高溫作用時,離子固化的氟彈性體更穩(wěn)定(在高溫下優(yōu)異的耐熱性能)。
實際上,通過離子固化,得到保持很好最終性能的,特別是在高于250℃也耐熱的固化產(chǎn)品??梢允褂猛ㄟ^過氧化途徑固化的氟彈性體,而在高達(dá)230℃的高溫下,它們的機(jī)械性能有很明顯地?fù)p失,特別是在斷裂伸長的變化達(dá)到100%以上。因此,過氧化固化不能得到具有高于230℃的耐熱性能的氟彈性體。
但是,離子固化的缺陷在于,與通過過氧化固化得到的產(chǎn)品比較,手工制品顯示較低的耐化學(xué)性。
此外,具有高氟含量的氟彈性體,一般在聚合物中不存在VDF單元,是不能離子固化的。
因此,在需要在高溫,甚至在高于300℃的高溫,具有很高的耐化學(xué)性和很高的耐熱性能的應(yīng)用領(lǐng)域,人們覺得需要的是有可得到使這些性能結(jié)合的固化產(chǎn)品。
本發(fā)明的一個目的是得到在高于250℃或者更高的高溫具有改善的耐熱性能的,通過過氧化途徑固化的含碘的氟彈性體。
眾所周知,對于多種的應(yīng)用,非常需要在高溫具有很好耐化學(xué)性和很好耐熱性能的氟彈性體。例如墊圈和密封環(huán),對于這樣的應(yīng)用,就需要其在高于200℃,優(yōu)選高于250℃或者300℃的高溫,既具有很好的耐化學(xué)性和又具有很好的耐熱性能。
已經(jīng)驚奇地和出乎預(yù)料到地發(fā)現(xiàn),如果使用如下所述的特殊的固化體系,就可以找到一種解決上述技術(shù)問題的辦法。
本發(fā)明的一個目的是提供一種用于含有碘的、通過過氧化途徑可以固化的氟彈性體的固化體系,該固化體系,含有具有如下通式(I)的雙-烯烴作為固化劑
其中R1、R2、R3、R4、R5、R6彼此相同或者不同,它們是H或者是可以是直鏈或者支鏈的C1-C5烷基;Z是直鏈或者支鏈的亞烷自由基或者環(huán)亞烷自由基C1-C18(可選擇地可含有氧原子,優(yōu)選至少部分氟化的)或者(全)氟聚氧亞烷自由基。
在式子(I)中,Z優(yōu)選是全氟亞烷自由基C4-C12,更優(yōu)選C4-C8,而R1、R2、R3、R4、R5、R6優(yōu)選是氫。
當(dāng)Z是(全)氟聚氧亞烷自由基時,其可以含有選自如下式子的單元-CF2CF2O-、-CF2CF(CF3)O-、其中X1=F、CF3的CFX1O、-CF2CF2CF2O-、-CF2-CF2CH2O-、-C3F6O-。
優(yōu)選Z具有下式-(Q)p-CF2O-(CF2CF2O)m(CF2O)n-CF2-(Q)p-(II)其中,Q是亞烷基自由基或者氧代亞烷基自由基C1-C10;p是0或者1;m和n是這樣的數(shù),即m/n的比率為0.2-5,所說的(全)氟聚氧亞烷基自由基的分子量是500-10,000,優(yōu)選1,000-4,000。優(yōu)選Q選自-CH2OCH2-;其中s是整數(shù)1-3的-CH2O(CH2CH2O)sCH2-。
可以按照例如I.L.Knunyants等在Izv.Akad.Nauk.SSSR,Ser.Khim.,1964(2),384-6中所述的方法制備其中Z是亞烷基自由基或者環(huán)亞烷基自由基的式(I)的雙-烯烴,而含有(全)氟聚氧亞烷基序列的雙-烯烴在US3,810,874中有敘述。
固化劑的量要足以使得固化,相對于聚合物,固化劑的量一般為0.5-10%(重),優(yōu)選1-5%(重)。
按照本發(fā)明,通過過氧化途徑可固化的氟彈性體優(yōu)選是含有碘作為自由基起化學(xué)反應(yīng)部位的那些氟彈性體。
如以前所述,含碘的氟彈性體是已知的產(chǎn)品。相對于聚合物的總重量,它們含碘的量一般為0.001-5%(重),優(yōu)選0.01-2.5%(重)。沿著該鏈和/或在端位可以存在碘原子。
為了沿著該鏈引入碘原子,氟彈性體的基礎(chǔ)單體與合適的氟化的含碘的共聚單體、固化部位單體進(jìn)行共聚合,見例如US4,745,165、US4,831,085和US4,214,060、歐洲專利95107005.1。這樣的共聚單體可以選自例如(a)式(III)的碘代(全)氟烷基-全氟乙烯基醚I-Rf-O-CF=CF2(III)
其中Rf是可選擇地含有氯原子和/或醚氧的(全)氟亞烷基C1-C12,例如I-CF2-O-CF=CF2、ICF2CF2-O-CF=CF2、ICF2CF2CF-O-CF=CF2、CF3CFICF2-O-CF=CF2等;(b)式(IV)的碘代(全)氟烯烴I-R′f-CF=CF2(IV)其中R′f是可選擇地含有氯原子的(全)氟亞烷基C1-C12,例如碘代三氟乙烯、1-碘代-2,2-二氟乙烯、碘代-3,3,4,4-四氟丁烯-1、4-碘代-全氟丁烯-1等;(c)式(V)的碘代(全)氟烯烴CHRO=CH-ZO-CH2CHRO-I(V)其中RO是H或者-CH3;ZO是直鏈或者支鏈的任意的含有一個或者多個氧原子的(全)氟亞烷基自由基C1-C18,或者如上定義的(全)氟聚氧亞烷基自由基。
另外,或者除了碘化的共聚單體之外,從聚合物的制備過程中在反應(yīng)介質(zhì)中引入的合適的碘化鏈轉(zhuǎn)移劑衍生,氟彈性體可以在端位含有碘原子,如在US4,501,869所述。這樣的傳遞劑具有式Rf(I)x,其中Rf是可選擇地含有氯原子的(全)氟烷基自由基或氯代氟烷基自由基C1-C12,而X是1或2。它們可以選自例如CF2I2、I(CF2)6I、I(CF2)4I、CF2ClI、CF3CFICF2I等。相對于氟彈性體的重量,在端位碘的量一般為0.001-3%(重),優(yōu)選0.01-1%(重)。見US4,035,565和US4,694,045。其它的碘化固化部位共聚單體是碘代氟烷基乙烯基醚,見US4,745,165和4,564,662。對于通過加入如上所指出的碘化鏈轉(zhuǎn)移劑而作為鏈端引入的碘,見例如US4,243,770和US4,943,622。
如EP專利申請407,937所述,通過使用堿金屬或者堿土金屬碘化物也可以引入碘作為鏈端。
與含有碘的鏈轉(zhuǎn)移劑一起,可以使用本領(lǐng)域已知的其它鏈轉(zhuǎn)移劑,例如乙酸乙酯、丙二酸二乙酯等。
此外,通過過氧化途徑可以固化的氟彈性體在鏈上和端位上也可以含有溴。
但是,其基本上不參加固化。按照已知的方法可以在鏈上引入溴,見例如US4,035,565、US4,745,165、EP199,138;或者作為端基溴引入,見US4,501,869。
此外,已發(fā)現(xiàn),除了本發(fā)明的固化劑雙-烯烴之外,可以加入其它非固化劑,優(yōu)選TAIC。已經(jīng)注意到,少量的TAIC可以改善單獨(dú)由雙-烯烴可得到的總的性能,例如熱穩(wěn)定性和機(jī)械性能。
這從下面的說明性的實施例將看的很明顯。
氟彈性體是TFE或者1,1-二氟乙烯(VDF)共聚物和至少一種端基不飽和的氟化烯烴,在雙鍵的每個碳原子上含有至少一個氟原子,其它的原子可以是氟、氫、1-10個碳原子,優(yōu)選1-4個碳原子的氟代烷基或者氟代烷氧基。特別地,氟彈性體的基本結(jié)構(gòu)可以選自(1)基于VDF的共聚物,其中后者是與至少一種選自如下的共聚單體共聚的全氟烯烴C2-C8,例如四氟乙烯(TFE)、六氟丙烯(HFP);氯代-和/或溴代-和/或碘代-氟烯烴C2-C8,例如氯代三氟乙烯(CTFE)和溴代三氟乙烯;(全)氟烷基乙烯基醚(PAVE) CF2=CFORf′,其中Rf′是(全)氟烷基C1-C6,例如三氟甲基、溴代二氟甲基、五氟丙基;全氟氧基烷基乙烯基醚CF2=CFOX,其中X是有一個或多個醚基的全氟氧烷基C1-C12,例如全氟-2-丙氧基丙基;非氟化烯烴(O1)C2-C8,例如乙烯和丙烯;(2)TFE基的共聚物,按照本發(fā)明其是優(yōu)選的,其中TFE與至少一種選自如下的共聚單體共聚(全)氟烷基乙烯基醚(PAVE) CF2=CFORf,其中Rf與Rf′的意思一樣;全氟-氧烷基乙烯基醚CF2=CFOX,其中X如上定義;含有氫和/或氯和/或溴和/或碘原子的氟烯烴C2-C8;非氟烯烴(O1)C2-C8。
在上述定義的各類當(dāng)中,優(yōu)選的基本單體組合物如下(%摩爾)(a)VDF 45-85%,HFP 15-45%,TFE 0-30%;(b)VDF 50-80%,PAVE 5-50%,TFE 0-20%;(c)VDF 20-30%,O1 10-30%,HFP和/或PAVE 18-27%,TFE 10-30%;(d)TFE 50-80%,PAVE 20-50%;(e)TFE 45-65%,O1 20-55%,VDF 0-30%;(f)TFE 32-60%,O1 10-40%,PAVE 20-40%。
該氟彈性體在由少量的如在EP專利申請94120504.9中所介紹的雙-烯烴(I)得到的鏈上也可以含有單體單元,相對于該聚合物其含量一般為0.01-1%(摩爾)。
可以使用的其它的氟彈性體是具有高氟含量的那些氟彈性體,其具有例如下面的組成- 33-75%(摩爾)四氟乙烯(TFE),優(yōu)選40-60%;- 15-45%(摩爾)全氟乙烯基醚(PVE),優(yōu)選20-40%;- 10-22%(摩爾)1,1-二氟乙烯(VDF),優(yōu)選15-20%。
該P(yáng)VE具有下式CF2=CFO-Rf″,其中Rf″=全氟烷基C1-C6,優(yōu)選C1-C4,或者含有一個或多個醚基C2-C9。
上面所指出的碘化的聚合物是工業(yè)上已知的,例如由Daikin Industries生產(chǎn)的DAIELG902和DAIELPerfluoro,由Ausimont生產(chǎn)的TecnoflonPFR 94 。
按照公知的方法,通過加入由加熱能夠產(chǎn)生自由基的過氧化物進(jìn)行過氧化途徑的固化。在這些最通用的過氧化物中,我們可以列舉二烷基過氧化物,例如二-叔丁基-過氧化物和2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基過氧)己烷;二枯基過氧化物;過氧化二苯甲酰;過苯甲酸二叔丁酯;二[1,3-二甲基-3-(叔丁基過氧)丁基]碳酸酯。其它的過氧化體系例如在歐洲專利申請EP 136,596和EP 410,351中作了介紹。
然后,把其它的產(chǎn)品加入到固化的混合物中,例如(a)除了本發(fā)明的固化活性助劑之外,任意的其它的固化活性助劑,相對于聚合物,其量一般為0.01-3%(重),優(yōu)選0.1-1%(重);在它們當(dāng)中,通常所用的是三烯丙基-氰尿酸酯;三烯丙基-異氰尿酸酯(TAIC);三(二烯丙基胺)-S-三嗪;三烯丙基亞磷酸酯;N,N-二烯丙基-丙烯酰胺,N,N,N′,N′-四烯丙基-丙二酰胺;三乙烯基-異氰尿酸酯;2,4,6-三乙烯基-甲基三硅氧烷等;TAIC是特別優(yōu)選的;(b)金屬化合物,相對于聚合物其量為1-15%(重),優(yōu)選2-10%(重),其選自二價金屬例如Mg、Zn、Ca或Pb的氧化物或者氫氧化物,任意的其與弱酸的鹽例如Ba、Na、K、Pb、Ca的硬脂酸鹽、苯甲酸鹽、碳酸鹽、草酸鹽或者亞磷酸鹽混合;(c)其它的常規(guī)添加劑,例如增強(qiáng)填料、顏料、抗氧化劑、穩(wěn)定劑等。
本發(fā)明的氟彈性體的制備可以通過在自由基引發(fā)劑(例如過硫酸鹽、過磷酸鹽、過硼酸鹽或者碳酸的堿金屬鹽或者碳酸銨或者過碳酸的堿金屬鹽或者過碳酸銨,任意的與亞鐵鹽或銀鹽或容易氧化的其它金屬鹽一起)的存在下,在按照本領(lǐng)域公知的方法的含水乳液中,共聚單體來進(jìn)行。表面活性劑例如(全)氟烷基羧酸鹽或硫酸鹽(例如全氟辛酸銨)或者(全)氟-聚氧亞烷表面活性劑或者本領(lǐng)域已知的其它表面活性劑也可以存在于反應(yīng)介質(zhì)中。
當(dāng)聚合結(jié)束后,通過常規(guī)的方法例如通過加電解質(zhì)或者通過冷卻使之凝聚,從乳液中分離出氟彈性體。
另外,聚合反應(yīng)可以按照公知的方法,在其中存在合適的自由基引發(fā)劑的有機(jī)液體中以本體或以懸浮液的形式進(jìn)行。
一般在25-150℃的溫度,在最大到10MPa的壓力下進(jìn)行聚合反應(yīng)。
本發(fā)明的氟彈性體的制備優(yōu)選地按照US4,789,717和US4,864,006的方法,在全氟聚氧鏈烯的乳液、分散液或者微乳液的存在下,在含水乳液中進(jìn)行,這兩篇文獻(xiàn)在此列為參考文獻(xiàn)。
下面的實施例用于說明目的,但并不是對本發(fā)明范圍的限制。
實施例1-7
實施例1橡膠TECNOFLONRPFR 94(全氟甲基乙烯基醚PMVE 40%摩爾,60%摩爾TFE),其含有0.4%(重)的由引入鏈轉(zhuǎn)移劑C6F12I2得到的碘和0.057%摩爾具有式子CH2=CH(CF2)6CH=CH2的雙烯BO,用來制備本發(fā)明的可固化的組合物。
在100g這樣的橡膠中混入如下物質(zhì)1.5phr(磅/小時)過氧化物L(fēng)UPERCOR101 XL(2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基過氧)己烷);2.13 phr具有式子CH2=CH(CF2)6CH=CH2的BO;5 phr ZnO;15 phr碳黑MT。
在開口的混合器中進(jìn)行混合。
按照ASTM D2084-81,在177℃和振幅3°下操作,用Monsanto(100S Model),通過Oscillating Disk Rheometer(ODR),測定這樣得到的組合物的固化曲線。
在表1中列出了數(shù)據(jù)(ODR)ML(最小轉(zhuǎn)矩);MH(最大轉(zhuǎn)矩);ts2(在ML以上增加2lb.in轉(zhuǎn)矩所需要的時間);t′50和t′90(轉(zhuǎn)矩分別增加50%和90%所需要的時間)。
測定固化的產(chǎn)品,結(jié)果列于表1在200℃固化8小時后,O型環(huán)在200℃70小時的壓縮永久變形(ASTM D395);在200℃固化8小時后的機(jī)械性能(ASTM D412-83),特別是在275℃熱老化70小時后的機(jī)械性能(ASTM D573)。
實施例2(比較例)用2 phr TAIC代替雙烯,重復(fù)實施例1。
實施例3使用0.67 phr TAIC和1.42 phr雙烯,重復(fù)實施例1。
實施例4使用0.2 phr TAIC和1.91 phr雙烯,重復(fù)實施例3。
表1
<p>從表1的結(jié)果可以看出,與常規(guī)的固化體系(TAIC)比較,本發(fā)明的固化體系(雙烯)容許得到能夠耐275℃的固化產(chǎn)品,而用TAIC得到的固化產(chǎn)品在這樣的溫度下沒有工業(yè)適用性。
與單獨(dú)用雙烯固化的產(chǎn)品比較,少量的TAIC加入到雙烯中容許得到在275℃具有高的耐熱性能和改善的壓縮永久變形的產(chǎn)品。
實施例5-6使用表2所列的組合物和如Ausimont生產(chǎn)的聚合物TecnoflonRPFR 94M295重復(fù)實施例1。
按照ASTM D573測定275℃和300℃的耐熱性能,結(jié)果列于表2。
表2
從表2的結(jié)果可以看出,按照本發(fā)明的固化體系固化的聚合物在300℃仍顯示很高的耐熱性能特別是由斷裂伸長的變化數(shù)據(jù)所表示的。
權(quán)利要求
1.用于含碘的、通過過氧化途徑可以固化的氟彈性體的固化體系,其包括具有如下通式(I)的雙-烯烴作為固化劑
其中R1、R2、R3、R4、R5、R6彼此相同或者不同,它們是H或者是C1-C5烷基;Z是直鏈或者支鏈的亞烷基自由基或者環(huán)亞烷基自由基C1-C18,可選擇地可含有氧原子,優(yōu)選至少部分氟化的或者(全)氟聚氧亞烷基自由基。
2.按照權(quán)利要求1的用于含有碘的、通過過氧化途徑可以固化的氟彈性體的固化體系,其中Z是全氟亞烷基自由基C4-C12,或者含有一個或者多個選自如下單元的(全)氟聚氧亞烷基自由基-CF2CF2O-、-CF2CF(CF3)O-、其中X1=F、CF3的-CFX1O-、-CF2CF2CF2O-、-CF2-CF2CH2O-、-C3F6O-;R1、R2、R3、R4、R5、R6優(yōu)選是H。
3.按照權(quán)利要求2的用于含有碘的、通過過氧化途徑可以固化的氟彈性體的固化體系,其中Z是具有式(II)的全氟氧亞烷基-(Q)p-CF2O-(CF2CF2O)m(CF2O)n-CF2-(Q)p-(II)其中,Q是亞烷基自由基或者氧代亞烷基自由基C1-C10;p是0或者1;m和n是這樣的數(shù),即m/n的比率為0.2-5,所說的(全)氟聚氧亞烷基自由基的分子量是500-10,000。
4.按照權(quán)利要求1-3的用于含有碘的、通過過氧化途徑可以固化的氟彈性體的固化體系,其中,相對于聚合物的量固化劑的量是0.5-10%(重)。
5.按照權(quán)利要求1-4的用于含有碘的、通過過氧化途徑可以固化的氟彈性體的固化體系,其中,在氟彈性體中含有的碘存在于端位和/或在聚合物鏈中作為碘化的共聚單體。
6.按照權(quán)利要求1-5的用于含有碘的、通過過氧化途徑可以固化的氟彈性體的固化體系,其中也含有常規(guī)的固化劑。
7.按照權(quán)利要求6的用于含有碘的、通過過氧化途徑可以固化的氟彈性體的固化體系,其中常規(guī)的固化劑是三烯丙基-異氰尿酸酯。
8.按照權(quán)利要求1-7的用于含有碘的通過過氧化途徑可以固化的氟彈性體的固化體系,其中氟彈性體是TFE和/或1,1-二氟乙烯共聚物,該共聚物具有至少一個端基不飽和的、在雙鍵的每個碳原子上含有至少一個氟原子、其它的原子可以是氟、氫、1-10個碳原子的氟烷基或氟烷氧基的氟化烯烴。
9.按照權(quán)利要求8的用于含有碘的、通過過氧化途徑可以固化的氟彈性體的固化體系,其中氟彈性體是TFE共聚物。
10.按照權(quán)利要求8和9的用于含有碘的、通過過氧化途徑可以固化的氟彈性體的固化體系,其中氟彈性體可以選自(1)基于VDF的共聚物,其中后者是與至少一種選自如下的共聚單體共聚的全氟烯烴C2-C8,例如四氟乙烯(TFE)、六氟丙烯(HFP);氯代-和/或溴代-和/或碘代-氟烯烴C2-C8,例如氯代三氟乙烯(CTFE)和溴代三氟乙烯;(全)氟烷基乙烯基醚(PAVE) CF2=CFORf′,其中Rf′是(全)氟烷基C1-C6,例如三氟甲基、溴代二氟甲基、五氟丙基;全氟氧基烷基乙烯基醚CF2=CFOX,其中X是有一個或多個醚基的全氟氧烷基C1-C12,例如全氟-2-丙氧基丙基;非氟化烯烴(O1)C2-C8,例如乙烯和丙烯;(2)TFE基的共聚物,其按照本發(fā)明是優(yōu)選的,其中TFE與至少一種選自如下的共聚單體共聚(全)氟烷基乙烯基醚(PAVE) CF2=CFORf,其中Rf如上定義;過氟-氧烷基乙烯基醚CF2=CFOX,其中X如上定義;含有氫和/或氯和/或溴和/或碘原子的氟烯烴C2-C8;非氟烯烴(O1)C2-C8。
11.按照權(quán)利要求10的用于含有碘的、通過過氧化途徑可以固化的氟彈性體的固化體系,其中基本單體組合物選自如下(%摩爾)(a)VDF 45-85%,HFP15-45%,TFE 0-30%;(b)VDF 50-80%,PAVE 5-50%,TFE 0-20%;(c)VDF 20-30%,O1 10-30%,HFP和/或PAVE 18-27%,TFE 10-30%;(d)TFE 50-80%,PAVE 20-50%;(e)TFE 45-65%,O1 20-55%,VDF 0-30%;(f)TFE 32-60%,O1 10-40%,PAVE 20-40%,可選擇地含有少量的式(I)雙-烯烴;- 33-75%(摩爾)四氟乙烯(TFE),優(yōu)選40-60%;- 15-45%(摩爾)全氟乙烯基醚(PVE),優(yōu)選20-40%;- 10-22%(摩爾)1,1-二氟乙烯(VDF),優(yōu)選15-20%。
12.含有碘的、通過過氧化途徑可以固化的氟彈性體,包括如權(quán)利要求1-11之一的固化體系。
13.含有碘的、通過過氧化途徑固化的氟彈性體,包括如權(quán)利要求1-11之一的固化體系。
14.按照權(quán)利要求13的含有碘的、通過過氧化途徑固化的氟彈性體用于得到墊圈和密封環(huán)的應(yīng)用。
全文摘要
用于含有碘的、通過過氧化途徑可固化的氟彈性體的固化體系,包括具有如下通式的雙—烯烴作為固化劑其中R
文檔編號C08K5/04GK1155560SQ9612104
公開日1997年7月30日 申請日期1996年10月19日 優(yōu)先權(quán)日1995年10月20日
發(fā)明者M·阿爾巴諾, C·皮齊, I·維拉斯克絲, V·阿爾切拉 申請人:奧西蒙特公司