CN109705413B - 一种吸水膨胀橡胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种橡胶及其制备方法，特别是一种吸水膨胀橡胶及其制备方法。该吸水膨胀橡胶由亲水化处理的丁苯橡胶、有机无机复合吸水树脂、硫化剂、促进剂、防老剂制备而成。吸水膨胀橡胶的制备方法，包括物料的混炼及在平板硫化剂的上的硫化两个步骤。本发明克服了由于亲疏水性差异导致两相界面作用力弱、吸水树脂易从橡胶基体中流失的不足，具有多次重复使用的能力。

Description

一种吸水膨胀橡胶及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种橡胶及其制备方法，具体为一种吸水膨胀橡胶及其制备方法。

背景技术

吸水膨胀橡胶是在橡胶基体中引入吸水树脂而得的一类新型的功能高分子材料，其将亲水材料的吸水性能和橡胶材料的高弹性和强度结合起来，使其吸水膨胀性能、可变形性及高强度融为一体，可以作为一种止水的功能材料，应用在施工堵水、电缆防水、钻井堵漏等领域中。

在吸水、止水作业应用中，丙烯酸聚合物类吸水树脂是最常用的材料之一，比如中国专利CN1122051C公开了一种室温聚合高吸水树脂的合成方法，由丙烯酸、淀粉和膨润土接枝共聚而成，该材料可以满足农林用户直接需要。中国专利CN102250276A公开了一种黏土基两性离子疏水型耐盐高吸水树脂及其制备方法，由丙烯酸、丙烯酰胺、阳离子单体、疏水性组分和黏土聚合而成，具有较高的耐盐性和吸水倍率。这些聚合物材料的吸水膨胀倍数高，吸水速度快，但是其吸水后，材料的强度变低，无法承受较大的压力，因此在建筑施工堵漏和钻井作业施工时，应用受到了限制。采用橡胶与吸水树脂进行复合制备的吸水膨胀橡胶具备一定的吸水膨胀能力，吸水后强度高，受到了重视，中国专利CN106046453A公开了一种吸水膨胀丁腈橡胶及其制备方法，由丁腈橡胶、吸水树脂和一系列助剂加工而成，可作为密封材料应用。中国专利CN105949700A公开了一种吸水膨胀橡胶的制备方法，由丙烯酸橡胶和聚氨酯在助剂作用下经炼胶、硫化而成，操作过程简便、设备要求低，具有吸水、耐水性能，另外强度较好，力学性能优良，可广泛应用于建筑领域。中国专利CN104017254B公开了一种反应增容型丁腈吸水膨胀橡胶的制备方法，由丁腈橡胶、吸水树脂、多种助剂加工混合而成，可广泛应用于隧道、涵洞、游泳池、地下室、水下工程、井下采油、供水设施、民用建设等方面。但是上述吸水膨胀橡胶材料由疏水的丁腈橡胶和亲水的吸水树脂经共混复合而成，绝大部分存在共混物不相容或部分相容的情况，如专利CN106317530A中介绍此类吸水膨胀橡胶在使用时，易发生吸水膨胀树脂从基体橡胶中析出的情况，降低了橡胶的吸水性能、长期保水性和重复使用性。针对由于亲疏水性差异导致两相界面作用力弱、吸水树脂易从橡胶基体中流失的不足，本发明提供了一种新型的吸水膨胀橡胶及其制备方法，以改进两相之间的结合强度。

发明内容

本发明的目的之一在于提供了一种吸水膨胀橡胶。

本发明的目的之二在于提供了这种吸水膨胀橡胶的制备方法。

本发明所述的吸水膨胀橡胶，其特征在于，由以下比例的材料经混炼硫化而成：

亲水化处理的丁苯橡胶 50-70%

有机无机复合吸水树脂 25-48%

硫化剂 0.2-2%

促进剂 0.1-0.5%

防老剂 0.2-1.0%

橡胶与吸水树脂界面改性剂 1-5%。

一般地，所述亲水化处理的丁苯橡胶为丁苯橡胶经磺化、成盐的丁苯橡胶磺酸盐生胶，丁二烯与苯乙烯的投量质量比为25-50:50-75。

所述有机无机复合吸水树脂为膨润土与丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯酸钠共聚获得的复合树脂，按质量比，丙烯酸：丙烯酰胺：丙烯酸钠为20-50:5-30:20-50。

所述硫化剂为硫磺。

所述促进剂为促进剂M。

所述防老剂为RD。

所述橡胶与吸水树脂界面改性剂选自烷基聚氧乙烯醚羧酸、烷基酚聚氧乙烯醚羧酸、烷基聚氧乙烯醚羧酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚羧酸钠、烷基聚氧丙烯醚羧酸、烷基酚聚氧丙烯醚羧酸、烷基聚氧丙烯醚羧酸钠、烷基酚聚氧丙烯醚羧酸钠。

本发明所述的吸水膨胀橡胶的制备方法，包括以下步骤：

（1）向开炼机中加入亲水化处理的丁苯橡胶混炼、然后加入橡胶与吸水树脂界面改性剂、再加入有机无机复合吸水树脂、之后加入防老剂、硫化剂、促进剂；

（2）将混炼好的亲水化处理的丁苯橡胶置于模具中，在平板硫化机上加压，于160-180℃硫化，结束后开模取出，降温后切割，得到吸水膨胀橡胶。

本发明所述的吸水膨胀橡胶，采用亲水化处理的丁苯橡胶作为基体，丁苯橡胶的亲水化处理是通过对聚合物侧链上的苯环进行磺化、进而中和离子化得到的。通过对丁苯橡胶的离子化，使其亲疏水性得以改变，亲水性明显增强，有利于其与亲水性吸水树脂的相容，降低在吸水后树脂从橡胶基体中析出的可能性；采用有机无机复合的吸水树脂，通过添加膨润土，可以在保持吸水树脂吸水性能的前提下，降低材料的成本，同时提高吸水后树脂颗粒的强度，使其在压力作用下不易破裂，无机材料膨润土对于丁苯橡胶基体与吸水树脂的相容也有促进作用。为了进一步提高橡胶与吸水树脂的界面相互左右，添加了表面活性剂作为橡胶与吸水树脂界面改性剂，这种表面活性剂主要为烷基（酚）聚氧乙烯醚羧酸或是羧酸钠、烷基（酚）聚氧丙烯醚羧酸或是羧酸钠。

在吸水橡胶的制备中，首先将亲水化处理的丁苯橡胶、吸水树脂、所有助剂逐步加至开炼机中混炼，分散均匀后，再硫化得到吸水膨胀橡胶样品，经过硫化，使丁苯橡胶进一步交联，形成网状结构，吸水树脂分散后，可以滞留在相应交联网络中，即使吸水膨胀，也不易析出。

本发明的优点在于，通过亲水性处理的丁苯橡胶、无机有机复合吸水树脂及助剂的混炼、硫化，可以增强吸水膨胀橡胶中树脂和橡胶的结合能力，使橡胶材料具有较强的吸水能力，且吸水树脂分散比较均匀，不易从橡胶中分离，提高了材料的重复利用性能。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步的说明，其目的仅在于更好的理解本发明而非限制本发明保护的范围。

实施例1

将50.00g亲水化处理的丁苯橡胶加入到开炼机中，丁苯橡胶中丁二烯的原料投量为25%，再加入烷基酚聚氧乙烯醚羧酸钠3.00g、膨润土-丙烯酸-丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚复合吸水树脂38.50g、防老剂RD1.00g、硫化剂硫磺2.00g、促进剂M0.5g混炼30min，然后将混炼后丁苯橡胶置于模具中，在平板硫化剂上于160℃硫化1小时，降温后切割，得到吸水膨胀橡胶颗粒样品。

实施例2

将50.00g亲水化处理的丁苯橡胶加入到开炼机中，丁苯橡胶中丁二烯的原料投量为50%，再加入烷基酚聚氧丙烯醚羧酸钠1.00g、膨润土-丙烯酸-丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚复合吸水树脂48.00g、防老剂RD0.60g、硫化剂硫磺0.20g、促进剂M0.20g混炼30min，然后将混炼后丁苯橡胶置于模具中，在平板硫化剂上于180℃硫化15分钟，降温后切割，得到吸水膨胀橡胶颗粒样品。

实施例3

将66.50g亲水化处理的丁苯橡胶加入到开炼机中，丁苯橡胶中丁二烯的原料投量为40%，再加入烷基酚聚氧乙烯醚羧酸钠5.00g、膨润土-丙烯酸-丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚复合吸水树脂25.00g、防老剂RD1.00g、硫化剂硫磺2.00g、促进剂M0.5g混炼30min，然后将混炼后丁苯橡胶置于模具中，在平板硫化剂上于170℃硫化30分钟，降温后切割，得到吸水膨胀橡胶颗粒样品。

实施例4

将60.00g亲水化处理的丁苯橡胶加入到开炼机中，丁苯橡胶中丁二烯的原料投量为35%，再加入烷基酚聚氧丙烯醚羧酸5.00g、膨润土-丙烯酸-丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚复合吸水树脂32.50g、防老剂RD0.50g、硫化剂硫磺1.50g、促进剂M0.5g混炼30min，然后将丁苯橡胶置于模具中，在平板硫化剂上于160℃硫化1小时，降温后切割，得到吸水膨胀橡胶颗粒样品。

实施例5

测定了制备的吸水膨胀橡胶样品在蒸馏水中吸水能力及吸水膨胀橡胶的强度。

吸水膨胀性能测定方法：取8-16目颗粒状吸水膨胀橡胶样品1.00g，室温下加入到300mL蒸馏水中，吸水饱和后，以滤纸吸收颗粒表面可流动水分，称量吸水后样品的质量m₁，按照以下公式计算吸水膨胀倍数Q：

Q=(m₁-1)/1

拉伸强度及断裂伸长率的测定参照《GB/T528-2009 硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》的方法。

测试结果表1：

表1 吸水膨胀橡胶吸水及力学性能

样品	实施例1	实施例2	实施例3	实施例14
					吸水倍数	8.25	9.29	7.58	8.49
拉伸强度，Mpa	7.2	5.8	7.1	8.5
					断裂伸长率，%	825	798	917	992

Claims (5)

1.一种吸水膨胀橡胶，其特征在于，由以下比例的材料经混炼硫化而成：

亲水化处理的丁苯橡胶 50-70%

有机无机复合吸水树脂 25-48%

硫化剂 0.2-2%

促进剂 0.1-0.5%

防老剂 0.2-1.0%

橡胶与吸水树脂界面改性剂 1-5%；

所述亲水化处理的丁苯橡胶为丁苯橡胶经磺化、成盐的丁苯橡胶磺酸盐生胶，丁二烯与苯乙烯的投量质量比为25-50:50-75；

所述有机无机复合吸水树脂为膨润土与丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯酸钠共聚获得的复合树脂，按质量比，丙烯酸：丙烯酰胺：丙烯酸钠为20-50:5-30:20-50；

所述橡胶与吸水树脂界面改性剂选自烷基聚氧乙烯醚羧酸、烷基酚聚氧乙烯醚羧酸、烷基聚氧乙烯醚羧酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚羧酸钠、烷基聚氧丙烯醚羧酸、烷基酚聚氧丙烯醚羧酸、烷基聚氧丙烯醚羧酸钠、烷基酚聚氧丙烯醚羧酸钠。

2.如权利要求1中所述吸水膨胀橡胶，其特征在于，所述硫化剂为硫磺。

3.如权利要求1中所述吸水膨胀橡胶，其特征在于，所述促进剂为促进剂M。

4.如权利要求1中所述吸水膨胀橡胶，其特征在于，所述防老剂为RD。

5.一种制备如权利要求1所述吸水膨胀橡胶的方法，包括下述步骤：

（1）向开炼机中加入亲水化处理的丁苯橡胶混炼、然后加入橡胶与吸水树脂界面改性剂、再加入有机无机复合吸水树脂、之后加入防老剂、硫化剂、促进剂；

（2）将混炼好的亲水化处理的丁苯橡胶置于模具中，在平板硫化机上加压，于160-180℃硫化，结束后开模取出，降温后切割，得到吸水膨胀橡胶。