[发明专利]一种高相容性的遇水膨胀橡胶及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及橡胶领域，具体地说，涉及一种高相容性的遇水膨胀橡胶及其制备方法。

背景技术

遇水膨胀橡胶(Water Swelling Rubber，简称WSR)是一种新型的功能材料，将亲水性材料与弹性体合金化，使其形成一种具有橡胶的弹性和强度，同时具有吸水膨胀、挤压情况下可保水，达到既能适应结构变化，又具有吸水膨胀以水止水的双重止水功能材料。WSR可广泛应用于隧道、地铁、涵洞、游泳池、地下室、兵器库、粮仓、水下工程、井下采油、城镇供水设施、民用建筑等，还可用于汽车集装箱、精密仪器及食品的防水、防潮包装等。根据大量的实践和研究发现，绝大多数聚合物共混物是不相容或部分相容的。实际上，高分子共混物都是多相多组分结构的混合物，存在着相界面和相结构形态不同所产生的性能薄弱问题。高分子共混物常因相容性差，两相间界面能高，界面结合力低而导致性能下降。共混物组分之间互不相容，则润湿性和黏合性不良，但并不是相容性越大越好，而应具有适当的相容性。

现有的制备遇水膨胀橡胶的方法是：用亲水性的吸水树脂(SAP)和疏水性的橡胶进行物理共混，吸水树脂与橡胶间呈“海岛”状存在，难以形成较大的亲和力，吸水树脂不能很好的分散在橡胶相中，长期浸泡易析出，出现“流鼻涕”现象，即吸水树脂从橡胶中流失，这样会降低橡胶的吸水性能、力学性能、长期保水性和重复使用性。由于橡胶本身是疏水性材料，所以制备遇水膨胀橡胶的急需解决的问题是：作为亲水组分的吸水树脂和疏水组分的橡胶的相容性问题。使用合适的相容剂(如一段亲水、一段亲油的接枝或嵌段共聚物)可以提高橡胶基体与亲水性物质的相容性，减少亲水性物质的脱落损失。

张志豪等人以两亲性接枝共聚物聚乙烯醇接枝聚丙烯酸丁酯(PVA-g-PBA)作为氯醇橡胶(CHR)和交联聚丙烯酸(CPA)的相容剂可以制得高吸水倍率的遇水膨胀橡胶，但树脂流失率大。详细请见Zhang Zhihao，Zhang Guo，Zhang Yue.Mechanical properties，water swelling behavior，and morphology of swellable rubber compatibilized by PVA-g-PBA[J].Polymer Engineering and Science，2004，44(1)：72～78。

王彩旗等人以两亲性的聚氧乙烯聚丙烯酸丁酯嵌段共聚物(PEO-b-PBA)作为天然橡胶与交联聚丙烯酸钠(SAP)的相容剂可制得高强度的遇水膨胀橡胶，但相容剂合成工艺复杂、设备要求较高。详细请见王彩旗，张国，董宇平，等.PEO-b-PBA对天然橡胶/高吸水树脂共混体系增容作用的研究[J].材料科学与工程，2002，20(2)：180～182。

周爱军等人以含聚氧化乙烯(PEO300)嵌段的亲水亲油型多嵌段共聚物作为天然橡胶和聚丙烯酸钠的增容剂，提高了遇水膨胀橡胶的吸水速率，但增容剂制备过程复杂。详细请见周爱军，刘长生.多嵌段共聚物增容的遇水膨胀橡胶研究[J].化肥设计，2002，40(5)：15～18。

CN101812191A公开了一种互穿网络型遇水膨胀橡胶的制备方法，将合成聚氨酯的两种主要原料多异氰酸酯和多元醇(聚乙二醇)直接混入制备遇水膨胀橡胶的胶料中，通过遇水膨胀橡胶的混炼、硫化等制备工艺制得遇水膨胀聚氨酯弹性体。该WSR耐离子性强，吸水速率可控，一定程度上改善了树脂与橡胶的相容性，但效果不是很显著，吸水树脂流失率只有稍微降低；另外，该WSR在化学成分、结构及含量上具有很大的不确定性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是改进遇水膨胀橡胶中吸水树脂与橡胶材料的相容性，降低吸水树脂的流失率和提高吸水后橡胶材料的力学强度。一般来说，橡胶的极性低，亲水性差，而吸水树脂含有亲水性基团，极性大，在橡胶/吸水树脂共混体系中加入两亲性的物质作为增容剂，期望改善亲水性分散相和亲油性连续相的相容性，减少吸水树脂的脱落损失，降低其流失率，从而增强遇水膨胀橡胶的吸水膨胀性能及力学强度。

本发明的目的之一是提供一种高相容性的遇水膨胀橡胶。

所述高相容性的遇水膨胀橡胶，包含有按以下重量份数共混的组分及补强体系和硫化体系：(a)橡胶100份；(b)吸水树脂20～40份；(c)两亲性聚氨酯5～30份。

以上所述的橡胶可为现有技术中的各种橡胶，优选为丁腈橡胶、天然橡胶、乙丙橡胶、氯丁橡胶等。