CN105968594A - 一种耐候性好的遇水膨胀的防水橡胶密封材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种耐候性好的遇水膨胀的防水橡胶密封材料及其制备方法，由下述组分按重量份组成：丁基橡胶60份，改性丁腈橡胶40份，膨润土‑碳酸钙微球10‑16份，SAP树脂6‑10份，聚丙烯酸钠3‑5份，白炭黑2‑6份，硬脂酸1‑3份，N‑苯基‑β‑萘胺1‑5份，二甲基丙烯酸乙二醇酯1‑3份。本发明以丁基橡胶、改性丁腈橡胶、膨润土‑碳酸钙微球复配，辅以纳米氧化锌、白炭黑等活性成分，增加吸水膨胀橡胶的流动性、可塑性，有效提升了防水橡胶密封材料的耐候性和加工性能。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料领域，特别涉及一种耐候性好的遇水膨胀的防水橡胶密封材料及其制备方法。
背景技术
吸水膨胀橡胶(Water Swelling Rubber，简称WSR)是上世纪70 年代末期由日本开发出的新型功能高分子材料。它吸水后可膨胀至自身重量或体积的数倍乃至数百倍，遇水时，能吸水发生体积膨胀并产生较大的膨胀压力，在保持橡胶特有的弹性和强度的同时，还具有保持水的能力。吸水膨胀的特性使该材料在有效体积膨胀范围内可以起止水作用，与传统的受压封缝材料相比，既具备常规止水材料的密封作用，又可以在建筑缝变形时有效填充缝隙，起到以水止水的作用。在堵漏工程方面吸水膨胀橡胶已逐渐取代了传统的水泥灌浆、钾钠水玻璃灌浆和环氧树脂堵漏等做法，它已成功应用于工程变形缝、施工缝、各种管道接头、水坝等处的密封止水，并被防水界誉为“超级密封材料”和“双保险止水材料”。 国外在吸水膨胀方面起步较早， 已生产出大量高质量的该类产品, 我国从80 年代开始有吸水膨胀橡胶的报道,最早应用于上海地铁盾构法施工中, 由亲水性聚氨酯和橡胶复合而成。但是国内的产品无论质量和性能方面与国外均有一定差距, 尚需进一步研究与完善。
吸水橡胶的制备主要分为两大类：物理共混法、化学接枝法。
物理共混法是把橡胶类聚合物、亲水性物质、填料及助剂等按一定配比在双辊混炼机上混匀后，再用平板硫化机或挤出机等成型硫化。物理共混法可根据需要来调节工艺配方，制备工艺简单，原料来源广泛，生产成本较低，起始吸水迅速，缺点是由于强极性的亲水物质（吸水树脂）本身凝聚力较大，在橡胶中普遍存在分散不好且相容性差，浸水后吸水树脂易从橡胶基体中脱离，反复使用膨胀率会下降，而且其拉伸强度会随膨胀率的增加而降低。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种耐候性好的遇水膨胀的防水橡胶密封材料及其制备方法。
本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的：
一种耐候性好的遇水膨胀的防水橡胶密封材料，由下述组分按重量份组成：丁基橡胶60份，改性丁腈橡胶40份，膨润土-碳酸钙微球10-16份，SAP树脂6-10份，聚丙烯酸钠3-5份，白炭黑2-6份，硬脂酸1-3份，N-苯基-β-萘胺1-5份，二甲基丙烯酸乙二醇酯1-3份。
具体步骤如下：
（1）改性丁腈橡胶的制备：
称取重量份的丁腈橡胶，粉碎后，用离子注入机对丁腈橡胶注入碳离子，得到改性的丁腈橡胶，备用；
（2）膨润土-碳酸钙微球的制备：
①、配制氯化钙溶液、碳酸钠溶液、十二烷基磺酸钠水溶液以及聚丙烯酰胺水溶液，其中氯化钙和碳酸钙溶液为相同浓度，其摩尔浓度在0.1-0.3mol/L之间，十二烷基磺酸钠水溶液的摩尔浓度在10-20mmol/L之间，聚丙烯酰胺水溶液的质量百分比浓度在1%-3%之间；
②、将膨润土加入到适量去离子水中，搅拌均匀，边搅拌边加入聚丙烯酰胺水溶液，30-40℃下搅拌均匀；
③、在配制好的氯化钙溶液中，加入十二烷基磺酸钠水溶液以及步骤②得到的混合溶液，在15-20℃温度下超声搅拌0.5-2小时，再加入碳酸钠溶液继续搅拌2-4小时，反应结束后离心得到沉淀物，用去离子水洗涤，干燥得到膨润土-碳酸钙微球，其中，氯化钙溶液、碳酸钠溶液、十二烷基磺酸钠水溶液和聚丙烯酰胺水溶液的体积比为10：10：（1-3）：（1-3）；
（3）炼胶：
①、将步骤（1）得到的改性丁腈橡胶与聚丙烯酸钠混合均匀，投入到投入到密炼机中进行混炼，常温下混炼15-40min；
②、再加入丁基橡胶、硬脂酸、白炭黑、N-苯基-β-萘胺以及步骤（2）得到的膨润土-碳酸钙微球填料继续混炼，混炼温度控制在100-110℃，混炼时间3-8分钟，得到混炼胶，混炼胶出料后送入开炼机进行散热；
（4）滤胶：将散热后的混炼胶下条后送入滤胶机滤胶，滤网为80-100目，得到母胶；
（5）捏合：
①、将混炼胶投入到捏合机中，捏合15-30分钟，投入SAP树脂捏合共混40-90分钟，控制温度在125-150℃；
②、将捏合机的室温降至70-80℃，投入二甲基丙烯酸乙二醇酯继续捏合共混20-30分钟，将捏合后的混料经捏合机下部的螺杆排料装置过滤，排料。
本发明有如下优点：（1）负载聚丙烯酰胺的膨润土与氯化钙溶液中钙离子形成络合离子，再与碳酸钠溶液中的碳酸根离子反应生成膨润土-碳酸钙微球，提高吸水组分与橡胶基体的相容性，制备的防水橡胶密封材料具有优异的吸水膨胀密封性能，同时具有较高的稳定性；（2）本发明以丁基橡胶、改性丁腈橡胶、膨润土-碳酸钙微球复配，辅以纳米氧化锌、白炭黑等活性成分，增加吸水膨胀橡胶的流动性、可塑性，有效提升了防水橡胶密封材料的耐候性和加工性能，在酸性水溶液中使用多次后，吸水性能依旧能够保持，同时具有高强度的优点。
具体实施方式
通过实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
称取：丁基橡胶60公斤，改性丁腈橡胶40公斤，膨润土-碳酸钙微球12公斤，SAP树脂8公斤，聚丙烯酸钠4公斤，白炭黑5公斤，纳米氧化锌6公斤，硬脂酸2公斤，N-苯基-β-萘胺3公斤，二甲基丙烯酸乙二醇酯2公斤。
具体步骤如下：
（1）改性丁腈橡胶的制备：
称取重量份的丁腈橡胶，粉碎后，用离子注入机对丁腈橡胶注入碳离子，得到改性的丁腈橡胶，备用；
（2）膨润土-碳酸钙微球的制备：
①、配制氯化钙溶液、碳酸钠溶液、十二烷基磺酸钠水溶液以及聚丙烯酰胺水溶液，其中氯化钙和碳酸钙溶液为相同浓度，其摩尔浓度在0.2mol/L之间，十二烷基磺酸钠水溶液的摩尔浓度在15mmol/L之间，聚丙烯酰胺水溶液的质量百分比浓度在2%之间；
②、将膨润土加入到适量去离子水中，搅拌均匀，边搅拌边加入聚丙烯酰胺水溶液，35℃下搅拌均匀；
③、在配制好的氯化钙溶液中，加入十二烷基磺酸钠水溶液以及步骤②得到的混合溶液，在15℃温度下超声搅拌1小时，再加入碳酸钠溶液继续搅拌3小时，反应结束后离心得到沉淀物，用去离子水洗涤，干燥得到膨润土-碳酸钙微球，其中，氯化钙溶液、碳酸钠溶液、十二烷基磺酸钠水溶液和聚丙烯酰胺水溶液的体积比为10：10：2：2；
（3）炼胶：
①、将步骤（1）得到的改性丁腈橡胶与聚丙烯酸钠混合均匀，投入到投入到密炼机中进行混炼，常温下混炼15-40min；
②、再加入丁基橡胶、硬脂酸、白炭黑、N-苯基-β-萘胺以及步骤（2）得到的膨润土-碳酸钙微球填料继续混炼，混炼温度控制在100-110℃，混炼时间3-8分钟，得到混炼胶，混炼胶出料后送入开炼机进行散热；
（4）滤胶：将散热后的混炼胶下条后送入滤胶机滤胶，滤网为80-100目，得到母胶；
（5）捏合：
①、将混炼胶投入到捏合机中，捏合15-30分钟，投入SAP树脂捏合共混40-90分钟，控制温度在125-150℃；
②、将捏合机的室温降至70-80℃，投入二甲基丙烯酸乙二醇酯继续捏合共混20-30分钟；将捏合后的混料经捏合机下部的螺杆排料装置过滤，排料。
经测试：拉伸强度17.8MPa ；拉断伸长率610% ；强度75度；吸水膨胀率396%，醋浸泡后的吸水膨胀率336%。
Claims (2)
1.一种耐候性好的遇水膨胀的防水橡胶密封材料，其特征在于，由下述组分按重量份组成：丁基橡胶60份，改性丁腈橡胶40份，膨润土-碳酸钙微球10-16份，SAP树脂6-10份，聚丙烯酸钠3-5份，白炭黑2-6份，硬脂酸1-3份，N-苯基-β-萘胺1-5份，二甲基丙烯酸乙二醇酯1-3份；
所述的膨润土-碳酸钙微球是由下述重量份的原料组成的：氯化钙50-60份，碳酸钠50-60份，十二烷基硫酸钠5-12份，聚丙烯酰胺5-12份。
2.根据权利要求书1所述的一种耐候性好的遇水膨胀的防水橡胶密封材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
（1）改性丁腈橡胶的制备：
称取重量份的丁腈橡胶，粉碎后，用离子注入机对丁腈橡胶注入碳离子，得到改性的丁腈橡胶，备用；
（2）膨润土-碳酸钙微球的制备：
①、配制氯化钙溶液、碳酸钠溶液、十二烷基磺酸钠水溶液以及聚丙烯酰胺水溶液，其中氯化钙和碳酸钙溶液为相同浓度，其摩尔浓度在0.1-0.3mol/L之间，十二烷基磺酸钠水溶液的摩尔浓度在10-20mmol/L之间，聚丙烯酰胺水溶液的质量百分比浓度在1%-3%之间；
②、将膨润土加入到适量去离子水中，搅拌均匀，边搅拌边加入聚丙烯酰胺水溶液，30-40℃下搅拌均匀；
③、在配制好的氯化钙溶液中，加入十二烷基磺酸钠水溶液以及步骤②得到的混合溶液，在15-20℃温度下超声搅拌0.5-2小时，再加入碳酸钠溶液继续搅拌2-4小时，反应结束后离心得到沉淀物，用去离子水洗涤，干燥得到膨润土-碳酸钙微球，其中，氯化钙溶液、碳酸钠溶液、十二烷基磺酸钠水溶液和聚丙烯酰胺水溶液的体积比为10：10：（1-3）：（1-3）；
（3）炼胶：
①、将步骤（1）得到的改性丁腈橡胶与聚丙烯酸钠混合均匀，投入到投入到密炼机中进行混炼，常温下混炼15-40min；
②、再加入丁基橡胶、硬脂酸、白炭黑、N-苯基-β-萘胺以及步骤（2）得到的膨润土-碳酸钙微球填料继续混炼，混炼温度控制在100-110℃，混炼时间3-8分钟，得到混炼胶，混炼胶出料后送入开炼机进行散热；
（4）滤胶：将散热后的混炼胶下条后送入滤胶机滤胶，滤网为80-100目，得到母胶；
（5）捏合：
①、将混炼胶投入到捏合机中，捏合15-30分钟；投入SAP树脂捏合共混40-90分钟，控制温度在125-150℃；
③、将捏合机的室温降至70-80℃，投入二甲基丙烯酸乙二醇酯继续捏合共混20-30分钟，将捏合后的混料经捏合机下部的螺杆排料装置过滤，排料。
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