2024年3月25日发(作者：局紫南)
Kalrez®全氟弹性体在制药工业中的应用
对于制药企业来讲，加工过程中提供完整而有效的药物保护是一项具有挑战
性的工作。在今天化学和生物制药的一系列工艺过程中，需要有效处理不同温度
和压力下的多种流体介质。而绝大多数化学介质都是有毒和有腐蚀性的，包括原
材料、中间化学品、活性药物组分、清洁/杀菌剂以及副产品等。此外在杀菌过
程中，温度高达160℃。
经验表明，加工过程中最薄弱的环节是密封件的连接，包括法兰和其它管道
及设备的连接。这些连接密封件的降解和老化会导致：(1)污染生产过程中的中
间产品或成品；(2)发生泄漏，引起加工过程中断或关闭。因此密封性能十分关
键。
即使使用特殊的弹性体，如Viton®氟弹性体(FKM)或化学惰性的Teflon®聚
四氟乙烯(PTFE)，也不能完全解决密封失效问题。随着对环境及产品保护意识的
加强，及有关法规的日趋严格，选择一种合适的密封材料已经成为药品制造商必
须解决的当务之急。这种高性能的材料必须具有化学惰性及如PTFE一样的洁净
程度，同时，不能降低弹性性能，必须提供如真正的弹性体那样的密封性能。
1 Kalrez®全氟弹性体密封件对制药工艺的重要作用
为了满足更高纯净度、更好密封性能的需要，具有高性能的全氟弹性体密封
材料Kalrez®开发成功，其纯净度、耐热、耐化学介质性能与PTFE类似，特别
适合应用在制药行业。Kalrez®的回弹性能、耐压缩强度与常用的弹性材料乙丙
橡胶(EPDM)、氟橡胶(FKM)和硅橡胶基本相同。
由于综合了耐热、耐化学介质以及弹性性能，Kalrez®成为制药过程中解决
密封失效和防止污染的一个新的可靠选择。多用途的Kalrez®密封件提高药物加
工过程中的连续性和设备的可靠性，可能会进一步发展成所有药物加工过程中的
标准密封材料。
目前已经推出Kalrez®6230(黑色)和6221(白色)两种混炼胶，其典型的特理
性能如表1所示。在当今高速、全自动的化学及生物制药的生产过程中，由这两
种胶料制成的密封件均可满足使用要求。
表1 Kalrez®6221和6230典型的物理性能(非特定用途)
测试项目 实验方法 Kalrez®6221 Kalrez® 6230
硬度(邵尔A，±5) ASTM D 2240 70 75
100%定伸应力/MPa ASTM D 412 7.2 7.0
拉伸强度/MPa 500mm/min 15.2 16.6
拉断伸长率/% 150 170
压缩永久变形 ASTM D395 B 20 170
(160℃×70h)/% 2140形圈
颜色 白色 黑色
2 Kalrez®在防止泄漏和生产停顿方面的优良性能
2.1 极佳的化学介质性能
EPDM容易被矿物油和芳烃油破坏；硅橡胶容易被油、浓酸、稀碱破坏；FKM
容易被胺类及某些碱、乙醇等破坏，而Kalrez®对普遍使用的1800多种化学试
剂都具有良好的适用性能，对于一些特殊或未知的化学组分具有极好的潜在适用
性(见表2)。使用酸、碱、胺、溶剂等多种腐蚀性化学品对于Kalrez®密封件来
讲，都是很安全的。在加工过程中，Kalrez®对于液体或固体的吸收量也极低(见
表3所示的体积溶胀性能)。这样既可防止密封件因溶胀和物理性能下降带来的
密封失效问题，又可防止橡胶密封件在接触到后一种化学物品时，因吸附前一种
化学品而造成的污染。
表2 不同弹性体的耐化学介质性能比较
化学介质 Kalrez®6221/6230 EPDM 硅橡胶 FKM
乙酸 A A A B
丙酮 A A C U
柠檬酸 A A A A
过氧化氢 A B B B
异丙醇 A A A A
甲乙酮 A A U U
矿物油 A U B A
氢氧化钠 A A B B
硝酸 A B B A
次氯酸钠 A B B A
大豆油 A C A A
水蒸汽(<150℃) A A C U
水蒸汽(<150℃) A C U U
甲苯 A U U A
二甲苯 A U U A
连续工作的最高温度 260℃ 135℃ 200℃ 200℃
注：A=影响或影响很小；B=轻微窄胀或物理性能损失；C=中等或严重溶胀或
物理性能损失；U=不适合。
表3 Kalrez®密封件体积溶胀性能(ASTM D471，70h)
化学介质 温度/℃ EPDM 硅橡胶 FKM Kalrez®6230 Kalrez®6221
正己烷 60 41 4 6 7 7
乙酸 100 135 1 199 3 19
丙酮 50 -6 2 65 4 3
乙醇 60 -9 10 18 1 1
碳酸亚乙酯 100 -3 0 64 0 0
甲苯 100 155 50 86 6 6
丙三醇 100 0 1 0 0 0
苯甲醇 100 -7 2 10 1 1
乙酸乙酯 60 3 11 118 5 5
甲醇 60 -5 -2 67 1 1
20%硝酸 100 139 -2 309 1 10
15%氢氧化钠 100 0 0 10 1 1
2.2 极低的抽出性能
与其它弹性体密封件相比，Kalrez®混炼胶含有更少的可抽出组分(添加剂和
填料)。这样就大大减少了加工过程中配方组分被抽出的危险性。通常以总有机
碳含量测试(TOC)来表征有机物被抽出的水平。与EPDM、FKM和硅橡胶相比，
Kalrez®制品更富有惰性和洁净，类似PTFE。
TOC(总含碳量)测试方法：EPA 415，将一个“卫生级”密封件浸入50ml无
菌的WFI液体(注射液)中(100℃×24 h)，浸渍液体稀释到100ml后，分析含碳
量。
3 Kalrez®的高温稳定性及长期弹性保持能力
基于Kalrez®6230、6221混炼胶制密封件具有突出的耐高温性能(上限是
260℃)，即使在腐蚀性化学和流体介质中也可使用。这就意味着，Kalrez®提供
了一个新的安全标准，因为，实际的工作温度相对于Kalroz®来讲，只是一个中
等的温度，并没有接近它的极限工作温度，所以，密封件的工作状态相对来讲是
比较温和的。
密封保持能力(恒应力下的保持率)和耐压缩永久变形性能，通常是预测密封
寿命的标准测试方法。Kalrez®密封件在加工介质及较高的温度下，仍具有良好
的耐压缩永久变形性能。在140℃热空气中长时间密封保持率的测试中，Kalrez®
和FKM保持能力均优于EPDM和硅橡胶。但FKM通常不耐某些介质和水蒸汽，这
当然也与生胶的类型和配方有关。
永久变形大是PTFE和其它热塑性密封件的一个主要缺点，随着时间的延长，
即使在中等的负荷和压力下，这些材料也会慢慢变形或者“蠕变”，失去原有的
密封性能。因此，热塑性垫片需要通过不断拧紧的办法来维持其防渗漏的连接能
力。在多数情况下，塑料密封件通常不能反复使用，因为它表面的变形和泄漏通
道的痕迹是永久性的，不可恢复。Kalrez®密封件系使用真正的弹性体材料制造，
具有长期的密封能力，耐压缩永久变形是它固有的特性。
表4 不同弹性体的压缩永久变形性能之比较(ASTM395方法B,214 O型圈，
70h)
化学介质 温度℃ EPDM 硅橡胶 FKM Kalrez®6230
乙酸 100 30 73 100 18
丙酮 50 27 -2 -121 23
乙醇 60 28 5 14 26
WFI(水) 100 68 81 94 40
苯甲醇 100 54 21 27 22
乙酸乙酯 60 11 -3 -109 11
甲醇 60 30 14 -84 25
20%硝酸 100 62 99 49 2
15%氢氧化钠 100 52 75 60 25
4 结论
在过去30多年中，Kalrez®密封件已在多种苛刻条件的应用中表现出良好的
性能，如在化学工业、半导体工业、石油和天然气开采工业以及航空工业等。在
高端密封件应用领域，它具有最佳的性价比，而其它密封件通常会失效。
Kalrez®密封件的含胶率比其它类型的弹性体高得多，这主要是配方组分少
的缘故。在使用过程中其可抽出及可析出的物质极少。在制药工业中，寻找一个
能够提供质量保证及相关可追溯材料的供应商是非常重要的。每一件Kalrez®密
封件都单独包装，贴有条形码，可100%追溯到原材料。
该密封件具有很宽的工作温度范围及在多种介质中都具有工作能力，它不仅
可以降低污染、减少生产故障，而且可以减少设备维护成本及降低库存。标准化
可使配件具有互换性，而不必准备多种样式的密封件。一个现代制药及分析实验
室内，通常拥有多种未知的或特殊的介质，一种密封件材料能耐多种多样的化学
介质是非常难能可贵的。
2024年3月25日发(作者：局紫南)
Kalrez®全氟弹性体在制药工业中的应用
对于制药企业来讲，加工过程中提供完整而有效的药物保护是一项具有挑战
性的工作。在今天化学和生物制药的一系列工艺过程中，需要有效处理不同温度
和压力下的多种流体介质。而绝大多数化学介质都是有毒和有腐蚀性的，包括原
材料、中间化学品、活性药物组分、清洁/杀菌剂以及副产品等。此外在杀菌过
程中，温度高达160℃。
经验表明，加工过程中最薄弱的环节是密封件的连接，包括法兰和其它管道
及设备的连接。这些连接密封件的降解和老化会导致：(1)污染生产过程中的中
间产品或成品；(2)发生泄漏，引起加工过程中断或关闭。因此密封性能十分关
键。
即使使用特殊的弹性体，如Viton®氟弹性体(FKM)或化学惰性的Teflon®聚
四氟乙烯(PTFE)，也不能完全解决密封失效问题。随着对环境及产品保护意识的
加强，及有关法规的日趋严格，选择一种合适的密封材料已经成为药品制造商必
须解决的当务之急。这种高性能的材料必须具有化学惰性及如PTFE一样的洁净
程度，同时，不能降低弹性性能，必须提供如真正的弹性体那样的密封性能。
1 Kalrez®全氟弹性体密封件对制药工艺的重要作用
为了满足更高纯净度、更好密封性能的需要，具有高性能的全氟弹性体密封
材料Kalrez®开发成功，其纯净度、耐热、耐化学介质性能与PTFE类似，特别
适合应用在制药行业。Kalrez®的回弹性能、耐压缩强度与常用的弹性材料乙丙
橡胶(EPDM)、氟橡胶(FKM)和硅橡胶基本相同。
由于综合了耐热、耐化学介质以及弹性性能，Kalrez®成为制药过程中解决
密封失效和防止污染的一个新的可靠选择。多用途的Kalrez®密封件提高药物加
工过程中的连续性和设备的可靠性，可能会进一步发展成所有药物加工过程中的
标准密封材料。
目前已经推出Kalrez®6230(黑色)和6221(白色)两种混炼胶，其典型的特理
性能如表1所示。在当今高速、全自动的化学及生物制药的生产过程中，由这两
种胶料制成的密封件均可满足使用要求。
表1 Kalrez®6221和6230典型的物理性能(非特定用途)
测试项目 实验方法 Kalrez®6221 Kalrez® 6230
硬度(邵尔A，±5) ASTM D 2240 70 75
100%定伸应力/MPa ASTM D 412 7.2 7.0
拉伸强度/MPa 500mm/min 15.2 16.6
拉断伸长率/% 150 170
压缩永久变形 ASTM D395 B 20 170
(160℃×70h)/% 2140形圈
颜色 白色 黑色
2 Kalrez®在防止泄漏和生产停顿方面的优良性能
2.1 极佳的化学介质性能
EPDM容易被矿物油和芳烃油破坏；硅橡胶容易被油、浓酸、稀碱破坏；FKM
容易被胺类及某些碱、乙醇等破坏，而Kalrez®对普遍使用的1800多种化学试
剂都具有良好的适用性能，对于一些特殊或未知的化学组分具有极好的潜在适用
性(见表2)。使用酸、碱、胺、溶剂等多种腐蚀性化学品对于Kalrez®密封件来
讲，都是很安全的。在加工过程中，Kalrez®对于液体或固体的吸收量也极低(见
表3所示的体积溶胀性能)。这样既可防止密封件因溶胀和物理性能下降带来的
密封失效问题，又可防止橡胶密封件在接触到后一种化学物品时，因吸附前一种
化学品而造成的污染。
表2 不同弹性体的耐化学介质性能比较
化学介质 Kalrez®6221/6230 EPDM 硅橡胶 FKM
乙酸 A A A B
丙酮 A A C U
柠檬酸 A A A A
过氧化氢 A B B B
异丙醇 A A A A
甲乙酮 A A U U
矿物油 A U B A
氢氧化钠 A A B B
硝酸 A B B A
次氯酸钠 A B B A
大豆油 A C A A
水蒸汽(<150℃) A A C U
水蒸汽(<150℃) A C U U
甲苯 A U U A
二甲苯 A U U A
连续工作的最高温度 260℃ 135℃ 200℃ 200℃
注：A=影响或影响很小；B=轻微窄胀或物理性能损失；C=中等或严重溶胀或
物理性能损失；U=不适合。
表3 Kalrez®密封件体积溶胀性能(ASTM D471，70h)
化学介质 温度/℃ EPDM 硅橡胶 FKM Kalrez®6230 Kalrez®6221
正己烷 60 41 4 6 7 7
乙酸 100 135 1 199 3 19
丙酮 50 -6 2 65 4 3
乙醇 60 -9 10 18 1 1
碳酸亚乙酯 100 -3 0 64 0 0
甲苯 100 155 50 86 6 6
丙三醇 100 0 1 0 0 0
苯甲醇 100 -7 2 10 1 1
乙酸乙酯 60 3 11 118 5 5
甲醇 60 -5 -2 67 1 1
20%硝酸 100 139 -2 309 1 10
15%氢氧化钠 100 0 0 10 1 1
2.2 极低的抽出性能
与其它弹性体密封件相比，Kalrez®混炼胶含有更少的可抽出组分(添加剂和
填料)。这样就大大减少了加工过程中配方组分被抽出的危险性。通常以总有机
碳含量测试(TOC)来表征有机物被抽出的水平。与EPDM、FKM和硅橡胶相比，
Kalrez®制品更富有惰性和洁净，类似PTFE。
TOC(总含碳量)测试方法：EPA 415，将一个“卫生级”密封件浸入50ml无
菌的WFI液体(注射液)中(100℃×24 h)，浸渍液体稀释到100ml后，分析含碳
量。
3 Kalrez®的高温稳定性及长期弹性保持能力
基于Kalrez®6230、6221混炼胶制密封件具有突出的耐高温性能(上限是
260℃)，即使在腐蚀性化学和流体介质中也可使用。这就意味着，Kalrez®提供
了一个新的安全标准，因为，实际的工作温度相对于Kalroz®来讲，只是一个中
等的温度，并没有接近它的极限工作温度，所以，密封件的工作状态相对来讲是
比较温和的。
密封保持能力(恒应力下的保持率)和耐压缩永久变形性能，通常是预测密封
寿命的标准测试方法。Kalrez®密封件在加工介质及较高的温度下，仍具有良好
的耐压缩永久变形性能。在140℃热空气中长时间密封保持率的测试中，Kalrez®
和FKM保持能力均优于EPDM和硅橡胶。但FKM通常不耐某些介质和水蒸汽，这
当然也与生胶的类型和配方有关。
永久变形大是PTFE和其它热塑性密封件的一个主要缺点，随着时间的延长，
即使在中等的负荷和压力下，这些材料也会慢慢变形或者“蠕变”，失去原有的
密封性能。因此，热塑性垫片需要通过不断拧紧的办法来维持其防渗漏的连接能
力。在多数情况下，塑料密封件通常不能反复使用，因为它表面的变形和泄漏通
道的痕迹是永久性的，不可恢复。Kalrez®密封件系使用真正的弹性体材料制造，
具有长期的密封能力，耐压缩永久变形是它固有的特性。
表4 不同弹性体的压缩永久变形性能之比较(ASTM395方法B,214 O型圈，
70h)
化学介质 温度℃ EPDM 硅橡胶 FKM Kalrez®6230
乙酸 100 30 73 100 18
丙酮 50 27 -2 -121 23
乙醇 60 28 5 14 26
WFI(水) 100 68 81 94 40
苯甲醇 100 54 21 27 22
乙酸乙酯 60 11 -3 -109 11
甲醇 60 30 14 -84 25
20%硝酸 100 62 99 49 2
15%氢氧化钠 100 52 75 60 25
4 结论
在过去30多年中，Kalrez®密封件已在多种苛刻条件的应用中表现出良好的
性能，如在化学工业、半导体工业、石油和天然气开采工业以及航空工业等。在
高端密封件应用领域，它具有最佳的性价比，而其它密封件通常会失效。
Kalrez®密封件的含胶率比其它类型的弹性体高得多，这主要是配方组分少
的缘故。在使用过程中其可抽出及可析出的物质极少。在制药工业中，寻找一个
能够提供质量保证及相关可追溯材料的供应商是非常重要的。每一件Kalrez®密
封件都单独包装，贴有条形码，可100%追溯到原材料。
该密封件具有很宽的工作温度范围及在多种介质中都具有工作能力，它不仅
可以降低污染、减少生产故障，而且可以减少设备维护成本及降低库存。标准化
可使配件具有互换性，而不必准备多种样式的密封件。一个现代制药及分析实验
室内，通常拥有多种未知的或特殊的介质，一种密封件材料能耐多种多样的化学
介质是非常难能可贵的。