一种耐酸碱盐性能的柔性密封弹性体及其制备方法

技术领域

本发明涉及柔性密封弹性体技术领域，尤其是涉及一种耐酸碱盐性能的柔性密封弹性体及其制备方法。

背景技术

柔性密封弹性体具有独特的软硬段嵌段共聚物的结构，这赋予了其制品具有优良的综合力学性能：优异的机械性能、耐油、耐老化，硬度可调节的范围大，这些优异的综合性能是其他很多种商品化橡胶和塑料所不具备的。但是在一些特殊的使用环境中对柔性密封弹性体提出了特殊的性能要求，如耐酸碱盐等。聚氨酯密封材料作为一种主要的密封材料得到广泛的使用，但是其本身却容易被酸碱性产品腐蚀，在使用过程中容易造成损坏，使用寿命大大缩短。公开号为CN 115322724 A的发明专利公开了一种聚氨酯密封胶，该发明采用有机硅改性聚醚多元醇，接枝的有机硅链段提升了聚氨酯密封胶的耐热性和耐候性，解决了复杂环境条件下聚氨酯密封胶耐热、耐候性差的问题。产品具有优异的耐高低温冲击和耐候性等耐环境性能，但是其仍然存在耐酸碱性差的问题。

发明内容

本发明的目的就是针对上述缺陷提供一种耐酸碱盐性能的柔性密封弹性体及其制备方法。

一种耐酸碱盐性能的柔性密封弹性体，它包括以下重量份的各组分：

端羟基聚丁二烯                    20-30份

聚氨酯预聚体                      60-85份

增塑剂                            2-8份

固化剂                            2-4份

四氟乙烯-六氟丙烯共聚物           4-10份

除水剂                            1.5-2.5份

偶联剂改性纳米α-磷酸锆            3-6份

氢氧化铝改性氟化石墨烯晶须        0.6-0.8份。

优选的是，它包括以下重量份的各组分：

端羟基聚丁二烯                    25份

聚氨酯预聚体                      75份

增塑剂                            5份

固化剂                            3份

四氟乙烯-六氟丙烯共聚物           6份

除水剂                            2份

偶联剂改性纳米α-磷酸锆            4份

氢氧化铝改性氟化石墨烯晶须        0.7份。

优选的是，氢氧化铝改性氟化石墨烯晶须的制备方法为：将氟化石墨烯晶须分散于去离子水中形成0.5mg/mL-2mg/mL的悬浮液，然后加入氢氧化钠控制悬浮液的pH值在8-9之间，再滴加氯化铝溶液搅拌，反应结束后经离心分离，水洗、醇洗，干燥得到氢氧化铝改性氟化石墨烯晶须。

优选的是，偶联剂改性纳米α-磷酸锆的制备方法为：

T1、将纳米α-磷酸锆粉末置于氢氧化钠溶液中进行碱处理；

T2、然后将碱处理过的纳米α-磷酸锆粉末置于硫酸或盐酸溶液中进行酸处理；

T3、将酸处理过的纳米α-磷酸锆粉末真空干燥，得到预处理后的纳米α-磷酸锆粉末；

T4、将预处理后的纳米α-磷酸锆粉末加入溶剂甲苯中，再依次将偶联剂、对苯二酚加入，并于室温下搅拌不少于24h，所述偶联剂为硅烷偶联剂。

优选的是，纳米α-磷酸锆粉末、对苯二酚、硅烷偶联剂的质量比为100：（0.5-0.8）:（6-14）。

优选的是，所述硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷中任意一种。

优选的是，所述固化剂为4,4′-双仲丁氨基二苯基甲烷、1,4-双仲丁氨基苯中、4,4′-亚甲基双(2-甲基-6-二乙基苯胺)、4,4′-亚甲基双(2,6-二异丙基)苯胺中的一种或多种的混合物。

一种耐酸碱盐性能的柔性密封弹性体的制备方法，包括以下步骤：

S1、将上述重量份的端羟基聚丁二烯、聚氨酯预聚体、增塑剂、固化剂、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、除水剂混合，于60-80℃充分搅拌2-3h；

S2、将混合料通过负压设备进行脱泡，降温至50-55℃后加入偶联剂改性纳米α-磷酸锆、氢氧化铝改性氟化石墨烯晶须继续搅拌1-2h，然后嵌入待修补的缝隙，固化成柔性密封弹性体。

本发明的优点在于: 耐酸碱盐，粘接强度高，耐久性好，适用基材广泛，环保无污染，优良复原性。

四氟乙烯-六氟丙烯共聚物的耐化学稳定性与聚四氟乙烯相似，具有优异的耐化学稳定性。除与高温下的氟元素、熔融的碱金属和三氟化氯等发生反应外，与其它化学药品接触时均不被腐蚀，将其作为添加剂加入到弹性体材料中能显著提高其耐酸碱盐性能。

α-磷酸锆( α-ZrP ) 作为一种结构规整的层状化合物, 具有离子交换、质子导电、择形吸附和催化性能，其离子交换容量(600mmol/100mg ) 是粘土的6 倍,并具有长径比可控、粒子尺寸分布较窄、较高的热稳定性和耐酸碱性等特点。偶联剂改性α-磷酸锆是偶联剂与纳米α-磷酸锆粉体表面发生化学偶联反应，除范德华力、氢键或配位键相互作用外，二者之间还存在离子键和共价键。偶联剂可以大大改善纳米α-磷酸锆粉体的分散性，提高纳米α-磷酸锆粉体的功能发挥。偶联剂改性α-磷酸锆的加入使得柔性密封弹性体热稳定性和耐酸碱性都能得到显著提升。

氢氧化铝改性氟化石墨烯晶须，氟化石墨烯晶须保留了石墨烯的片层结构，氟原子的存在降低了石墨烯晶须表面能，增大疏水性，提高热稳定性、化学稳定性及抗腐蚀能力，兼具有石墨烯和聚四氟乙烯两种材料的结构及性能。氢氧化铝改性的氟化石墨烯晶须，氢氧化铝作为外层膜阻止了电子空穴同水、氧气的结合，进一步提高了柔性密封弹性体的的耐候性，显著提高了其耐酸碱盐性能。

实施方式

以下将对发明的优选实例进行详细描述。所举实例是为了更好地对发明内容进行，并不是发明内容仅限于实例。根据发明内容对实施方案的非本质的改进和调整，仍属于发明范畴。

<实施例1>

一种耐酸碱盐性能的柔性密封弹性体，它包括以下重量份的各组分：

端羟基聚丁二烯                    20份

聚氨酯预聚体                      60份

增塑剂                            2份

固化剂                            2份

四氟乙烯-六氟丙烯共聚物           4份

除水剂                            1.5份

偶联剂改性纳米α-磷酸锆            3份

氢氧化铝改性氟化石墨烯晶须        0.6份。

氢氧化铝改性氟化石墨烯晶须的制备方法为：将氟化石墨烯晶须分散于去离子水中形成0.5mg/mL的悬浮液，然后加入氢氧化钠控制悬浮液的pH值在8-9之间，再滴加氯化铝溶液搅拌，反应结束后经离心分离，水洗、醇洗，干燥得到氢氧化铝改性氟化石墨烯晶须。

偶联剂改性纳米α-磷酸锆的制备方法为：

T1、将纳米α-磷酸锆粉末置于氢氧化钠溶液中进行碱处理；

T2、然后将碱处理过的纳米α-磷酸锆粉末置于硫酸或盐酸溶液中进行酸处理；

T3、将酸处理过的纳米α-磷酸锆粉末真空干燥，得到预处理后的纳米α-磷酸锆粉末；

T4、将预处理后的纳米α-磷酸锆粉末加入溶剂甲苯中，再依次将偶联剂、对苯二酚加入，并于室温下搅拌不少于24h，所述偶联剂为硅烷偶联剂。

纳米α-磷酸锆粉末、对苯二酚、硅烷偶联剂的质量比为100：0.5:6。

所述硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷。

所述固化剂为4,4′-双仲丁氨基二苯基甲烷。

一种耐酸碱盐性能的柔性密封弹性体的制备方法，包括以下步骤：

S1、将上述重量份的端羟基聚丁二烯、聚氨酯预聚体、增塑剂、固化剂、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、除水剂混合，于60℃充分搅拌2h；

S2、将混合料通过负压设备进行脱泡，降温至50℃后加入偶联剂改性纳米α-磷酸锆、氢氧化铝改性氟化石墨烯晶须继续搅拌1h，然后嵌入待修补的缝隙，固化成柔性密封弹性体。

<实施例2>

一种耐酸碱盐性能的柔性密封弹性体，它包括以下重量份的各组分：

端羟基聚丁二烯                    30份

聚氨酯预聚体                      85份

增塑剂                            8份

固化剂                            4份

四氟乙烯-六氟丙烯共聚物           10份

除水剂                            2.5份

偶联剂改性纳米α-磷酸锆            6份

氢氧化铝改性氟化石墨烯晶须        0.8份。

优选的是，氢氧化铝改性氟化石墨烯晶须的制备方法为：将氟化石墨烯晶须分散于去离子水中形成2mg/mL的悬浮液，然后加入氢氧化钠控制悬浮液的pH值在8-9之间，再滴加氯化铝溶液搅拌，反应结束后经离心分离，水洗、醇洗，干燥得到氢氧化铝改性氟化石墨烯晶须。

偶联剂改性纳米α-磷酸锆的制备方法为：

T1、将纳米α-磷酸锆粉末置于氢氧化钠溶液中进行碱处理；

T2、然后将碱处理过的纳米α-磷酸锆粉末置于硫酸或盐酸溶液中进行酸处理；

T3、将酸处理过的纳米α-磷酸锆粉末真空干燥，得到预处理后的纳米α-磷酸锆粉末；

T4、将预处理后的纳米α-磷酸锆粉末加入溶剂甲苯中，再依次将偶联剂、对苯二酚加入，并于室温下搅拌不少于24h，所述偶联剂为硅烷偶联剂。

纳米α-磷酸锆粉末、对苯二酚、硅烷偶联剂的质量比为100：0.8:14。

所述硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷。

所述固化剂为1,4-双仲丁氨基苯。

一种耐酸碱盐性能的柔性密封弹性体的制备方法，包括以下步骤：

S1、将上述重量份的端羟基聚丁二烯、聚氨酯预聚体、增塑剂、固化剂、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、除水剂混合，于80℃充分搅拌3h；

S2、将混合料通过负压设备进行脱泡，降温至55℃后加入偶联剂改性纳米α-磷酸锆、氢氧化铝改性氟化石墨烯晶须继续搅拌2h，然后嵌入待修补的缝隙，固化成柔性密封弹性体。

<实施例3>

一种耐酸碱盐性能的柔性密封弹性体，它包括以下重量份的各组分：

端羟基聚丁二烯                    25份

聚氨酯预聚体                      75份

增塑剂                            5份

固化剂                            3份

四氟乙烯-六氟丙烯共聚物           6份

除水剂                            2份

偶联剂改性纳米α-磷酸锆            4份

氢氧化铝改性氟化石墨烯晶须        0.7份。

氢氧化铝改性氟化石墨烯晶须的制备方法为：将氟化石墨烯晶须分散于去离子水中形成1mg/mL的悬浮液，然后加入氢氧化钠控制悬浮液的pH值在8-9之间，再滴加氯化铝溶液搅拌，反应结束后经离心分离，水洗、醇洗，干燥得到氢氧化铝改性氟化石墨烯晶须。

偶联剂改性纳米α-磷酸锆的制备方法为：

T1、将纳米α-磷酸锆粉末置于氢氧化钠溶液中进行碱处理；

T2、然后将碱处理过的纳米α-磷酸锆粉末置于硫酸或盐酸溶液中进行酸处理；

T3、将酸处理过的纳米α-磷酸锆粉末真空干燥，得到预处理后的纳米α-磷酸锆粉末；

T4、将预处理后的纳米α-磷酸锆粉末加入溶剂甲苯中，再依次将偶联剂、对苯二酚加入，并于室温下搅拌不少于24h，所述偶联剂为硅烷偶联剂。

纳米α-磷酸锆粉末、对苯二酚、硅烷偶联剂的质量比为100：0.7:10。

所述硅烷偶联剂为乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷。

所述固化剂为4,4′-亚甲基双(2-甲基-6-二乙基苯胺)和4,4′-亚甲基双(2,6-二异丙基)苯胺的混合物。

一种耐酸碱盐性能的柔性密封弹性体的制备方法，包括以下步骤：

S1、将上述重量份的端羟基聚丁二烯、聚氨酯预聚体、增塑剂、固化剂、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、除水剂混合，于70℃充分搅拌3h；

S2、将混合料通过负压设备进行脱泡，降温至52℃后加入偶联剂改性纳米α-磷酸锆、氢氧化铝改性氟化石墨烯晶须继续搅拌2h，然后嵌入待修补的缝隙，固化成柔性密封弹性体。

<对比例1>

市售的涵洞沉降缝用聚氨酯密封胶。

<对比例2>

不含有四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、偶联剂改性纳米α-磷酸锆和氢氧化铝改性氟化石墨烯晶须，其余配方和制备方法相同的柔性密封弹性体。

<检测实验>

将本发明实施例1-3和对比例1-2的原料直接放入模具中固化成10-20cm的条状物。柔性密封弹性体的耐酸碱性和耐磨性如下表所示，耐酸碱盐性能检测采用如下标准：选用质量浓度均为10％的硫酸溶液、氢氧化钠和氯化钠溶液，将各待测物分别浸泡于硫酸溶液、氢氧化钠和氯化钠溶液中密封保存，10天后取出测定各溶液的质量变化率，质量变化率越小表明耐酸碱性越强，质量变化率＝(浸泡前质量-浸泡后质量)×100％/浸泡前质量。

测试结构如下表1所示：

表1

由上表1可以看出，本发明实施例1-3的检测实验中酸液、碱液和盐液质量变化率均明显小于对比例1和2，这表明本发明弹性体的耐酸碱盐性相比市售的普通柔性密封弹性体和不含有本发明特别的添加物所制备的柔性密封弹性体具有显著地提升。

上述实施案例只为说明本发明的技术方案及特点，其目的在于更好的让熟悉该技术的人士予以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，均在本发明保护范围之内，其中未详细说明的为现有技术。