[发明专利]一种遇水膨胀聚氨酯弹性体的制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种高性能的遇水膨胀聚氨酯弹性体的制备方法，其制备的膨胀聚氨酯弹性体广泛应用于桥梁、地铁、隧道、给排水、矿山防水、止漏等工程领域，属密封材料制备技术领域。

背景技术：

遇水膨胀弹性体通常称为吸水膨胀橡胶，是一种具有弹性密封止水和遇水膨胀止水双重功能的新型功能高分子材料，自20世纪70年代问世以来，以其独特的止水特性，受到人们普遍青睐，广泛应用于隧道工程、地铁工程、海上采油、精密仪器及市政工程等的防水、防潮等领域。通常的遇水膨胀弹性体是在橡胶等弹性体基体分子链上通过化学接枝引入亲水基团或通过物理方法在基体中直接加入亲水材料而制成，利用水与亲水基团或亲水材料之间物理化学作用吸收水分，体积膨胀至自身质量或体积的数倍乃至数百倍，达到弹性体阻水与遇水膨胀阻水的目的。目前，通常使用的多数遇水膨胀橡胶是在橡胶中加入高吸水性树脂，其制备方法是通过物理共混硫化而制得，采用这种方法，因吸水树脂与橡胶材料相容性不好，在弹性体中的分散性不好，容易导致吸水后高吸水树脂从弹性体中流失，反复浸泡后膨胀性能下降，逐渐失去使用价值；另外，对于矿化度较高的水体，例如海水、油井等场所，由于水中Ca²⁺、Mg²⁺、Na⁺、K⁺等矿物离子浓度较高，对以离子吸水为主的高吸水树脂如聚丙烯酸钠树脂来讲，在海水中膨胀率却很小，使用价值不高。所以，寻求设计一种高性能遇水膨胀聚氨酯弹性体的制备方法成为本行业内急需探讨的技术问题。

发明内容：

本发明的目在于克服现有技术的缺点，针对普通遇水膨胀橡胶存在的静水膨胀质量损失大、可重复膨胀次数少、强度低、在高矿化度场所膨胀率低的缺点和不足，提供一种强度高、对水中矿物离子不敏感、膨胀后质量损失小、反复浸泡膨胀率变化小的遇水膨胀弹性体的制备方法，该方法制备的遇水膨胀弹性体不受水中矿物离子种类及浓度的影响，膨胀率高、反复膨胀次数高且膨胀倍率可调；其生产加工工艺简单，操控灵便，可加热硫化也可室温硫化。

为了实现上述目的，本发明方法先将质量比为70～90∶10～20∶10～25∶3～5的聚醚多元醇、异氰酸酯、增塑剂、纳米填料加入反应釜中，100℃～130℃加热搅拌，-0.1MPa真空脱水、反应2～4小时制得游离异氰酸根含量1.5％～6％的聚氨酯预聚体，然后将质量比为70～90∶5～10∶0.1～0.5预聚体、扩链剂或交联剂、催化剂均匀混合，在80℃～130℃温度下硫化0.5～2小时或室温下硫化12～24小时后，再在100℃～130℃二次硫化8～24小时制得高性能遇水膨胀聚氨酯弹性体。

本发明所述的聚醚多元醇由不同结构的环氧丙烷、环氧乙烷、四氢呋喃无轨共聚且具有高-CH₂CH₂O-嵌段含量的低不饱和度亲水性聚醚多元醇混合而成；由官能度2～3，平均分子量1000～5000的聚醚多元醇按照35～45∶40～60∶25～35混合而成，尤其是分子量2000～4000的聚醚多元醇混合。

本发明所述的异氰酸酯包括甲苯二异氰酸酯(TDI-65、TDI-80、TDI-100)、二苯基甲烷二异氰酸酯(纯MDI、液化改性MDI)、对苯二异氰酸酯(PPDI)和1，5-萘二异氰酸酯(NDI)。

本发明所述的增塑剂包括邻苯二甲酸二甲酯(DMP)、邻苯二甲酸二乙酯(DEP)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸二辛酯(DOP)、邻苯二甲酸二异壬酯(DINP)、邻苯二甲酸二甲氧乙基酯(DMEP)和邻苯二甲酸二异癸酯(DIDP)。

本发明所述的纳米填料包括纳米CaCO₃、纳米SiO₂和纳米炭黑。

本发明所述的扩链剂或交联剂包括3，3′-二氯-4，4′-二氨基二苯基甲烷(MOCA)、2，4-(2，6-)二氨基-3，5-甲硫基甲苯(DMTDA)、2，4-(2，6-)二氨基-3，5-乙基基甲苯(DETDA)、2，4-(2，6-)二氨基-3，5-甲硫基氯苯、2，4-(2，6-)二氨基-3，5-甲硫基乙苯、乙二醇(ED)、1，4-丁二醇(BD)、二甘醇(DEG)、三羟甲基丙烷(TMP)、三异丙醇胺(TIPA)、三乙醇胺(TGA)、对苯二酚双-β-羟乙基醚(HQEE)和间苯二酚双-β-羟乙基醚(HER)。

本发明所述的催化剂包括二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、异锌酸铅和异锌酸锌。

本发明涉及的遇水膨胀聚氨酯弹性体吸水体积膨胀率S_v计算方法：