[发明专利]具有多种优异性能的氟氯弹性体材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有多种优异性能的氟氯弹性体材料及其制备方法，材料以吡啶类衍生物与氟氯弹性体分子链上的氟氯原子发生亲核取代反应，形成高强度的离子交联网络，赋予弹性体材料高力学性能；在再加工成型压力温度或自修复温度下，离子基团解离，可实现氟氯弹性体材料的再成型和自修复。其制备采用机械共混法，将吡啶类衍生物、氟氯弹性体和其他助剂加入到密炼机或开炼机中混炼均匀后，经高温模压成型。本发明提供的具有多种优异性能的氟氯弹性体材料，其高强度的离子聚集体给予氟氯弹性体材料高力学性能，离子聚集体高温解离重排可以对材料进行再加工和自修复，加入填料可以提高定伸强度和弹性模量，满足一些特殊要求使用。

技术领域

本发明涉及弹性体材料技术领域，具体涉及一种力学性能、可再加工性能、自修复性能都得到改善的氟氯弹性体材料及其制备方法。

背景技术

弹性体材料在日常生活和军工等领域有着广泛的应用，是一种至关重要的材料。目前的弹性体材料一般采用共价键进行交联，但在实际应用过程中，弹性体材料会因所处的环境，在表面或内部会形成永久的损伤，影响材料的进一步使用，进而带来严重的安全隐患。如果将破坏的弹性体直接焚烧或填埋，将造成环境的严重污染，不利于可持续发展，因此急需发展一种高性能化和可再加工的弹性体材料。氯化弹性体材料因引入了氯原子，表现出较好的综合性能，如氯化聚乙烯和氯丁橡胶等，氯化聚乙烯是由高密度聚乙烯氯化而成的一种综合性能优良的高分子材料，具有塑料和橡胶的双重特性，由于其优异的耐化学药品性、稳定性和加工性等而得到大量使用；氯丁橡胶由氯丁二烯(即2-氯-1,3-丁二烯)为主要原料进行α-聚合而生产的合成橡胶，其结晶性较强，自补强性能好，具有优异的耐油、耐热和耐老化性能等。氯化弹性体体系可采用的交联体系可分为硫脲体系、过氧化物体系、噻二唑体系和三唑二巯基胺盐体系，形成共价交联结构。方文超等采用不同的过氧化物交联体系交联氯化聚乙烯，得到弹性体材料的拉伸强度在16～20MPa之间，断裂伸长率在350～700％之间。(方文超,合肥:合肥工业大学,2016:22-34.)。黄明璐等研究了新型噻二唑硫化体系，研制的型材的拉伸强度在10.47～13.11MPa之间，100％定伸强度在2.97～3.36MPa之间(黄明璐,唐伟,虢湘刿.特种橡胶制品,2007,28(6):30-33.)。邓华等分别研究了金属氧化物(氧化锌和氧化镁)、过氧化物(双2,5)、硫磺、三聚硫氰酸四种交联体系对氯丁橡胶性能的影响，得到相应硫化交联体系的拉伸强度分别为18.1MP，16.7MPa，22.6MPa，17.5MPa和断裂伸长率分别为355％，388％，540％，369％(邓华,罗权焜.特种橡胶制品.2009,30(1).)。H.P.Xiang等采用二氯化铜基的复合催化剂催化硫磺交联的氯丁橡胶中的二硫键和多硫键的交换反应，成型的材料的拉伸强度在3～4MPa之间，在110℃条件下分别修复3h、6h、9h和12h，得到自修复效率随着时间增加逐渐增大，最大自修复效率约为75％，将其剪成不同大小的橡胶粒子，能在一定程度上实现再加工。目前的交联体系，存在交联氟氯弹性体拉伸强度不高、100％定伸应力较低，以及难以回收再加工等问题，很难在弹性体结构材料领域得到广泛应用，因此，急需开展高性能化和可再加工弹性体的研制。

发明内容

针对氟氯弹性体材料的技术现状与不足，本发明的第一个目的是提供一种具有多种优异性能的氟氯弹性体材料；本发明的第二个目的是提供一种具有多种优异性能的氟氯弹性体材料的制备方法，以解决现有技术弹性体材料性能改进存在的力学性能与自修复率相互矛盾的问题。

本发明的基本思想是通过吡啶类衍生物与氟氯弹性体材料发生亲核取代反应，形成高强度的离子交联键，赋予氟氯弹性体材料高力学性能、可再加工性能和自修复性能。本发明制备高力学性可再加工自修复氟氯弹性体的基本思路，是通过吡啶类衍生物与氟氯弹性体材料上的卤原子发生亲核取代反应，形成接枝于分子主链上吡啶环正电荷和游离的氯氟负反离子，一对或多对正负电荷聚集在一起，形成高强度的离子交联网络，赋予氟氯弹性体材料高力学性能。另外，离子交联网络在高温下发生解离作用，分子链运动性增加，通过再次模压成型或高温下修复，离子聚集体重新组装在一起，又可以得到高力学性能、保留率和自修复性的弹性体材料。