二羟基二苯并-18-C-6的制备及其在氟橡胶中的应用研究

论文摘要

氟橡胶（FPM）是主链或侧链的碳原子上接有氟原子的合成高分子弹性体，它具有其它橡胶所不可比拟的优异性能，主要应用于耐高温、耐油、耐介质的密封件、胶布、胶管等，在石油、化工航空、汽车等领域有着广泛的应用前景。然而，氟橡胶由于自身结构特点也导致其具有一定的性能缺陷，如耐低温性能差、加工性能不好、弹性较低、价格昂贵等。因此，保持氟橡胶优异性能同时改善其缺陷，已成为氟橡胶推广和应用中迫切需要解决的关键问题。本课题组通过对丙烯酸酯橡胶（ACM）进行接枝改性制备了支化多酚羟基丙烯酸酯橡胶（PHACM），并与氟橡胶并用，较好地实现了FPM与PHACM的共硫化，制备了力学性能良好的并用胶，并保持了氟橡胶优异的耐热氧老化性能、耐油性能等。但是由于ACM自身的抗压缩永久变形性能较差，所以也导致了并用胶的抗压缩永久变形性能下降。本论文在课题组前期研究的基础上，采用双酚AF/BPP硫化体系，引入冠醚18-C-6作为氟橡胶的功能性助剂，探讨了冠醚化合物18-C-6对FPM/PHACM并用胶的影响，特别是对抗压缩永久变形性能的影响。研究发现，冠醚18-C-6的加入能够大幅度缩短FPM/PHACM并用胶的硫化时间，并保持焦烧时间基本不变；同时，在一定程度上提高了并用胶的拉伸强度、100％定伸应力和抗撕裂性能，改善了并用胶的抗压缩永久变形和压缩应力松弛性能。通过红外光谱、差示扫描量热分析等研究发现，18-C-6通过与PHACM中的醚键发生配位络合作用，提高了并用胶的交联密度。同时，18-C-6也能够与硫化反应生成的小分子副产物氟化钙发生配位作用，形成了稳定的络合物。为了进一步加强冠醚与并用胶之间的相互作用，本论文合成了带酚羟基结构的二羟基二苯并冠醚-18-C-6（DBC），并对其结构和物理性能进行了表征，研究了DBC对氟橡胶体系及FPM/PHACM并用胶性能的影响。研究发现，DBC不但具有硫化促进剂的功能，能吸收氟橡胶硫化过程中生成的小分子副产物；而且还可以通过自身的特定官能团参与氟橡胶的硫化，更大程度地完善其交联结构，提升其力学性能及抗压缩永久变形等。当DBC用量为1.4phr时，氟橡胶的综合性能最好；对于FPM/PHACM并用胶，DBC的加入同样可以进一步增加体系的交联密度，并用胶力学性能明显增加，拉伸强度从12.61MPa提高到14.96MPa，撕裂强度从25.32MPa提高到29.35MPa，压缩永久变形率从35.47%下降到30.26%，同时还保持了并用胶优良的耐热性能。研究发现，DBC不仅能参与氟橡胶的硫化反应，还可与并用胶中PHACM的醚键发生配位，促进了并用胶交联网络结构的完善。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 氟橡胶概述
• 1.2 氟橡胶的结构与性能
• 1.2.1 氟橡胶的结构特点
• 1.2.2 氟橡胶的性能特点
• 1.2.2.1 耐高温性
• 1.2.2.2 耐油、耐腐蚀、耐介质性能
• 1.2.2.3 耐臭氧性能和耐候性能
• 1.2.2.4 压缩永久变形性能
• 1.2.3 氟橡胶存在的主要问题
• 1.3 氟橡胶的硫化体系
• 1.3.1 过氧化物硫化体系
• 1.3.2 双酚类硫化体系
• 1.3.3 二胺类硫化体系
• 1.4 二段硫化对氟橡胶性能的影响
• 1.5 氟橡胶的改性研究
• 1.5.1 化学改性
• 1.5.2 并用改性
• 1.6 氟橡胶的发展概况
• 1.6.1 国外发展状况
• 1.6.2 国内发展状况
• 1.7 冠醚的概述
• 1.7.1 冠醚结构特点
• 1.7.2 冠醚的应用
• 1.7.2.1 氟橡胶用助剂
• 1.7.2.2 相转移催化剂
• 1.7.2.3 表面活性剂
• 1.8 本论文研究的目的意义、主要内容及创新之处
• 1.8.1 本论文研究的目的意义
• 1.8.2 本论文研究的主要内容
• 1.8.3 本论文的特色与创新之处
• 第二章 冠醚 18-C-6 对 FPM /PHACM 并用胶性能的影响
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 主要设备及仪器
• 2.2.2 主要原料
• 2.2.3 试样的制备
• 2.2.4 测试与表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 硫化性能研究
• 2.3.2 表观交联密度
• 2.3.3 力学性能
• 2.3.4 压缩永久变形
• 2.3.5 压缩应力松弛
• 2.3.6 DSC 分析
• 2.3.7 FTIR 分析
• 2.3.8 扫描电镜分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 二羟基二苯并-18-C-6的制备及表征
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 主要设备及仪器
• 3.2.2 主要试剂
• 3.2.3 试样的制备
• 3.2.4 测试与表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 二羟基二苯并冠醚的 FTIR 分析
• 3.3.2 二苯并冠醚的 DSC 分析
• 3.3.3 二苯并冠醚的 TG 分析
• 3.3.4 二羟基二苯并冠醚的 NMR 分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 二羟基二苯并-18-C-6对氟橡胶性能的影响
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 主要设备及仪器
• 4.2.2 主要原料
• 4.2.3 试样的制备
• 4.2.4 测试与表征
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 硫化性能
• 4.3.2 表观交联密度
• 4.3.3 力学性能
• 4.3.4 压缩永久变形
• 4.3.5 压缩应力松弛
• 4.3.6 DSC 分析
• 4.3.7 FTIR 分析
• 4.3.8 固体 NMR 测交联密度
• 4.3.9 EPMA 分析
• 4.3.10 TG 分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附件