[发明专利]一种水溶橡胶及其制备方法

说明书

本发明提出了一种水溶橡胶及其制备方法，所述水溶橡胶主要由以下重量份的组分制备而成：主要由以下重量份的组分制备而成：丙烯酰胺改性聚氨酯35～55份、羧甲基壳聚糖20‑30份、相容剂5‑40份、偶联剂0.3～2份、抗氧剂0.1～1份，软化剂1～5份、交联剂0.3～3份、促进剂0.3～3份、硫磺0.5～6份。本发明提供的水溶橡胶具有一定的橡胶弹性和强度，溶解性能好，通过控制材料的配比控制溶解时间和强度保持率，实现在水中溶解，为军工领域、石油领域的客户提供定制化产品,具有较高的经济价值和社会价值。

技术领域

本发明涉及功能性高分子材料领域，具体涉及一种水溶橡胶及其制备方法。

背景技术

目前，随着技术的快速发展，遇水膨胀橡胶逐渐发展成熟，广泛应用于防水止漏橡胶密封产品，解决其密封不严的问题。但是在石油化工、军工、公路等领域的特定场景下，对发挥作用后橡胶材料提出可溶或消失的性能要求，即对水溶橡胶材料的需求日益强烈。

水溶橡胶材料主要应用于工具的密封件和可溶工具。目前，市场上极少出现水溶高分子橡胶材料，虽然，国外公司也偶有产品面世，但这类产品具有很高的局限性，并且更重要的是难以兼顾产品的强度和溶解性能、以及环境污染问题。随着油气井储层改造技术的发展，应用于油气井储层改造工艺的井下工具由可钻向可溶方向发展，目前油气井储层改造用井下工具的可溶材料有以下几种：可溶橡胶材料、可溶塑料材料、可溶金属非金属复合材料，特别是可水溶橡胶产品具有强烈的市场需求。但是目前，市场上水溶性橡胶材料极少，性能不佳，而对于开发在一定温度和时间内可控水溶橡胶更是鲜有报道。

因此，现有的水溶橡胶有待提高。

发明内容

本发明提出了一种新型的水溶橡胶及其制备方法，所述水溶橡胶具有良好的溶解性能，并且兼具机械强度，解决现有橡胶无法溶解或者溶解性能差的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供一种水溶橡胶，所述水溶橡胶主要由以下重量份的组分制备而成：

丙烯酰胺改性聚氨酯(AM-PU)35～55份、羧甲基壳聚糖20-30份、相容剂5-40份、偶联剂0.3～2份、抗氧剂0.1～1份，软化剂1～5份、交联剂0.3～3份、促进剂0.3～3份、硫磺0.5～6份。

上述配方中，采用易水解材料聚氨酯作为基体，通过接枝丙烯酰胺高分子亲水链段，主链聚氨酯具有一定的橡胶弹性和强度，接枝链丙烯酰胺具有遇水溶解的特性。同时，添加天然易水溶材料羧甲基壳聚糖引发材料水溶崩解，即溶解初期此材料极易吸收水分，可以通过控制不同材料的配比达到控制吸水速度、溶解时间，从而控制橡胶强度降低的速度，实现对橡胶的水解性能的可控，为军工领域、石油领域的客户提供定制化产品。而与配方中其他组分配合作用，羧甲基壳聚糖起到增大材料的吸水速度，丙烯酰胺改性聚氨酯可以延缓溶解速度和材料的强度保持率。

优选地，所述相容剂是由聚乙烯醇接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯(PVA-g-GMA)，或马来酸酐接枝SBS、马来酸酐接枝SEBS等体系组成，有利于组分中亲水链段和亲油链段组份份间的相容和分散。

优选地，相容剂中，聚乙烯醇接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯与马来酸酐接枝SBS(或者马来酸酐接枝SEBS)的质量比为3：1～5：1。此比例的相容剂即保证了主组分中亲水链段和亲油链段组份间的相容和分散，同时较高比例的聚乙烯醇接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯也保证了相容剂整体上的水溶性不受影响。

优选地，丙烯酰胺改性聚氨酯树脂的数均分子量为0.5～6.5万。此分子量分布的丙烯酰胺改性聚氨酯树脂材料与普通天然橡胶和丁苯橡胶材料性能相近，能够满足多数应用场景下的橡胶材料的性能要求。

优选地，羧甲基壳聚糖产品呈现粒状或粉体，目数为300～1500目，这种参数的羧甲基壳聚糖的分散性能和吸水性能优异。过低的粒径不利于其在弹性材料中的分散，过大的粒径吸水效果差，达不到溶解效果可控。