[发明专利]一种非共混型高稳定性聚丙烯酸酯吸水膨胀橡胶及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子合成与性能领域，具体涉及一种非共混型高稳定性聚丙烯酸酯吸水膨胀橡胶及其制备方法。

背景技术

吸水膨胀橡胶是一种吸水后产生膨胀变形的新型功能材料，是在橡胶基质中引入亲水性功能基团制成的，它具有一定的吸水和保水能力，同时保持了橡胶 (连续相)的高弹性和较好的力学性能。

吸水膨胀橡胶因为具有独特的吸水膨胀密封、以水止水的特性，广泛用作地铁、隧道、高速公路等建筑工程的工程变形缝、施工缝、管道接头等密封止漏材料和水坝的现场快速堵漏。

目前，吸水膨胀橡胶的橡胶基材一般选用极性大、粘合性能好、弹性大和结晶度高的橡胶，如氯丁橡胶(CR)、丁苯橡胶( SBR)、丁腈橡胶（NBR）、氯化聚乙烯橡胶(CPE)、乙烯-醋酸乙烯酯橡胶( EVM)等。吸水膨胀橡胶的亲水性物质主要有聚氨酯预聚体、聚丙烯酸系、聚丙烯酰胺系、聚乙烯醇系等合成高吸水性树脂，以及改性高钠基膨润土、白炭黑、聚乙烯醇等。

聚丙烯酸系吸水树脂的吸水能力强，有优良的保水性，且在高吸水状态下仍有很高的强度，是目前在吸水膨胀橡胶中出现的较多的体系。但由于其结构与橡胶相差较大，吸水后吸水树脂易从简单的共混体系中析出，导致吸水能力和膨胀率下降。

将多种不同类型的吸水树脂混合使用比单独使用一种吸水材料能更有效地提高与橡胶的相容性，减少吸水树脂的析出脱落，同时提高吸水膨胀橡胶的吸水性能和力学强度。

目前吸水膨胀橡胶的制备方法主要有两种：物理共混和化学接枝。

物理共混型吸水膨胀橡胶制备工艺简单、原料来源广泛、成本低廉，然而强极性吸水树脂本身凝聚力大, 在橡胶中分散性不好且相容性差, 浸水后吸水树脂易从橡胶中脱析出来, 反复使用后膨胀率和拉伸强度下降, 所以改善两者相容性很关键, 通常是加入两亲性增容剂以改善体系内部的相容性。比如：聚氧化乙烯-b-聚丙烯酸丁酯两亲性嵌段共聚物可以做为天然橡胶和聚丙烯酸钠的增容剂，其拉伸强度、断裂伸长率和吸水膨胀性能均有提高。

化学接枝型吸水膨胀橡胶是通过化学反应把亲水性基团或链段接枝到橡胶大分子上得到的具有吸水能力的橡胶。与共混型相比，由于亲水基团被以化学键结合到高分子主链上，吸水膨胀橡胶微观相容性和强度更好。然而化学接枝法反应困难，工艺繁琐，成本较高。化学接枝型吸水膨胀橡胶的制备又分为：原位生成吸水树脂进行接枝和直接添加吸水树脂接枝的方法。比如：可以在EPDM橡胶中加入丙烯酸钠单体，原位合成聚丙烯酸钠吸水树脂并接枝到EPDM上；也可以直接添加聚丙烯酸钠树脂到EPDM中进行接枝反应。

目前，无论是物理共混还是化学接枝型吸水膨胀橡胶都存在两相相容性差，或者没有化学键连接，或者只有少量的化学键连接，存在内部结构稳定性较差，长期使用后吸水树脂析出，吸水膨胀率下降的问题, 由于长期压缩下的应力弛豫, 吸水树脂析出, 吸水膨胀率大大降低。由于吸水膨胀橡胶耐久性不佳, 适应面不广, 无法满足一些特殊环境下的要求。

众所周知，共混型吸水膨胀橡胶吸水后质量流失率高于接枝型，但接枝型吸水膨胀橡胶的质量流失率也较高，比如：丙烯酸钠原位接枝丁腈橡胶制备的吸水膨胀橡胶质量流失率在6~15wt%，因此，这些吸水膨胀橡胶难以反复吸水，一次吸水后性能就会快速下降。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供了一种非共混型高稳定性聚丙烯酸酯吸水膨胀橡胶及其制备方法，本发明首先乳液聚合制备丙烯酸酯与丙烯腈的共聚物，然后将产物水解得到丙烯酸酯与丙烯酸钠的共聚物，最后将树脂干燥并交联，得到吸水膨胀ACM橡胶。 

本发明的目的是：（1）用化学合成法制备具有吸水膨胀能力的聚丙烯酸酯吸水膨胀橡胶（即ACM橡胶），使得亲水基团均匀分布在分子链上，得到结构不同于共混型和接枝型的合成型吸水膨胀橡胶。（2）用化学合成法制备具有吸水膨胀能力的ACM橡胶，得到比共混型和接枝型耐久性好，可以反复吸水，不存在吸水树脂析出问题的吸水膨胀橡胶。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种非共混型高稳定性聚丙烯酸酯吸水膨胀橡胶的制备方法，它包括以下步骤： 

（1）将乳化剂、丙烯酸乙酯、丙烯腈和水加入干燥的反应釜中得到乳液，搅拌并通氮气排氧，升温至60~90℃后，加入占上述乳液总重量0.2 wt%的引发剂，反应4~11h；