氟改性环氧化天然橡胶的合成与性能研究：面向工业应用的高性能材料开发

为解决天然橡胶(NR)耐油性和热稳定性不足的问题，研究人员通过氢氟酸(HF)处理环氧化天然橡胶(ENR)成功合成了氟改性天然橡胶(FNR)。研究证实FNR具有优异的机械性能(拉伸强度14.1 MPa)、耐油性(柴油溶胀率仅0.72%)和热稳定性(热分解温度406°C)，其性能媲美氟橡胶(FKM)但成本更低，为汽车燃油系统等工业应用提供了新型可持续材料。

　　

在汽车工业向清洁能源转型的背景下，燃油系统密封材料面临严峻挑战。传统天然橡胶(NR)因耐油性和热稳定性差难以满足要求，而高性能氟橡胶(FKM)又存在成本高、硫化工艺复杂等问题。环氧化天然橡胶(ENR)虽有所改进，但其性能仍无法完全替代FKM。为此，泰国研究人员创新性地采用氢氟酸(HF)对ENR进行氟化改性，开发出兼具优异性能和成本优势的新型材料。

研究团队通过核磁共振(NMR)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)等技术系统表征了材料结构，采用硫化仪、万能试验机等设备测试了力学性能，并通过热重分析(TGA)和接触角测量评估了热稳定性和表面特性。研究选用ENR-50(50 mol%环氧化度)为原料，在四氢呋喃/1,4-二氧六环混合溶剂中与HF反应，经中和、沉淀等步骤制得FNR。

在化学结构演变方面，¹⁹F NMR在-148.78 ppm处出现特征峰，FTIR在1020 cm^-1处观察到C-F伸缩振动峰，证实了氟的成功引入。Mooney粘度测试显示FNR粘度(87.30 MU)显著高于ENR(52.90 MU)，表明氟化增强了分子间作用力。硫化特性研究发现FNR具有最高扭矩(9.63 dNm)和交联密度(264.96×10^-4 mol/m³)，这归因于氟原子与ZnO形成的Zn-F键(467 cm^-1)等新型交联结构。

力学性能测试表明，FNR拉伸强度(14.1 MPa)比ENR提高27%，硬度(36.1 Shore A)提高41.6%。耐油性测试中，FNR在柴油中的溶胀率仅0.72%，远优于NR和ENR。热稳定性分析显示FNR起始分解温度达339°C，残炭率4.92%，玻璃化转变温度(Tg)升至22.01°C，表明氟化显著提升了热稳定性。接触角测量(95.4°)证实FNR具有适中的疏水性，平衡了ENR的亲水性和NR的强疏水性。

该研究开创性地通过HF氟化ENR制备FNR，解决了天然橡胶材料在耐油、耐热方面的关键瓶颈。FNR不仅保持了天然橡胶的可再生优势，其性能参数更接近高端FKM，而成本仅为后者的1/3。特别值得注意的是，FNR可采用常规硫磺硫化体系加工，这大大降低了生产工艺难度和设备要求。研究结果为开发可持续高性能橡胶材料提供了新思路，对推动汽车、航空等领域的材料革新具有重要意义。论文发表在《Industrial Crops and Products》期刊，为天然橡胶的高值化利用开辟了新途径。