[发明专利]一种高性能吸水膨胀橡胶及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高性能吸水膨胀橡胶及其制备方法，属于橡胶制品技术领域。

背景技术

吸水膨胀橡胶(Water Swellable Rubber，简称WSR)是上世纪70年代末期由日本首先开发出的一种新型功能高分子材料。WSR是在传统的弹性基体(如橡胶和热塑性弹性体)中引入亲水基团或亲水组分而制成的，该产品吸水后可膨胀至自身质量或体积的数倍乃至数百倍，能适应结构变形，并产生较大膨胀压力，在保持基体的弹性和强度的同时，还具有保水止水的能力。

吸水膨胀橡胶的制备方法主要有以下两类：

(1)物理共混法：根据共混方式可分为机械共混和乳液共混两种方式。机械共混法是让橡胶和吸水树脂机械共混，待生胶包辊后加入树脂和其它助剂，使吸水材料宏观上均匀地分散在橡胶中。另一种是乳液共混法，将胶乳、吸水树脂和助剂加入搅拌器，搅拌均匀后实行真空脱水、熟成、注模、硫化，相对于机械共混法而言，乳液共混型遇水膨胀橡胶具有较高的分散性和均一性以及微区尺寸较小的特点。

(2)化学接枝法：通过化学方法将亲水基团接枝到橡胶大分子上来实现橡胶遇水膨胀，其包括偶联接枝法和引发接枝法。偶联接枝是指亲水聚合物分子链末端反应基团同橡胶分子链中的反应基团反应；引发接枝是在聚合物链中所有形成的反应活性中心引发另一单体聚合而生成接枝共聚物。

吸水膨胀橡胶是一种新型功能高分子材料，其是一种能在保持橡胶高弹性的同时具有快速吸水和保水性能的防水密封材料。因此，吸水膨胀橡胶被广泛用于隧道、涵洞、地铁等工程或地面混凝土预制板缝隙等领域。目前，国内外一些油田服务公司也将该类橡胶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，扩大了该橡胶的应用领域。

目前，吸水膨胀橡胶的研究都存在以下问题：

(1)橡胶基体与各个组分之间的相容性比较差，使得硫化成型后的制品的性能偏低，尤其是在吸水膨胀之后，力学性能下降尤其明显，这严重限制了吸水膨胀橡胶的发展，限定了它只能用于简单的堵水或者没有较大压力存在的工作环境中；

(2)制备出来的吸水橡胶在酸、碱等离子溶液中的膨胀比不够，且在矿化度比较高的混合溶液中的性能偏低，阻碍了吸水膨胀橡胶的使用范围。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种高性能吸水膨胀橡胶及其制备方法。该高性能吸水膨胀橡胶的原料组成包括叠氮类偶联剂，使制备得到的吸水膨胀橡胶具有优异的力学性能和高膨胀性能。该制备方法具有工艺简单，生产成本较低等优点。

为达上述目的，本发明提供一种高性能吸水膨胀橡胶，以重量份计，其原料组成包括：橡胶基体100份、叠氮类偶联剂1-5份、吸水材料20-60份、填充剂10-80份。

本发明利用叠氮类偶联剂的偶联作用，对橡胶基体、填充剂、吸水材料进行改性，生成原位聚合物。叠氮基可与吸水膨胀橡胶的其他原料的碳氢键反应而以共价键键接，从而使叠氮类偶联剂与填充剂、吸水材料之间进行分解、交联，然后与橡胶基体聚合在一起，通过吸水膨胀橡胶的各组分之间形成的作用力比较大的氢键，构成大的网状结构；通用偶联作用，使得填充剂和吸水材料颗粒均匀的分布在橡胶基体中，改善了吸水材料、填充剂在橡胶基体中很难分散均匀的问题，使该吸水膨胀橡胶在膨胀倍数足够的情况下依然能够保持足够的力学性能，适应于比较恶劣的工作环境。

根据本发明的具体实施方式，优选地，所述吸水膨胀橡胶的原料组成还包括：硫化剂、软化剂、活性剂、促进剂等中的一种或几种的组合；以重量份计，各原料的用量为：硫化剂0.5-2份、软化剂8-10份、活性剂8-10份、促进剂0.5-2。

根据本发明的具体实施方式，优选地，以重量份计，所述吸水膨胀橡胶的原料组成还包括：防老剂1份。

在上述吸水膨胀橡胶中，优选地，所述橡胶基体包括丁腈橡胶、氯丁橡胶、三元乙丙橡胶、氯化聚乙烯橡胶和天然橡胶等中的一种或几种的组合。当所述吸水膨胀橡胶的原料组成包括上述两种以上橡胶基体时，其以任意比例混合。

在上述吸水膨胀橡胶中，优选地，所述叠氮类偶联剂包括叠氮基三甲基硅烷偶联剂和/或叠氮磺酰硅烷偶联剂等。当所述吸水膨胀橡胶的原料组成包括上述两种叠氮类偶联剂时，其以任意比例混合。

在上述吸水膨胀橡胶中，优选地，所述吸水材料包括淀粉系吸水材料、纤维素系吸水材料和合成树脂系吸水材料等中的一种或几种的组合。当所述吸水膨胀橡胶的原料组成包括上述两种以上吸水材料时，其以任意比例混合。