CN101205342A - 一种应用于cip清洗系统的氟橡胶密封件 - Google Patents

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雷志云
刘新梅
梁彬
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Abstract

本发明公开了一种应用于CIP清洗系统的氟橡胶密封件，主要包括过氧化物硫化型氟橡胶和四丙氟橡胶，以及填充剂、过氧化剂、三烯丙基异氰尿酸酯和加工助剂。该氟橡胶密封件可应用稀酸、稀碱、热水、纯水、浓酸、浓碱、氯化消毒液等多种介质环境，满足多种清洗温度和清洗流程的需要，而且符合食品橡胶卫生标准。

Description

一种应用于CIP清洗系统的氟橡胶密封件
技术领域
本发明涉及橡胶工业制品领域，特别涉及一种应用于CIP清洗系统的氟橡胶密封件。
背景技术
在乳品、饮料、酒类生产企业的CIP(Cleaning In Place)清洗系统中，通常会接触到稀酸、稀碱、热水、纯水、浓酸、浓碱、二氧化氯杀菌剂等化学介质。氟橡胶具有广谱耐热、耐油、耐溶剂、耐化学介质的优良性能，常常用于制造这类生产设备和管道连接上的密封制品。普通二元、三元氟橡胶虽然可以满足耐热、耐油、耐溶剂的要求，但是由于只能采用胺类或双酚类硫化系统，所以普通二元、三元氟橡胶的交联键在碱性溶液、热水、水蒸气中会发生降解，不能满足碱洗、热水清洗的需要，使用寿命较短。乙丙橡胶或其它橡胶制造的密封件，虽然具有较好的耐热水性能，但由于其耐热性能、耐化学介质性能劣于氟橡胶，所以也不能广泛应用于多种CIP清洗系统中。四丙氟橡胶由于耐低温性能差，加工性能不好，因此其应用也受到限制。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种耐化学介质性能好、使用寿命长、应用于CIP清洗系统的氟橡胶密封件。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种应用于CIP清洗系统的氟橡胶密封件，按质量份数计包括下述原材料：
过氧化物硫化型氟橡胶                    75～85质量份
四丙氟橡胶                              15～25质量份
填充剂                                  20～50质量份
2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧基)己烷   1.5～3质量份
三烯丙基异氰尿酸酯                      4～6质量份
加工助剂                                0.5～1.5质量份。
所述氟橡胶密封件的形状可为Y形圈或O形圈密封件。
所述过氧化物硫化型氟橡胶是含有CSM交联点单体的氟橡胶。由于氟橡胶通常由偏氟乙烯、四氟乙烯、六氟丙烯、丙烯等两种或两种以上单体共聚而成，在某些情况下，为了满足过氧化物硫化型氟橡胶的要求，通常添加一些少量(摩尔比低于5％)特殊官能团的单体，这种特殊官能团的单体即称作CSM。过氧化物硫化型氟橡胶具有极佳的耐热、耐油、耐溶剂性、耐热水、水蒸气和无机酸、碱的性能；此外还具有优良的加工性能、压缩永久变形性能和低温下良好的曲挠性能。四丙氟橡胶的硫化系统与过氧化物硫化型氟橡胶相同，因此两者具备共混共交联的条件，而且其价格低于过氧化物硫化型氟橡胶，所以采用少量四丙氟橡胶可达到降低成本的目的。此外，过氧化物硫化型氟橡胶的门尼黏度通常不高，而四丙氟橡胶的门尼黏度通常较高，两者共用可改善混炼胶的加工性能，降低模压硫化过程中的产品窝气、流痕等缺陷的出现。
所述填充剂包括中粒子热裂法炭黑(N990)、喷雾炭黑、硅藻土、滑石粉或硫酸钡中一种或一种以上混合物。上述填充物均为惰性填料，满足耐化学介质，不抽出，满足食品卫生要求的需要。
所述加工助剂是脂肪酸盐、脂肪酸衍生物、棕榈蜡或十八胺，优选购自Struktol公司的脂肪酸衍生物(即StruktolHT-2902产品)。
所述2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧基)己烷，其分解后的副产物无毒、无味。
应用于CIP清洗系统的氟橡胶密封件，优选原材料及配比为：
过氧化物硫化型氟橡胶                   80质量份
四丙氟橡胶                             20质量份
中粒子热裂法炭黑N990                   30质量份
2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧基)己烷  2质量份
三烯丙基异氰尿酸酯                     5质量份
脂肪酸衍生物StruktolHT-2902          1质量份。
应用于CIP清洗系统的氟橡胶密封件，优选原材料及配比为：
过氧化物硫化型氟橡胶                   85质量份
四丙氟橡胶                             15质量份
硫酸钡                                 50质量份
2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧基)己烷  2质量份
三烯丙基异氰尿酸酯                     5质量份
脂肪酸衍生物Struktol HT-2902         1质量份。
将上述原材料在开炼机中混炼均匀，停放；经挤出、177℃×10min模压硫化，二次热空气200℃×4处理后，即得到应用于CIP清洗系统的氟橡胶密封件。
本发明与现有技术相比具有如下优点和效果：
(1)本发明应用于CIP清洗系统的氟橡胶密封件可应用于稀酸、稀碱、热水、纯水、浓酸、浓碱、氯化消毒液等多种介质环境，满足多种清洗温度和清洗流程的需要，而且符合食品橡胶卫生标准。
(2)本发明密封件与普通二元、三元氟橡胶、乙丙橡胶材质的密封件相比，使用寿命长数倍至数十倍；
(3)本发明的配方合理，成本适中，加工工艺性能优良，产品合格率高。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
按质量份数计的原材料组成为：
Tecnoflon P757(购自苏威公司，过氧化物硫化型氟橡胶)   75质量份
Aflas FA 150E(购自旭硝子公司，四丙氟橡胶)            25质量份
N990炭黑                                             25质量份
2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧基)己烷                1.5质量份
三烯丙基异氰尿酸酯                                   6质量份
脂肪酸衍生物Struktol HT-2902                       1.0质量份。
在开炼机中将上述原材料混炼均匀，停放；经挤出、177℃×10min模压硫化，二次热空气200℃×4处理后，即得到应用于CIP清洗系统的氟橡胶密封件。
该氟橡胶密封件硫化后的物理性能为：100％定伸强度4.2MPa，拉伸强度19.2MPa，扯断伸长率310％，硬度(邵尔A)69度，二段硫化后200℃×70h下压缩永久变形是40％，测试方法是ASTM D395方法B，O形圈。
该氟橡胶密封件的耐热空气老化、耐化学介质的性能如表1所示：
表1：氟橡胶密封件的耐老化性能
老化性能 250℃×70h热空气 150℃×70h水蒸气
体积变化/％100％定伸变化/％ --10-10 +3.3--12
拉伸强度变化/％扯断伸长率变化/％硬度变化(邵尔A)外观 171无变化 +3-2无变化
80℃×70h老化后性能 98％硫酸 37％盐酸
体积变化/％拉伸强度变化/％扯断伸长率变化/％硬度变化(邵尔A)外观 +0.7+4+8-1无变化 +3.10+47-7无变化
80℃×70h老化后性能 20％氢氧化钠溶液 4％二氧化氯杀菌液
体积变化/％拉伸强度变化/％扯断伸长率变化/％硬度变化(邵尔A)外观 0+1+8-1无变化 +3-15+13-4无变化
按照GB4806.1-1994《食品用橡胶制品卫生标准》检验该氟橡胶密封件的食品卫生性能，检验结果如表2所示：
表2：氟橡胶密封件的食品卫生性能
序号 检验项目 单位 标准要求 检验结果 单项评价
1 感官指标：成品外观 ---- 色泽正常、无异臭、无异物。 符合标准要求 合格
2 感官指标：浸泡液 ---- 不应有着色，无异味、无异臭。 符合标准要求 合格
3 蒸发残渣：水浸泡液 mg/L ≤30  4.3 合格
4 蒸发残查：4％乙酸浸泡液 mg/L ≤2000  38.5 合格
5 蒸发残查：正己烷浸泡液 mg/L ≤2000  285 合格
6 蒸发残查：20％乙醇浸泡液 mg/L ≤40  19.5 合格
7 高锰酸钾消耗量：水浸泡液 mg/L ≤40  6.4 合格
8 锌(Zn)：4％乙酸浸泡液 mg/L ≤20  ＜20 合格
9 重金属(以Pb计)：4％乙酸浸泡液 mg/L ≤1.0  ＜1 合格
10 结论 合格
实施例2：
按质量份数计的原材料组成为：
VitonGF-600S(购自杜邦公司，过氧化物硫化型氟橡胶)80质量份
Aflas FA 150P(购自旭硝子公司，四丙氟橡胶)         20质量份
炭黑N990                                          20质量份
硫酸钡                                            20质量份
2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧基)己烷             3质量份
三烯丙基异氰尿酸酯                                4质量份
脂肪酸衍生物StruktolHT-2902                     1.0质量份。
在开炼机中将上述原材料混炼均匀，停放；经挤出、177℃×10min模压硫化，二次热空气200℃×4处理后，即得到应用于CIP清洗系统的氟橡胶密封件。
该氟橡胶密封件硫化后的物理性能为：100％定伸强度6.0MPa，拉伸强度21.1MPa，扯断伸长率290％，硬度(邵尔A)72度，二段硫化后200℃×70h下压缩永久变形是30％，测试方法是ASTM D395方法B，O形圈。
按照GB4806.1-1994《食品用橡胶制品卫生标准》检验合格，耐老化性能与实施例1相近。
实施例3：
按质量份数计的原材料组成为：
DAI-EL G-801(购自日本大金公司，过氧化物硫化型氟橡胶)85质量份
FE2701(购自上海三爱富公司，四丙氟橡胶)  15质量份
硫酸钡                                  50质量份
2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧基)己烷   3质量份
三烯丙基异氰尿酸酯                      5质量份
脂肪酸衍生物StruktolHT-2902           1.0质量份。
在开炼机中将上述原材料混炼均匀，停放；经挤出、177℃×10min模压硫化，二次热空气200℃×4处理后，即得到应用于CIP清洗系统的氟橡胶密封件。
该氟橡胶密封件硫化后的物理性能为：100％定伸强度4.5MPa，拉伸强度22.5MPa，扯断伸长率330％，硬度(邵尔A)74度，二段硫化后200℃×70h下压缩永久变形是42％，测试方法是ASTM D395方法B，O形圈。
按照GB4806.1-1994《食品用橡胶制品卫生标准》检验合格，耐老化性能与实施例1相近。
对比例1：按下述原材料及配比制备密封件对比样品1：
FPM2603(晨光公司二元氟橡胶牌号)    100质量份
氢氧化钙                           6质量份
高活性氧化镁                       3质量份
N990炭黑                           25质量份
双酚AF(六氟异亚丙基二酚)           2.2质量份
苄基三苯基氯化磷(BPP)              0.5质量份
棕榈蜡                             1.0质量份
对比例2：按下述原材料及配比制备密封件对比样品2：
三元乙丙橡胶EP2470(朗盛公司三元乙丙橡胶牌号)      100质量份
氧化锌                                            5质量份
防老剂RD(2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体)    1.5质量份
高耐磨碳黑N330                                    47质量份
喷雾碳黑                                          10质量份
1，1-二(叔丁基过氧基)-3，3，5-三甲基环己烷        2质量份
双马来酰亚胺                                      1.2质量份
测试例：啤酒行业CIP清洗流程测试
在一个啤酒行业上的管道接口及罐装机中采用本发明制备的密封件O型圈和Y型圈，每天要进行CIP管道清洗一次，清洗流程如表3所示。
表3：CIP清洗过程
项目 酸洗(盐酸) 碱洗(NaOH) 二氧化氯(杀菌)
浓度 温度 时间 浓度 温度 时间 浓度 温度 时间
管道接口密封 1.5％ 80℃ 20min 1.7％ 80℃ 10min 0.4％ 90℃ 15min
采用上述清洗流程，选用本发明的密封件和对比例1、对比例2制备的密封件，在这样一个CIP清洗系统中，密封件工作寿命如表4所示。
表4：在啤酒行业CIP清洗系统中不同密封件的工作寿命
比较项目 实施例1 实施例2 实施例3 对比例1 对比例2
工作寿命 1年以上 1年以上 1年以上 2-4周 1-7天

Claims (6)

1.一种应用于CIP清洗系统的氟橡胶密封件，其特征在于：按质量份数计包括下述原材料：
过氧化物硫化型氟橡胶                   75～85质量份
四丙氟橡胶                             15～25质量份
填充剂                                 20～50质量份
2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧基)己烷  1.5～3质量份
三烯丙基异氰尿酸酯                     4～6质量份
加工助剂                               0.5～1.5质量份。
2.根据权利要求1所述的应用于CIP清洗系统的氟橡胶密封件，其特征在于：所述过氧化物硫化型氟橡胶是含有CSM交联点单体的氟橡胶。
3.根据权利要求1所述的应用于CIP清洗系统的氟橡胶密封件，其特征在于：所述填充剂包括中粒子热裂法炭黑、喷雾炭黑、硅藻土、滑石粉或硫酸钡中一种或一种以上混合物。
4.根据权利要求1所述的应用于CIP清洗系统的氟橡胶密封件，其特征在于：所述加工助剂是脂肪酸盐、脂肪酸衍生物、棕榈蜡或十八胺。
5.根据权利要求1所述的应用于CIP清洗系统的氟橡胶密封件，其特征在于：原材料及配比为：
过氧化物硫化型氟橡胶                   80质量份
四丙氟橡胶                             20质量份
中粒子热裂法炭黑                       30质量份
2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧基)己烷  2质量份
三烯丙基异氰尿酸酯                     5质量份
脂肪酸衍生物                           1质量份。
6.根据权利要求1所述的应用于CIP清洗系统的氟橡胶密封件，其特征在于：原材料及配比为：
过氧化物硫化型氟橡胶                   85质量份
四丙氟橡胶                             15质量份
硫酸钡                                 50质量份
2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧基)己烷  2质量份
三烯丙基异氰尿酸酯                     5质量份
脂肪酸衍生物                           1质量份。
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