一种高相容性的遇水膨胀橡胶及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种高相容性的遇水膨胀橡胶及其制法。该橡胶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：(a)橡胶100份；(b)吸水树脂20～40份；(c)两亲性聚氨酯5～30份。以上所述改性高吸水树脂为聚丙烯酸系高吸水树脂；以上所述两亲性聚氨酯，其聚氨酯分子链的一端为含有端羟基和双键的长链脂肪烃，通过在聚氨酯预聚物上引入含端羟基及双键的长链脂肪烃而得到。将橡胶、改性高吸水树脂及两亲性聚氨酯在内的组分混炼、硫化压制成型得到遇水膨胀橡胶。本发明专利技术的高相容性遇水膨胀橡胶吸水树脂流失率低，提高了吸水后材料的强度；工艺简单方便，对设备的要求低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及橡胶领域，具体地说，涉及ー种高相容性的遇水膨胀橡胶及其制备方法。
技术介绍
遇水膨胀橡胶(Water Swelling Rubber,简称WSR)是ー种新型的功能材料,将亲水性材料与弾性体合金化，使其形成ー种具有橡胶的弾性和強度，同时具有吸水膨胀、挤压情况下可保水，达到既能适应结构变化，又具有吸水膨胀以水止水的双重止水功能材料。WSR可广泛应用于隧道、地铁、涵洞、游泳池、地下室、兵器库、粮仓、水下工程、井下采油、城镇供水设施、民用建筑等，还可用于汽车集装箱、精密仪器及食品的防水、防潮包装等。根据大量的实践和研究发现，绝大多数聚合物共混物是不相容或部分相容的。实际上，高分子共混物都是多相多组分结构的混合物，存在着相界面和相结构形态不同所产生的性能薄弱问题。高分子共混物常因相容性差，两相间界面能高，界面结合力低而导致性能下降。共混物组分之间互不相客，则润湿性和黏合性不良，但并不是相容性越大越好，而应具有适当的相容性。现有的制备遇水膨胀橡胶的方法是:用亲水性的吸水树脂(SAP)和疏水性的橡胶进行物理共混，吸水树脂与橡胶间呈“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橡胶相中，长期浸泡易析出，出现“流鼻涕”现象，即吸水树脂从橡胶中流失，这样会降低橡胶的吸水性能、力学性能、长期保水性和重复使用性。由于橡胶本身是疏水性材料，所以制备遇水膨胀橡胶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橡胶的相容性问题。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)可以提高橡胶基体与亲水性物质的相容性，减少亲水性物质的脱落损失。张志豪等人以两 亲性接枝共聚物聚こ烯醇接枝聚丙烯酸丁酯(PVA-g-PBA)作为氯醇橡胶(CHR)和交联聚丙烯酸(CPA)的相容剂可以制得高吸水倍率的遇水膨胀橡胶，但树月旨流失率大° 详细请见 Zhang Zhihao, Zhang Guo, Zhang Yue.Mechanical properties,water swelling behavior, and morphology of swellabie rubber compatibilized byPVA-g-PBA[J].Polymer Engineering and Science，2004，44 (I):72 78。王彩旗等人以两亲性的聚氧こ烯聚丙烯酸丁酯嵌段共聚物(PE0-b-PBA)作为天然橡胶与交联聚丙烯酸钠(SAP)的相容剂可制得高強度的遇水膨胀橡胶，但相容剂合成エ艺复杂、设备要求较高。详细请见王彩旗，张国，董宇平，等.PE0-b-PBA对天然橡胶/高吸水树脂共混体系增容作用的研究[J].材料科学与工程，2002，20 (2):180 182。周爱军等人以含聚氧化こ烯(PE0300)嵌段的亲水亲油型多嵌段共聚物作为天然橡胶和聚丙烯酸钠的增容剂，提高了遇水膨胀橡胶的吸水速率，但增容剂制备过程复杂。详细请见周爱军，刘长生.多嵌段共聚物增容的遇水膨胀橡胶研究[J].化肥设计，2002，40(5):15 18。CN101812191A公开了ー种互穿网络型遇水膨胀橡胶的制备方法，将合成聚氨酯的两种主要原料多异氰酸酯和多元醇(聚こニ醇)直接混入制备遇水膨胀橡胶的胶料中，通过遇水膨胀橡胶的混炼、硫化等制备エ艺制得遇水膨胀聚氨酯弾性体。该WSR耐离子性強，吸水速率可控，一定程度上改善了树脂与橡胶的相容性，但效果不是很显著，吸水树脂流失率只有稍微降低；另外，该WSR在化学成分、结构及含量上具有很大的不确定性。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是改进遇水膨胀橡胶中吸水树脂与橡胶材料的相容性，降低吸水树脂的流失率和提高吸水后橡胶材料的力学強度。一般来说，橡胶的极性低，亲水性差，而吸水树脂含有亲水性基团，极性大，在橡胶/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，減少吸水树脂的脱落损失，降低其流失率，从而增强遇水膨胀橡胶的吸水膨胀性能及力学強度。本专利技术的目的之ー是提供ー种高相容性的遇水膨胀橡胶。所述高相容性的 遇水膨胀橡胶，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:(a)橡胶100份；(b)吸水树脂20 40份；(c)两亲性聚氨酯5 30份。以上所述的橡胶可为现有技术中的各种橡胶，优选为丁腈橡胶、天然橡胶、こ丙橡胶、氯丁橡胶等。以上所述吸水树脂可采用现有技术中各种吸水性树脂，优选为淀粉系吸水树脂、纤维素系吸水树脂、合成聚合物系吸水树脂等。更优选为合成聚合物系吸水树脂，比如聚丙烯酸系吸水树脂、聚こ烯醇系吸水树脂、聚氧こ烯系吸水树脂等吸水树脂中的至少ー种，更优选聚丙烯酸系吸水树脂。以上所述两亲性聚氨酯，其聚氨酯分子链的一端为含有端羟基和双键的长链脂肪烃，该长链脂肪烃优选为C5 C20的脂肪烃，更优选为端羟基聚丁ニ烯；在两亲性聚氨酯中长链脂肪烃的摩尔百分数为2% 10%。本专利技术所述的两亲性聚氨酯作为高吸水树脂与橡胶之间的增容剂，用以改善两者之间的相容性。所述的两亲性聚氨酯，其分子链一端为含端羟基及双键的长链脂肪烃，与橡胶基体材料相容性好井能产生键合作用，且可以与橡胶基体因硫化而交联；另一端为聚氨酷，其具有亲水性，与高吸水树脂有很好的相容性，显著提高了橡胶和吸水树脂之间的相容性，从而明显降低吸水树脂的流失率，遇水膨胀橡胶的力学性能变化也不大。且两亲性聚氨酯本身具有一定的吸水能力，不仅不影响丙烯酸类吸水树脂的吸水性能，而且还在一定程度上增强了遇水膨胀橡胶的吸水性能，同时两亲性聚氨酯作为增容剂能显著提高含高吸水树脂的遇水膨胀橡胶的吸水后的力学強度。本专利技术所述的高相容性遇水膨胀橡胶，其中的两亲性聚氨酯可采用现有技术中已有的一端为含端羟基及双键的长链脂肪烃的改性聚氨酯，也可以由下述方法制成的:先将多异氰酸酯和多元醇在催化剂存在下直接反应，制备亲水性聚氨酯的预聚体；然后再在亲水性聚氨酯预聚体中引入能与橡胶基体材料相容性好井能产生键合作用的含端羟基及双键的长链脂肪烃，得到所述两亲性聚氨酷。具体来讲，将多元醇在100 120°C真空脱水后，同多异氰酸酯等摩尔比混合，カロ入锡盐类催化剂，缓慢升温于30 100°C下搅拌反应，得到聚氨酯预聚体。预聚反应时间没有特定限制，反应完成即可，一般在20 50分钟。然后再加入所述含有端羟基和双键的长链脂肪烃继续升温至80 150°C反应至完全，即得两亲性聚氨酷。此反应时间也无特殊限定，至反应完成即可，一般可为20 60分钟。其中含有端羟基和双键的长链脂肪与多异氰酸酯摩尔比为0.05 0.35。以上所述的两亲性聚氨酯的制备中的多元醇与多异氰酸酯预聚，及再与长链烃反应的エ艺条件可參考现有技术中此类反应的エ艺条件。 以上所述方法中多元醇真空脱水的真空压カ一般在0.09 0.1MPa，脱水时间ー般为2 5h。以上所述的两亲性聚氨酯的制备中的多元醇可选用现有技术中的各种多元醇，优选为分子量为400 20000的聚乙ニ醇，比如分子量是400、1000、2000、4000、6000、8000、10000,20000 的聚乙ニ醇。以上所述的两亲性聚氨酯的制备中的异氰酸酯可选用现有技术中的各种异氰酸酷，优选为甲苯ニ异氰酸酯(TDI)、4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高相容性的遇水膨胀橡胶，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：(a)橡胶；????????????100份(b)吸水树脂；????????20～40份(c)两亲性聚氨酯；????5～30份以上所述吸水树脂为淀粉系吸水树脂、纤维素系吸水树脂、合成聚合物系吸水树脂中的至少一种；以上所述两亲性聚氨酯，其聚氨酯分子链的一端为含有端羟基和双键的长链脂肪烃，含有端羟基和双键的长链脂肪烃的摩尔百分数为2％～10％。

【技术特征摘要】
1.一种高相容性的遇水膨胀橡胶，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: (a)橡胶；100份 (b)吸水树脂；20 40份 (c)两亲性聚氨酯；5 30份 以上所述吸水树脂为淀粉系吸水树脂、纤维素系吸水树脂、合成聚合物系吸水树脂中的至少一种； 以上所述两亲性聚氨酯，其聚氨酯分子链的一端为含有端羟基和双键的长链脂肪烃，含有端羟基和双键的长链脂肪烃的摩尔百分数为2% 10%。2.根据权利要求1所述的一种高相容性的遇水膨胀橡胶，其特征在于所述橡胶为以下物质之一:丁腈橡胶、天然橡胶、乙丙橡胶、氯丁橡胶。3.根据权利要求1所述的一种高相容性的遇水膨胀橡胶，其特征在于所述吸水树脂选自合成聚合物系吸水树脂中聚丙烯酸系吸水树脂、聚乙烯醇系吸水树脂、聚氧乙烯系吸水树脂中的至少一种。4.权利要求1所述的一种高相容性的遇水膨胀橡胶，其特征在于所述的含端羟基和双键的长链脂肪烃为C5 C20的脂肪烃。5.权利要求4所述的一种高相容性的遇水膨胀橡胶，其特征在于所述的含端羟基和双键的长链脂肪烃为端羟基聚丁二烯。6.根据权利要求1 5之任一项所述的一种高相容性的遇水膨胀橡胶，其特征在于所述的两亲性聚氨酯是由下述方法制成的:将多元...

【专利技术属性】
技术研发人员：马兰荣，郭朝辉，周爱军，杨德锴，汪艳，刘阳，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：