一种高性能吸水膨胀橡胶及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高性能吸水膨胀橡胶及其制备方法。以重量份计，该吸水膨胀橡胶的原料组成包括：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。该吸水膨胀橡胶的制备方法包括以下步骤：将橡胶基体进行塑炼，得到塑炼胶；然后在所述塑炼胶中按照先小料，后大料，最后液体、硫化剂和促进剂的顺序，加入除橡胶基体以外的原料，得到混炼胶；将所述混炼胶进行硫化，制备得到所述的高性能吸水膨胀橡胶。该吸水膨胀橡胶具有优异的力学性能和高膨胀性能，且其制备方法的工艺简单，生产成本较低，其应用范围广泛，尤其适用于在油田高温高压条件下进行作业的环境中作为密封材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，属于橡胶制品

技术介绍
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。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供。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，本专利技术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。本专利技术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。根据本专利技术的具体实施方式，优选地，所述吸水膨胀橡胶的原料组成还包括:硫化齐U、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。根据本专利技术的具体实施方式，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I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。在上述吸水膨胀橡胶 中，优选地，所述填充剂包括白炭黑和/或炭黑等；所述硫化剂包括硫磺、过氧化二异丙苯(DCP)、烷基酚醛树脂、卤化烷基酚醛树脂、对苯醌二肟和二苯甲酰对醌二肟等中的一种或几种的组合；所述软化剂包括硬脂酸、环烷油、邻苯二甲酸二丁脂和邻苯二甲酸二辛脂等中的一种或几种的组合；所述活性剂包括氧化锌和/或氧化镁等；所述促进剂包括促进剂DM、促进剂TMTD和促进剂CZ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分别包括上述两种以上填充剂、软化剂、活性剂、促进剂时，其分别以任意比例混合。在上述吸水膨胀橡胶中，优选地，所述防老剂包括防老剂4010和/或防老剂4010NA等。当所述吸水膨胀橡胶的原料组成包括上述两种防老剂时，其以任意比例混合。本专利技术的吸水膨胀橡胶具有吸水速度快、膨胀倍数高(包括对离子溶液)，吸水速度可控，吸水后不易析出，膨胀后力学性能和耐离子性能强等特点。本专利技术还提供一种上述高性能吸水膨胀橡胶的制备方法，其包括以下步骤:将橡胶基体进行塑炼，得到塑炼胶；然后在所述塑炼胶中按照先小料，后大料，最后液体、硫化剂和促进剂的顺序，加入除橡胶基体以外的原料，进行混炼，得到混炼胶；将所述混炼胶进行硫化，制备得到所述的高性能吸水膨胀橡胶。根据本专利技术的具体实施方式，优选地，所述制备方法包括以下步骤:在25-80°C下，将橡胶基体进行塑炼，得到塑炼胶；然后在所述塑炼胶中按照先小料，后大料，最后液体、硫化剂和促进剂的顺序，加入除橡胶基体以外的原料，进行混炼15-25分钟，得到混炼胶；在150-180°C、15MPa下，将所述混炼胶进行硫化8_55分钟，制备得到所述的高性能吸水膨胀橡胶。在上述制备方法中，所述的小料包括固体软化剂、活性剂、防老剂等；所述的大料包括吸水材料、填充剂、叠氮类偶联剂等；所述的液体包括配料中所有以液体形式存在的物质，如液体软化剂等。在此处需说明的是，当采用丁腈橡胶为橡胶基体、硫磺为硫化剂时，由于丁腈橡胶和硫磺的相容性极差，且难分散，因此要在小料之前加入硫磺，而后依次加入小料、大料、液体和促进剂，进行混炼。此外，在上述促进剂中，促进剂DM和促进剂CZ为准速级促进剂，促进剂TMTD为超速级促进剂。而准速级促进剂可以同小料一起加入，超速级促进剂必须最后加入。在本专利技术的制备方法中，可以采用普通开炼机或密炼机，在一定的温度(优选为25-80°C )下进行塑炼及混炼。其中，本领域一般技术人员能够根据橡胶基体的重量对塑炼的时间进行调节。在混炼过程中，叠氮类偶联剂使填充剂、吸水材料颗粒均匀的分布在橡胶基体中，进而使吸水膨胀橡胶的各组分具有较好的相容性，混炼出片后。然后，可以采用平板硫化机或者硫化罐，在一定温度、压力(优选为150-180°C、15MPa)条件下进行硫化成型，制得由叠氮类偶联剂进行原位配合的吸水膨胀橡胶。该制备方法具有工艺简单，生产成本较低等优点。综上所述，本专利技术的高性能吸水膨胀橡胶及其制备方法具有以下几个优点:(I)该吸水本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
1.一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。2.按权利要求1所述的吸水膨胀橡胶，其原料组成还包括:硫化剂、软化剂、活性剂、促进剂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。3.按权利要求1或2所述的吸水膨胀橡胶，以重量份计，其原料组成还包括:防老剂1-2 份。4.按权利要求1所述的吸水膨胀橡胶，其中，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中的一种或几种的组合。5.按权利要求1所述的吸水膨胀橡胶，其中，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。6.按权利要求1所述的吸水膨胀橡胶，其中，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中的一种或几种的组合。7.按权利要求1或2所述的吸水膨胀橡胶，其中，所述填充剂包括白炭黑和/或炭黑；所述硫化剂包括硫磺、过氧化二异丙苯、基酚醛树脂、卤化烷基酚醛树脂、对苯...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘德铸，张洪君，朱富林，王今宇，赵峰，刘卫红，刘玉文，郑亮，周坤，李彪，王斌，曹建，陈建，王昊，常鹏梅，姜韦韦，马培静，曲玉辰，周贺，高言涛，苑启生，周飞，戴倩倩，王国雨，王思辉，韩冬深，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：