CN104177840B

CN104177840B - 吸水膨胀橡胶及其制备方法

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Publication number: CN104177840B
Application number: CN201410429520.4A
Authority: CN
Inventors: 朱立新
Original assignee: Dongguan Jiuying New Material Co ltd
Current assignee: Dongguan Sky Rubber Technology Co ltd
Priority date: 2014-08-27
Filing date: 2014-08-27
Publication date: 2020-11-10
Anticipated expiration: 2034-08-27
Also published as: CN104177840A

Abstract

一种吸水膨胀橡胶，包括以下重量份的组分：聚硅氧烷弹性体，100份；聚丙烯酰胺，40~100份；胺基硅油，2~10份；交联剂，0.5~2份。聚硅氧烷弹性体为具有弹性的弹性体，聚丙烯酰胺是一种完全水溶性的高分子。由于胺基硅油的低聚硅氧烷链段可以很好地与聚硅氧烷弹性体相容，胺基硅油的端胺基与聚丙烯酰胺形成氢键，大大促进聚丙烯酰胺的分散性能。因此均匀分散在吸水膨胀橡胶的聚丙烯酰胺可以提高吸水膨胀橡胶的吸水膨胀性能。还提供一种吸水膨胀橡胶的制备方法。

Description

吸水膨胀橡胶及其制备方法

技术领域

本发明涉及高分子材料领域，特别涉及一种吸水膨胀橡胶及其制备方法。

背景技术

吸水膨胀橡胶（water-swellable rubber, WSR）是一种新型功能高分子材料，通过在橡胶基体中引入亲水基团或亲水组分制成，吸水后可膨胀。当吸水膨胀橡胶与水接触时，水分子通过扩散、毛细及表面吸附等物理作用进入橡胶内，与橡胶中的亲水性基团或亲水组分形成极强的亲和力，使橡胶内外形成渗透压差，并促使亲水性组分不断吸收水分，致使橡胶发生形变。当橡胶抗形变力和渗透压达到平衡时，吸水膨胀橡胶达到稳定状态。

一般的吸水橡胶材料普遍存在亲水组分在橡胶基体中分散性不好的问题，进而影响吸水膨胀橡胶的膨胀性能。

发明内容

基于此，有必要提供一种膨胀性能较好的吸水膨胀橡胶及其制备方法。

一种吸水膨胀橡胶，包括以下重量份的组分：

聚硅氧烷弹性体 100份；

聚丙烯酰胺 40～100份；

胺基硅油 2～10份；及

交联剂 0.5～2份。

在其中一个实施例中，还包括1～2重量份的助交联剂；所述助交联剂为三烯丙基氰脲酸酯、三烯丙基异氰脲酸酯和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述聚硅氧烷弹性体为聚甲基乙烯基硅氧烷和聚甲基乙烯基苯基硅氧烷中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述聚丙烯酰胺的分子量为10~100万，所述胺基硅油的分子量为3000~20000。

在其中一个实施例中，所述交联剂为过氧化双(2,4-二氯苯甲酰)、1，1-二叔丁基过氧基-3, 3 ,5-三甲基环已烷、2,5-二甲基-2,5-双(过氧化叔丁基)己烷或过氧化二异丙苯。

一种吸水膨胀橡胶的制备方法，包括：

分别称取100重量份的聚硅氧烷弹性体、40～100重量份的聚丙烯酰胺、2～10重量份的胺基硅油及0.5～2重量份的交联剂并进行机械混炼在25℃~150℃温度下混合10~30分钟，得到混炼胶；

将所述混炼胶在20~80MPa压力和130~180℃温度条件下进行模压得到吸水膨胀橡胶。

在其中一个实施例中，在所述机械混炼时加入1～2重量份的助交联剂，所述助交联剂为三烯丙基氰脲酸酯、三烯丙基异氰脲酸酯和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯中的至少一种。

在上述吸水膨胀橡胶及其制备方法中，聚硅氧烷弹性体为具有弹性的弹性体，聚丙烯酰胺是一种完全水溶性的高分子。由于胺基硅油的低聚硅氧烷链段可以很好地与聚硅氧烷弹性体相容，胺基硅油的端胺基与聚丙烯酰胺形成氢键，在助交联剂的辅助左右下，通过交联剂使得各分子之间发生交联反应，大大促进聚丙烯酰胺的分散性能。因此均匀分散在吸水膨胀橡胶的聚丙烯酰胺可以提高吸水膨胀橡胶的吸水膨胀性能，且不会溶解在水中，吸水膨胀橡胶的吸水膨胀性能较好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一实施方式的吸收膨胀橡胶的制备方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以更好地理解本发明的技术方案，并不用于限定本发明。

一实施方式的吸水膨胀橡胶包括以下重量份的组分：聚硅氧烷弹性体，100份；聚丙烯酰胺，40~100份；胺基硅油，2~10份；交联剂，0.5~2份。

聚硅氧烷弹性体指常温下呈橡胶状的聚硅氧烷，为具有弹性的弹性体。聚硅氧烷弹性体作为吸水膨胀材料的主要成分，所占比例约为50%以上。在一实施方式中，聚硅氧烷弹性体优选为聚甲基乙烯基硅氧烷、聚甲基乙烯基苯基硅氧烷中的至少一种。

聚丙烯酰胺是一种完全水溶性的高分子，无毒且无色透明，可用于水絮凝剂。由于聚丙烯酰胺具有较好的水溶性，使吸水膨胀橡胶可以达到较高的溶胀速率与溶胀比。

优选地，聚丙烯酰胺的分子量为10~100万，作为主体结构材料主要部分之一，选用该分子量范围的聚丙烯酰胺可以使吸水膨胀橡胶保持较好的强度。

胺基硅油的低聚硅氧烷链段可以很好地与聚硅氧烷弹性体相容，胺基硅油的端胺基与聚丙烯酰胺形成氢键，大大促进聚丙烯酰胺的分散性能。优选地，胺基硅油的分子量为3000~20000，作为相容剂，选用该分子量范围的分子量胺基硅油可以使吸水膨胀橡胶具有好的浸润能力，使聚硅氧烷弹性体、聚丙烯酰胺和胺基硅油三者的均匀混合效果更好。

交联剂为中温或高温（在130℃~180℃）过氧化物。添加交联剂使得吸水膨胀橡胶原材料的线型或支链型聚合物分子之间产生化学键，使线型或支链型聚合物分子相互连在一起，形成网状结构，提高吸水膨胀橡胶的强度和弹性。优选地，交联剂为过氧化双(2,4-二氯苯甲酰)、1，1-二叔丁基过氧基-3, 3 ,5-三甲基环已烷、2,5-二甲基-2,5-双(过氧化叔丁基)己烷或过氧化二异丙苯。

在一实施方式中，吸水膨胀橡胶还包括1~2重量份的助交联剂。通过添加助交联剂可以显著地缩短硫化时间、提高吸水膨胀橡胶的强度、耐磨性、耐溶性、耐腐蚀性等性能。在一实施方式中，助交联剂优选为三烯丙基氰脲酸酯（TAC），三烯丙基异氰脲酸酯（TAIC）和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯（TMPTMA）中的至少一种。

上述吸水膨胀橡胶中，聚硅氧烷弹性体为具有弹性的弹性体，聚丙烯酰胺是一种完全水溶性的高分子。由于胺基硅油的低聚硅氧烷链段可以很好地与聚硅氧烷弹性体相容，胺基硅油的端胺基与聚丙烯酰胺形成氢键，在助交联剂的辅助左右下，通过交联剂使得各分子之间发生交联反应，大大促进聚丙烯酰胺的分散性能。因此均匀分散在吸水膨胀橡胶的聚丙烯酰胺可以提高吸水膨胀橡胶的吸水膨胀性能，且不会溶解在水中，吸水膨胀橡胶的吸水膨胀性能较好。吸水膨胀橡胶可以达到较高的溶胀速率与溶胀比。

请参阅图1，一实施方式的吸水膨胀橡胶的制备方法，包括步骤：

S110，分别称取100重量份的聚硅氧烷弹性体、40～100重量份的聚丙烯酰胺、2～10重量份的胺基硅油、0.5～2重量份的交联剂并通过机械混炼在25℃~150℃温度下混合10~30分钟，得到混炼胶。

在上述混炼中，可通过开炼机、密炼机、捏合机、挤出机实施整个混炼过程。

在一实施方式中，还包括加入1~2重量份的助交联剂，并与其他物质一起进行机械混炼。通过添加助交联剂可以显著地缩短硫化时间、提高吸水膨胀橡胶的强度、耐磨性、耐溶性、耐腐蚀性等性能。在一实施方式中，助交联剂优选为三烯丙基氰脲酸酯（TAC），三烯丙基异氰脲酸酯（TAIC）和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯（TMPTMA）中的至少一种。

S120，将所述混炼胶在20~80MPa压力和130~180°温度条件下进行模压得到吸水膨胀橡胶。

模压为将通过步骤S110获得的混炼胶在闭合模腔内借助加热、加压而成型为制品。在模压过程中，混炼胶通过硫化作用，得到所需的吸水膨胀橡胶。

在上述吸收膨胀橡胶的制备方法中，所用的原材料均为无毒原材料。因此，制备的橡胶制品可应用于饮用水和食品接触的吸水膨胀橡胶。整个加工过程简单，绿色无污染，适于大规模制备。进一步地，制备的吸水膨胀橡胶的吸水速率高，膨胀率大。

实施例1

称取100kg数均分子量为35万的聚甲基乙烯基硅氧烷、80kg数均分子量为50万的聚丙烯酰胺、10kg数均分子量为5000的胺基硅油，然后加入1kg2,5-二甲基-2,5-双(过氧化叔丁基)己烷，通过机械混炼在40℃温度下混合30分钟，得到混炼胶。然后将混炼胶在170℃温度下模压硫化2分钟制得O型圈制品。

实施例2

称取100kg聚甲基乙烯基苯基硅氧烷、60kg分子量为30万的聚丙烯酰胺、10kg分子量为6000的胺基硅油、1.5kg交联剂2,5-二甲基-2,5-双(过氧化叔丁基)己烷、1.0kg为三烯丙基氰脲酸酯、并通过机械混炼在60℃混合20分钟得到混炼胶；将混炼胶在170℃温度模压硫化5分钟制得O型圈制品。

实施例3

称取100kg聚甲基乙烯基苯基硅氧烷、40kg分子量为10万的聚丙烯酰胺、8kg分子量为10000的胺基硅油、1.5kg过氧化二异丙苯、1.0kg三烯丙基异氰脲酸酯、并通过机械混炼在50℃混合15分钟得到混炼胶；将混炼胶在175℃温度下经模压硫化4分钟制得O型圈制品。

实施例4

称取100kg聚甲基乙烯基硅氧烷、100kg分子量为30万的聚丙烯酰胺、6kg分子量为8000的胺基硅油、2.0kg1，1-二叔丁基过氧基-3, 3 ,5-三甲基环已烷、1.5kg三烯丙基异氰脲酸酯、并通过机械混炼在30℃混合30分钟得到混炼胶；将混炼胶在140℃温度模压硫化5分钟制得O型圈制品。

对比例

硅橡胶 100kg，气相法白炭黑 25 kg，硫化剂双25 1.3 kg，偶联剂A151 0.5kg，结构控制剂羟基硅油 10kg，聚乙烯基吡咯烷酮( PVPP) 25kg。将硅橡胶混炼胶和PVPP水凝胶于开炼机上混炼均匀，室温停放24 h后，置于尺寸为120 mm×90mm×2mm和Φ16 mm×2 mm模具内，在平板硫化机上硫化，条件为160℃/3MPa×15min。二段硫化在鼓风干燥箱内进行，条件为180℃×4h，即得硅橡胶/PVPP水凝胶复合材料，制成O型圈制品。对所制备的O型圈进行膨胀性能测试，结果显示，平衡时体积膨胀率为170%。

将上述实施例制备的O型圈进行膨胀性能测试结果如表1所示。

表1 吸水膨胀硅橡胶的膨胀性能

试样	平衡膨胀时间 (分钟)	体积膨胀率（%）
			实施例1	40	310%
实施例2	65	280%
			实施例3	70	220%
实施例4	30	350%

对比例为优化条件后获得的硅橡胶/PVPP水凝胶复合材料，其平衡时体积膨胀率仅为170%左右，而采用本技术方案获得的吸水膨胀材料的平衡时体积膨胀率可高达350%。通过上述结果可知，采用本技术方案制备的吸水膨胀材料的体积膨胀率较高，膨胀性能优异。

以上所述实施方式仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为不脱离本发明的保护范围。

Claims

1.一种吸水膨胀橡胶，其特征在于，包括以下重量份的组分：

聚硅氧烷弹性体100份,所述聚硅氧烷弹性体为聚甲基乙烯基硅氧烷和聚甲基乙烯基苯基硅氧烷中的至少一种；

聚丙烯酰胺40～100份,所述聚丙烯酰胺的分子量为10～100万；

胺基硅油2～10份，所述胺基硅油的分子量为3000～20000；

交联剂0.5～2份，所述交联剂为过氧化双(2,4-二氯苯甲酰)、1，1-二叔丁基过氧基-3,3,5-三甲基环已烷、2,5-二甲基-2,5-双(过氧化叔丁基)己烷或过氧化二异丙苯；

助交联剂1～2份，所述助交联剂为三烯丙基氰脲酸酯、三烯丙基异氰脲酸酯和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯中的至少一种。

2.一种吸水膨胀橡胶的制备方法，其特征在于，包括：

分别称取100重量份的聚硅氧烷弹性体、40～100重量份的聚丙烯酰胺、2～10重量份的胺基硅油及0.5～2重量份的交联剂并进行机械混炼在25℃～60℃温度下混合10～30分钟，所述聚硅氧烷弹性体为聚甲基乙烯基硅氧烷和聚甲基乙烯基苯基硅氧烷中的至少一种，所述聚丙烯酰胺的分子量为10～100万，所述胺基硅油的分子量为3000～20000，所述交联剂为过氧化双(2,4-二氯苯甲酰)、1，1-二叔丁基过氧基-3,3,5-三甲基环已烷、2,5-二甲基-2,5-双(过氧化叔丁基)己烷或过氧化二异丙苯，在所述机械混炼时加入1～2重量份的助交联剂，所述助交联剂为三烯丙基氰脲酸酯、三烯丙基异氰脲酸酯和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯中的至少一种，得到混炼胶；

将所述混炼胶在20～80MPa压力和130～180℃温度条件下进行模压得到吸水膨胀橡胶。