[发明专利]一种快速吸水高力学性能吸水膨胀橡胶的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种吸水膨胀橡胶的制备方法，具体涉及一种吸水能力强、吸水速度快、反复吸水能力良好、力学性能高的吸水膨胀橡胶的制备方法。

背景技术

WSR(吸水膨胀橡胶)按橡胶是否硫化可分为制品型和腻子型。目前，制备WSR的技术有物理共混法和化学接枝法。物理共混法是通过适当的混炼工艺，将高吸水树脂均匀地分散在橡胶中来制备WSR；化学接枝法是将亲水链段或基团(如羟基、羧基、醚基等)，通过化学反应接枝到橡胶分子链上，从而制备WSR的一种方法。化学接枝法制备的WSR，由于亲水基团通过化学键结合进入高分子主链，与物理共混法相比，具有微观相容性好、强度高的特点；在吸水膨胀、脱水复原的反复过程中物理性能和膨胀性能稳定。但通常存在接枝反应困难，工艺繁琐，橡胶主体弹性较差等问题。

WSR的生产研究国内外已有大量的文献报道，但用目前技术制备的制品型WSR存在吸水率低，吸水速率慢，吸水后力学性能下降明显及反复吸水能力差等缺点，如一般WSR吸水率在3倍以下，吸水前的拉伸强度在6MPa左右，达到吸水平衡需几十个小时，在保证2～3倍吸水率的前提下，其吸水后强度降到3MPa以下。

发明内容

本发明的目的是针对目前WSR吸水能力差、吸水速度慢、力学性能差等缺点提供一种制备吸水能力强、吸水速度快、反复吸水能力强、力学性能强的吸水膨胀橡胶的新方法。

本发明的关键是将亲水性的纳米粒子如纳米硅溶胶、纳米微晶纤维素、纳米淀粉、纳米蒙脱土、纳米羟基磷灰石等均匀分散在橡胶基质中，形成吸水通道，以充分发挥高吸水树脂高吸水性的特点，同时利用纳米粒子对橡胶基质的增强作用，通过接枝条件和硫化配方的优化，使制备的WSR具有吸水能力强、吸水速度快、反复吸水能力强、力学性能强等优点，且制备工艺简单。用本发明方法制备的腻子型WSR吸水率在20～350之间，保水能力和反复吸水能力好；制品型WSR吸水率在2～21倍之间，吸水前拉伸强度5～20MPa，吸水后拉伸强度1～12MPa，扯断伸长率在250～900％之间，7～13h即可达到吸水平衡。

本发明所采用的技术方案是：

一种快速吸水高力学性能吸水膨胀橡胶的制备方法，具体步骤如下：

(1)亲水性无机纳米粒子的分散处理

将亲水性无机纳米粒子分散在去离子水中，用超声波处理20～60min。所述亲水性无机纳米粒子是纳米微晶纤维素、硅溶胶、纳米淀粉、纳米蒙脱土、纳米羟基磷灰石中的一种或混合。

(2)单体溶液的配制

丙烯酸-丙烯酸钠溶液的配制：将丙烯酸置于有冰水浴冷却的容器中，在搅拌下，滴加25％的氢氧化钠溶液至溶液呈弱酸性制得丙烯酸与丙烯酸钠的混合溶液。

丙烯酰胺溶液的配制：将去离子水加入到丙烯酰胺中进行稀释。

(3)接枝共聚物的制备

取含100phr干胶的天然胶乳置于反应容器中，以干胶质量计先加入1～5％的平平加O，再加入0.1～10phr用超声波处理过的亲水性纳米粒子及与氧化剂等摩尔量的亚硫酸氢钠还原剂，搅拌、通氮排氧20min后滴加10～1000phr配好的接枝单体溶液，再以单体质量计加入0.10～10.0％的N，N`-亚甲基双丙烯酰胺交联剂和去离子水控制体系中单体浓度在1.5～5.0mol/L之间，最后再以干胶和单体的总质量计加入0.10～10.0％的氧化剂开始反应。在40～90℃下反应至聚合物爬杆，结束反应，将聚合物在70～80℃下烘干即得腻子型WSR。所述氧化剂是过硫酸盐。所述单体溶液是丙烯酸-丙烯酸钠溶液或丙烯酰胺溶液中的一种或混合。

(4)混炼、硫化制备制品型吸水膨胀橡胶

将步骤3)制得的腻子型吸水膨胀橡胶用开炼机混炼，配合剂用量(以100phr干胶质量计)及加入顺序为：1～5phr硬脂酸、3～5phr氧化锌+0.5～15.0phr促进剂D+0.5～1.5phr促进剂DM、1～4phr硫磺。混炼均匀后，混炼胶停放2～24h，在16～18Mpa压力和140℃条件下硫化成型即得制品型吸水膨胀橡胶。

测试方法如下：

(1)吸液性能的测定

片状试样标准：20mm×20mm×2mm

①吸水率的测定：先将标准试样称重，然后浸入去离子水中，每隔-定时间取出称重，直至试样重量不发生变化。

吸液倍率＝(吸水后质量-吸水前质量)/吸水前质量