[发明专利]一种高强度、抗盐型吸水膨胀弹性体及制备方法

说明书

本发明公开了一种高强度、抗盐型吸水膨胀弹性体的制备方法，各组分的重量份为：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：弹性体100～120份，耐盐吸水树脂20‑40份，硫酸钡及氧化锌5‑7份，硬脂酸1‑2份，喷雾白炭黑及黑炭黑8‑12份，防老剂1.5‑2.5份，交联剂4‑6份，非离子表面活性剂3‑4份，有机过氧化物1.5‑2.5份，膨润土10‑15份，硫磺0.3‑0.5份，促进剂0.8‑1.8份。本发明的吸水膨胀弹性体性能稳定，抗盐吸水树脂与高分子弹性体的相容性好，反复吸水后膨胀率变化小，具有高强度、抗盐性及加工性能好，可满足生产工艺简单、生产成本低廉的要求。

技术领域

本发明属于合成高分子弹性体材料与提高材料强度及抗盐性能应用于工程领域，具体涉及一种高强度、抗盐型吸水膨胀弹性体材料及其制备方法。

背景技术

吸水膨胀弹性体作为一种新型功能性材料，自20世纪70年代问世以来，因其独特的性能广泛应用于隧道、地铁、涵洞、游泳池、地下室、兵器库、粮仓、水下工程、海陆上采油、城镇供水设施和民用建筑，还可用于汽车集装箱、精密仪器及食品的防水防潮包装等。

吸水膨胀弹性体的吸水机理如下：弹性基体主要由高聚合度碳、氢链节构成，本身是疏水性物质。当在基体中引入亲水基团或亲水性组分后，再与水接触时，水分子会进入基体中，与弹性体中的亲水性基团形成极强的亲和力，并将弹性体中的亲水性物质溶解或溶胀，在弹性体内外形成渗透压差，这种压差促进水向弹性体内部渗透。亲水性物质不断吸收水分，致使弹性体发生形变。当弹性体自身抗形变力和渗透压差相等时，达到平衡，即达到静水最大膨胀率，吸水膨胀作用保持相对稳定。

目前吸水膨胀弹性体的制备方法主要有两种：物理共混和化学接枝。

物理共混制备吸水膨胀弹性体是将弹性体与吸水树脂进行物理共混得到的吸水膨胀胶。这种方法制备工艺简单、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，在弹性体中分散性不好且相容性差，浸水后吸水树脂易从弹性体中脱析出来，反复使用后膨胀率和拉伸强度下降。

化学接枝法制备吸水膨胀弹性体是通过化学反应把亲水性基团或链段接枝到弹性体大分子上得到的具有吸水能力的弹性体。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，吸水膨胀弹性体相容性和强度有所改善。但是化学接枝法生产工艺复杂，生产成本高，实现工业化生产难度比较大。

现有的制备方法用亲水性的吸水树脂(SAP)和疏水性的弹性体进行物理共混或者接枝吸水树脂与弹性体间呈“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弹性体相中，长期浸泡易析出，即吸水树脂从弹性体中流失，这样会降低弹性体的吸水性能、力学性能、长期保水性和重复使用性。由于弹性体本身是疏水性材料，一般来说，弹性体的极性低，亲水性差，而吸水树脂含有亲水性基团，极性大，在弹性体/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，从而增强吸水膨胀弹性体的吸水膨胀性能及力学强度。所以制备吸水膨胀弹性体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弹性体的相容性问题。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)可以提高弹性体基体与亲水性物质的相容性，减少亲水性物质的脱落损失。

国内外一些油田服务公司也将该类弹性体作为井下工具的主要密封元件，投入了比较大的开发力度，应用效果极好，扩大了该弹性体的应用领域。特别在石油钻采工程中，采用吸水膨胀弹性体制备吸水水自膨胀封隔器，其在石油钻采工程应用范围及优势主要体现在以下几点：①用于水平井分段完井，可自动封隔先出水层段，无需后期堵水作业；②完井作业时下入到复杂地层、薄隔层的水层上方辅助固井，可以有效阻止油气水窜，也可用于射孔区域两端，防止因射孔等作业对水泥环的损伤形成环空窜流通道；③对于封隔作业要求高的井况，采用自膨胀封隔器，可以实现长期有效封隔，提高封隔寿命和封隔效果。