專利名稱：一種低溶失率遇水膨脹橡膠的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低溶失率遇水膨脹橡膠的制備方法，屬于功能材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
遇水膨脹橡膠(WSR)是一種新型功能高分子材料，自20世紀(jì)70年代問世以來， 為了克服廣泛用于地下、水中和建筑等中的防水止漏橡膠密封材料因其永久變形、蠕變和 嵌接材料由固化收縮帶來的密封不嚴(yán)、止水失效的弊端，人們發(fā)明了將親水性材料與彈性 體合金化，使其形成一種具有橡膠的彈性和強(qiáng)度，同時具有吸水膨脹、擠壓情況下可保水， 達(dá)到既能適應(yīng)結(jié)構(gòu)變化，又具有吸水膨脹以水止水的雙重止水功能材料。對其稍加壓力即 可實現(xiàn)其密封防水功能，且能夠消除壓縮應(yīng)力對材料造成的破壞，而傳統(tǒng)的密封材料需壓 縮35%才能達(dá)到功效。WSR施工方便、效率高、可節(jié)省材料并降低工程造價，是換代型的防 水密封材料。它具有很好的應(yīng)用前景和巨大的市場，可廣泛用于隧道、地鐵、涵洞、游泳池、 地下室、兵器庫、糧倉、水下工程、海上采油、城鎮(zhèn)供水設(shè)施、民用建筑等，還可用于汽車集裝 箱、精密儀器及食品的防水、防潮包裝等。共混型WSR中的親水物質(zhì)，是結(jié)構(gòu)中含有親水性基團(tuán)的聚合物和礦物質(zhì)，如高吸 水性樹脂、聚氨酯類、白炭黑及膨潤土等，并以高吸水性樹脂為最多，如淀粉_丙烯腈接枝 聚合物、纖維素-丙烯腈接枝聚合物、聚乙烯醇交聯(lián)物、聚丙烯酸酯交聯(lián)物、聚環(huán)氧乙烷類 等都具有較高的吸水能力。彈性基體一般以天然橡膠、丁苯橡膠、順丁橡膠、三元乙丙橡膠 等具有較好彈性與強(qiáng)度的為基本原料。此法制備簡單、價格低廉、起始吸水迅速、膨脹率高， 但強(qiáng)極性的吸水樹脂本身凝聚力大，在橡膠中普遍存在分散不好且相容性差，浸水后易從 基質(zhì)中脫析，溶失率高，反復(fù)使用膨脹率下降，拉伸強(qiáng)度隨膨脹率增高迅速下降，所以要采 取一些措施增加吸水樹脂和橡膠基體間的相容性。使用合適的相容劑(如一段親水、一段 親油的接枝或嵌段共聚物)可以提高橡膠基體與親水性物質(zhì)的相容性，減少親水性物質(zhì)的 溶失率。張志豪以兩親性接枝共聚物聚乙烯醇接枝聚丙烯酸丁酯(PVA-g-PBA)作為氯醚橡 膠(CHR)和交聯(lián)聚丙烯酸(CPA)的相容劑可以制得高吸水倍率的遇水膨脹橡膠，但樹脂流 失率仍然較大。王彩旗以兩親性的聚氧乙烯聚丙烯酸丁酯嵌段共聚物(PEO-b-PBA)作為天 然橡膠與交聯(lián)聚丙烯酸鈉(SAP)的相容劑可制得遇水膨脹橡膠溶失率雖較低，但相容劑合 成工藝復(fù)雜、設(shè)備要求較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)而提出一種低溶失率遇水膨脹橡膠 的制備方法，所制備的遇水膨脹橡膠微觀相容性好，強(qiáng)度高，吸水膨脹、脫水復(fù)原的反復(fù)過 程中物理性能、膨脹性能穩(wěn)定，同時樹脂流失率低的優(yōu)點，工藝簡單方便，設(shè)備要求低。本發(fā)明為解決上述提出的問題所采用解決方案為一種低溶失率遇水膨脹橡膠的 制備方法，其特征在于包括有以下步驟1)高吸水樹脂的制備(a)向100重量份離子單體與非離子單體形成的混合單體中，加入0.5 1.5重量份交聯(lián)劑N-N'-亞甲基雙丙烯酰胺和0.4 1.0重量份引發(fā)劑 K2S2O8，溶解得混合溶液；(b)在反應(yīng)容器中，加入200 600重量份環(huán)己烷與10 40重量 份分散劑SpanSO，攪拌升溫至70 80°C，滴加步驟(a)所得的混合溶液，滴加完畢后，恒溫 下反應(yīng)5 6h，冷卻，將反應(yīng)產(chǎn)物倒入裝有甲醇的燒杯中，攪拌使反應(yīng)產(chǎn)物充分沉淀，抽濾， 用甲醇反復(fù)洗滌幾次，真空箱中烘干得高吸水樹脂；2)改性橡膠的制備在100重量份極性橡膠中加入5 30重量份單體，充分溶脹 后，再加入0. 01-0. 06重量份過氧化苯甲酰，攪拌均勻后于常溫下反應(yīng)3-5小時后，在60°C 條件下烘干即可；3)在密煉機(jī)或開煉機(jī)中，依次加入步驟2)所得的改性橡膠100份、步驟1)所得 的高吸水樹脂10 40重量份、植物纖維粉末5 30重量份、氧化鋅2 8重量份、硬脂酸 0. 2 1重量份、硫磺1 5重量份、二硫化苯并噻唑0. 5 4重量份、填充劑10 80重 量份，軟化劑5 50重量份，在30 100°C的共混溫度下，混煉5 60分鐘，放置10 12 小時，硫化壓制成型，得到低溶失率遇水膨脹橡膠。按上述方案，步驟1)所述的離子單體為甲基丙烯酸、丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲 基丙磺酸和二甲基二烯丙基氯化銨中的任意一種或兩種以上的混合，兩種以上的混合 時，為任意配比；所述的非離子單體為丙烯酰胺，其中離子單體與非離子單體的質(zhì)量比為 60-80 20-40。按上述方案，步驟2)所述的單體為甲基丙烯酸或丙烯酸。按上述方案，步驟2)所述的極性橡膠為丁腈橡膠、氯化聚乙烯橡膠、氯丁橡膠和 溴化丁基橡膠中的任意一種。按上述方案，所述的植物纖維粉末為竹粉、木粉、秸稈粉和稻殼粉中的任意一種或 兩種以上的混合，兩種以上混合時，為任意配比，其粒度為50 300目。按上述方案，所述的填充劑為炭黑、白炭黑、陶土和碳酸鈣中的任意一種或兩種以 上的混合，兩種以上混合時，為任意配比。按上述方案，所述的軟化劑為石蠟、石蠟油、環(huán)烷油、操作油、凡士林中的一種或兩 種以上的混合，兩種以上混合時，為任意配比。遇水膨脹橡膠主要由橡膠和吸水樹脂兩組分通過物理機(jī)械共混制備所得到，由于 橡膠的極性低，親水性差，而吸水樹脂親水性好，極性強(qiáng)，導(dǎo)致兩者相容性差，通常共混制得 的遇水膨脹橡膠中樹脂質(zhì)量流失率高。本發(fā)明采用降低吸水樹脂含量，加入親水性植物纖 維，以及通過半互穿網(wǎng)絡(luò)技術(shù)引入親水性基團(tuán)提高橡膠極性，增加了吸水樹脂與橡膠之間 的界面作用力，所制得的遇水膨脹橡膠不僅有較好的吸水性能，而且樹脂流失率低。一般來說，遇水高膨脹倍率的橡膠，吸水樹脂的含量應(yīng)大于60%，但吸水過程中橡 膠內(nèi)樹脂質(zhì)量流失率較高。為了保證較高的膨脹倍率，本發(fā)明加入親水性的植物纖維粉末 替代部分吸水樹脂，適當(dāng)降低吸水樹脂用量。利用半互穿網(wǎng)絡(luò)技術(shù)引入親水性基團(tuán)提高橡 膠基體極性，改性后的橡膠與植物纖維粉末和吸水樹脂的界面作用力和粘接力大大增強(qiáng)， 所制備的遇水膨脹橡膠具有微觀相態(tài)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，吸水膨脹倍率高以及樹脂流失率低。本發(fā)明制得的一種遇水橡膠具有膨脹倍率高、流失率低、保水性能好的特點，克服 傳統(tǒng)遇水膨脹橡膠中強(qiáng)極性的吸水樹浸水后易從橡膠中脫析，溶失率高，反復(fù)使用膨脹率 下降的缺點，由于本遇水膨脹橡膠無需加入相容劑，避免相容劑合成工藝復(fù)雜、設(shè)備要求較
4高帶來的困難。本發(fā)明制備方法簡單，設(shè)備要求低，所制的遇水膨脹橡膠可滿足工程材料的 要求，廣泛用于隧道、地鐵、涵洞、游泳池、地下室、兵器庫、糧倉、水下工程、井下采油、城鎮(zhèn) 供水設(shè)施、民用建筑等。
具體實施例方式下面的實施例是對本發(fā)明的進(jìn)一步說明，而不是限制本發(fā)明的范圍。注重量吸水率Sw與重量溶失率Lw計算方式將遇水膨脹橡膠(WSR)試樣(50mmX IOmmX 2mm)浸入含有去離子水中或者其他各 種濃度鹽水的高壓釜中，在一定的溫度下每隔一定時間取出稱重，每次稱重時要迅速吸去 試樣表面的水分，直到吸水達(dá)到飽和后，于50°C干燥至恒重。其中重量吸水率Sw、重量溶失 率Lw按以下公式計算
W,- W,
權(quán)利要求
一種低溶失率遇水膨脹橡膠的制備方法，其特征在于包括有以下步驟1)高吸水樹脂的制備(a)向100重量份離子單體與非離子單體形成的混合單體中，加入0.5～1.5重量份交聯(lián)劑N N′ 亞甲基雙丙烯酰胺和0.4～1.0重量份引發(fā)劑K2S2O8，溶解得混合溶液；(b)在反應(yīng)容器中，加入200～600重量份環(huán)己烷與10～40重量份分散劑Span80，攪拌升溫至70～80℃，滴加步驟(a)所得的混合溶液，滴加完畢后，恒溫下反應(yīng)5～6h，冷卻，將反應(yīng)產(chǎn)物倒入裝有甲醇的燒杯中，攪拌使反應(yīng)產(chǎn)物充分沉淀，抽濾，用甲醇反復(fù)洗滌幾次，真空箱中烘干得高吸水樹脂；2)改性橡膠的制備在100重量份極性橡膠中加入5～30重量份單體，充分溶脹后，再加入0.01 0.06重量份過氧化苯甲酰，攪拌均勻后于常溫下反應(yīng)3 5小時后，在60℃條件下烘干即可；3)在密煉機(jī)或開煉機(jī)中，依次加入步驟2)所得的改性橡膠100份、步驟1)所得的高吸水樹脂10～40重量份、植物纖維粉末5～30重量份、氧化鋅2～8重量份、硬脂酸0.2～1重量份、硫磺1～5重量份、二硫化苯并噻唑0.5～4重量份、填充劑10～80重量份，軟化劑5～50重量份，在30～100℃的共混溫度下，混煉5～60分鐘，放置10～12小時，硫化壓制成型，得到低溶失率遇水膨脹橡膠。
2.按權(quán)利要求1所述的低溶失率遇水膨脹橡膠的制備方法，其特征在于步驟1)所述的 離子單體為甲基丙烯酸、丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和二甲基二烯丙基氯化銨 中的任意一種或兩種以上的混合，兩種以上的混合時，為任意配比；所述的非離子單體為丙 烯酰胺，其中離子單體與非離子單體的重量比為60-80 20-40。
3.按權(quán)利要求1或2所述的低溶失率遇水膨脹橡膠的制備方法，其特征在于步驟2)所 述的單體為甲基丙烯酸或丙烯酸。
4.按權(quán)利要求1或2所述的低溶失率遇水膨脹橡膠的制備方法，其特征在于步驟2)所 述的極性橡膠為丁腈橡膠、氯化聚乙烯橡膠、氯丁橡膠和溴化丁基橡膠中的任意一種。
5.按權(quán)利要求1或2所述的低溶失率遇水膨脹橡膠的制備方法，其特征在于所述的植 物纖維粉末為竹粉、木粉、秸稈粉和稻殼粉中的任意一種或兩種以上的混合，兩種以上混合 時，為任意配比，其粒度為50 300目。
6.按權(quán)利要求1或2所述的低溶失率遇水膨脹橡膠的制備方法，其特征在于所述的填 充劑為炭黑、白炭黑、陶土和碳酸鈣中的任意一種或兩種以上的混合，兩種以上混合時，為 任意配比。
7.按權(quán)利要求1或2所述的低溶失率遇水膨脹橡膠的制備方法，其特征在于所述的 軟化劑為石蠟、石蠟油、環(huán)烷油、操作油、凡士林中的一種或兩種以上的混合，兩種以上混合 時，為任意配比。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種低溶失率遇水膨脹橡膠的制備方法，包括有以下步驟在密煉機(jī)或開煉機(jī)中，依次加入所得的改性橡膠100份、所得的高吸水樹脂10～40重量份、植物纖維粉末5～30重量份、氧化鋅2～8重量份、硬脂酸0.2～1重量份、硫磺1～5重量份、二硫化苯并噻唑0.5～4重量份、填充劑10～80重量份，軟化劑5～50重量份，混煉5～60分鐘，放置10～12小時，硫化壓制成型，得到低溶失率遇水膨脹橡膠。本發(fā)明制得的遇水橡膠具有膨脹倍率高、溶失率低、保水性能好的特點，克服傳統(tǒng)遇水膨脹橡膠中強(qiáng)極性的吸水樹浸水后易從橡膠中脫析，溶失率高，反復(fù)使用膨脹率下降的缺點，制備方法簡單，設(shè)備要求低。
文檔編號C08K3/06GK101974193SQ201010546218
公開日2011年2月16日 申請日期2010年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月17日
發(fā)明者周愛軍, 江學(xué)良, 胡凱, 范一泓 申請人:武漢工程大學(xué)