[发明专利]一种遇水膨胀橡胶的制备方法

说明书

本发明涉及一种遇水膨胀橡胶的制备方法，属于橡胶材料技术领域。本发明将马来酸酐接枝丙烯酰胺共聚物，然后淀粉经过糊化接枝马来酸酐‑丙烯酰胺，制得淀粉‑马来酸酐‑丙烯酰胺共聚物作为遇水膨胀橡胶中的吸水组份和相容剂，以丁腈橡胶作为基体，结合硫化剂过氧化二异丙苯、补强剂白炭黑和防老剂4010，制备出耐盐性较好的遇水膨胀橡胶，由于丙烯酰胺中的‑CONH₂为非离子基团，在水中不解离，受离子的影响小，因此丙烯酰胺的引入对遇水膨胀橡胶的耐盐性能有明显改善；吸水组份会与不同矿化度水形成大量氢键，反复浸泡使得亲水链得到舒展，橡胶互穿网络结构变得更加完美，柔顺性增强，增加了拉伸强度，从而具有良好的耐盐性。

技术领域

本发明涉及一种遇水膨胀橡胶的制备方法，属于橡胶材料技术领域。

背景技术

遇水膨胀材料在各个领域的需求量日益剧增，但是不同领域的对其又有不同的要求。建筑行业中的缝隙防水堵漏和密封，需要WSR材料常温下能够固化；防洪止水行业需要WSR材料能够迅速膨胀、而且要求价格低廉；而在石油开采行业，则需要WSR材料能够耐受高温、高压、高矿化度且膨胀缓慢等性能。单一性能的WSR材料已经无法满足所有行业的技术需求，因此，多方面拓展WSR材料功能成为WSR材料研究领域的新挑战。但是经过长期使用，WSR材料存在着力学性能下降、基体老化、吸水剂析出等瓶颈性难题，因此，改良配方、优化制备工艺、选择吸水材料等方面都是WSR材料研究领域的重点，旨在实现不同环境条件下WSR材料长期稳定使用的目标。WSR材料想要获得长远的发展，就必须攻克现存的这些瓶颈性难题。

遇水膨胀橡胶（WSR）是一种新型的多功能高分子材料，具有吸水膨胀止水和弹性密封止水双重特性。WSR材料主要是由橡胶基体、吸水剂组分以及多种功能助剂制备而成，既具有橡胶的弹性特质，又具备亲水性树脂的吸水膨胀性能，而且吸水后可以发生质量和体积双重膨胀，能够膨胀至原来的数倍至数百倍，具有良好的应用前景和巨大的市场空间。WSR材料具备的弹性体性能和吸水后的膨胀形变带来的较大膨胀压力，使其能够适应多种复杂情况的止水堵漏需要，因此WSR材料可以应用在水坝缝隙、油藏地下缝隙，基础工程中的变形和施工接缝处、供水设备等管道连接处、地下作业设备和航空航天领域等，是一种具有综合性能的理想密封材料。

WSR材料主要成分是橡胶基体和吸水组分，其吸水过程是化学吸附和物理吸附共同作用的结果。当与水接触时，水分子通过扩散、毛细管作用和表面吸附等物理作用进入橡胶内，与橡胶中的亲水性基团形成极强的亲和力，WSR材料内外出现压强差，亲水组分不断吸收水分，致使WSR发生膨胀形变。

橡胶基体是WSR材料中两大最重要组成部分之一，WSR制备过程中首先需要考虑的因素是橡胶基体的性能。WSR的基体材料不仅决定了WSR材料整体的力学性能，也会影响材料整体的吸水膨胀性能。在橡胶基体的选择过程中，必须考虑多方面因素的影响。另外，WSR材料的综合性能也受橡胶基体和亲水组分相容性高低的影响。一般而言，弹性大、极性高、粘合性好的橡胶基体材料与亲水组分的相容性也比较好，因此在制备过程中，我们一般选用NBR、EVM、CR、SBR、CPE作为WSR材料基体。非结晶型的橡胶基体能够导致WSR材料出现冷流现象，所以常温下结晶区域或玻璃化区域在5%～50%范围内的二烯类橡胶是WSR基体的首选材料。

WSR材料的亲水剂组分一般是结构中含有亲水性基团（如羧基、羟基、酰胺基、磺酸基、氨基、磷酸基、亚磺酸基）或亲水性链段的聚合物，可以作为WSR材料中亲水剂组分的材料种类很多，如纤维素、高吸水性树脂（SAR）、聚乙烯醇、聚氨酯（PU）、有机蒙脱土、白炭黑及膨润土等。合成类的SAR材料吸水保水能力最强，因此应用最广泛，而且SAR种类众多，不同类型的SAR吸水机理也不同。根据吸水倍率、保水性能、热稳定性及耐腐蚀性等因素，用于制备WSR材料的高吸水树脂，可以分为以下三类：一、纤维素系高吸水树脂，由纤维素与亲水性单体接枝反应而成；二、淀粉系高吸水树脂，由淀粉与亲水性单体接枝反应而成；三、合成聚合物系高吸水树脂，主要指亲水性聚丙烯酸系、聚乙烯醇系和聚氨酯预聚体等。