CN114437418A - 一种高性能吸水膨胀橡胶复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高性能吸水膨胀橡胶复合材料及其制备方法，属于吸水膨胀橡胶技术领域。该复合材料具有快速高倍率吸水和二次及多次高吸水膨胀率性能，且反复进水前后均具备高弹性和优异的力学性能，密封效果好。包括以下重量份组份：橡胶本体100份，吸水助剂80‑120份，补强填料40‑50份，填充油60‑70份，活化剂8‑10份，硫化剂1.2‑1.25份，促进剂1.3‑3.5份，颜料2‑4份，防老剂0.5‑3份，无机矿物填料80‑100份。组份中的吸水助剂在橡胶基体中分散均匀，且与橡胶基体间的相容性较好，反复浸水前后少量析出，规避了材料内部结构缺陷，平衡了吸水膨胀橡胶复合材料的吸水性能和物理机械性能。本发明公开了该高性能吸水膨胀橡胶复合材料的制备方法‑机械物理共混法，制备工艺简单、环保，低成本。

Description

一种高性能吸水膨胀橡胶复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及吸水膨胀橡技术领域，具体而言，特别涉及一种高性能吸水膨胀橡胶复合材料及其制备方法。

背景技术

吸水膨胀橡胶复合材料是一种新型功能高分子材料，是在橡胶中引入亲水性化学物质制得的。橡胶基体将水分子吸收到其内部，发生体积膨胀，发挥止水堵漏的作用，广泛应用于日常生活和工业生产中，如：吸水密封材料、建筑防水、土壤改良等。

市面上的吸水膨胀橡胶复合材料普遍存在一些问题，如吸水助剂在橡胶基体中分散性差、相容性差，使得材料内部存在结构缺陷和应力集中，导致材料吸水膨胀率低、力学性能差；此外，反复进水后吸水助剂析出严重，材料的膨胀率和拉伸强度下降明显，大大限制了吸水膨胀橡胶复合材料的应用。因此提高膨胀率、力学性能、反复吸水后的膨胀率和力学性能，一直是制备吸水膨胀橡胶复合材料所要解决的问题。

发明内容

为了弥补现有技术的不足，解决吸水膨胀橡胶复合材料的膨胀率低、力学性能差、反复吸水后膨胀率和力学性能明显下降等的技术问题,本发明提供了一种高性能吸水膨胀橡胶复合材料及其制备方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：一种高性能吸水膨胀橡胶复合材料，包括以下重量份组份：橡胶本体100份，吸水助剂80-120份，补强填料40-140份，填充油60-70份，活化剂8-10份，硫化剂1.2-1.25份，促进剂1.3-3.5份，颜料2-4份，防老剂0.5-3份，无机矿物填料80-100份。

作为优选方案，橡胶本体为天然橡胶、乙丙橡胶、氯丁橡胶、丁基橡胶、顺丁橡胶和丁苯橡胶中的至少一种。

作为优选方案，补强填料为沉淀法白炭黑。

作为优选方案，活化剂为氧化锌和硬脂酸锌。

作为优选方案，吸水助剂为吸水橡胶专用的多功能吸水助剂，具体制备方法如下：将甘油脂肪酸酯放置20℃的烘箱中2小时后，选取白炭黑375g、膨润土750g、PEG1500 250g、超细滑石粉125g和烘过的甘油脂肪酸酯1000g送入高速混合机中混合搅拌8s，控制搅拌机的搅拌速度为15000r/min，然后出料得到多功能吸水助剂。

作为优选方案，防老剂为RD、4010NA中的至少一种，硫化剂为硫磺，促进剂为DM、TT、BZ中的至少一种。

作为优选方案，无机矿物填料为碳酸钙、云母粉、硅藻土中的至少一种。

作为优选方案，颜料为铁红，具有着色力强，无油渗性和水渗性。

作为优选方案，填充油为环烷油、石蜡油中的至少一种。

一种高性能吸水膨胀橡胶复合材料的制备方法，具体制备方法如下：

S1混炼：将密炼机初始温度控制在50℃~60℃，转速为60~70转/分钟，先加入橡胶本体塑炼，然后依次加入补强填料、填充油、活化剂、防老剂、颜料和其它无机矿物填料，混炼2min后加入吸水助剂，继续混炼2min得到一段母炼胶；

S2将一段母炼胶放入开炼机，依次加入促进剂和硫化剂，薄通5次，下片得混炼胶；

S3硫化：将混炼胶停放16小时~24小时，取样放入制定产品模具，160℃硫化，得硫化胶。

本发明由于采用了以上技术方案，与现有技术相比使其具有以下有益效果：通过本发明的技术方案，组份中的吸水助剂在橡胶基体中分散均匀，且与橡胶基体间的相容性较好，反复浸水前后少量析出，规避了材料内部结构缺陷，平衡了吸水膨胀橡胶复合材料的吸水性能和物理机械性能。本发明公开了该高性能吸水膨胀橡胶复合材料的制备方法-机械物理共混法，制备工艺简单、环保，低成本。（1）与市面上其它吸水膨胀橡胶复合材料相比，力学性能和吸水膨胀性能优异：硬度46符合48±10（邵尔A/度），拉伸强度4.8MPa≥3MPa，拉断伸长率524%≥350%，体积膨胀率861%≥600%；性能稳定，表现为：反复浸水试验后的拉伸强度4.0MPa≥2 MPa、拉断伸长率504%≥250%、体积膨胀倍率584%≥500%；综合性能达到了国家标准GB/T 18173.3-2014中最优指标PZ-600；（2）该高性能吸水膨胀橡胶复合材料反复浸水前后少量吸水助剂析出；（3）该高性能吸水膨胀橡胶复合材料制备工艺简单、绿色环保、低成本。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

一种高性能吸水膨胀橡胶复合材料，包括以下重量份组份：橡胶本体100份，橡胶本体为天然橡胶、乙丙橡胶、氯丁橡胶、丁基橡胶、顺丁橡胶和丁苯橡胶中的至少一种。

吸水助剂80-120份，吸水助剂为吸水橡胶专用的多功能吸水助剂，具体制备方法如下：将甘油脂肪酸酯放置20℃的烘箱中2小时后，选取白炭黑375g、膨润土750g、PEG1500250g、超细滑石粉125g和烘过的甘油脂肪酸酯1000g送入高速混合机中混合搅拌8s，控制搅拌机的搅拌速度为15000r/min，然后出料得到多功能吸水助剂。与市面上其它吸水助剂相比，具有以下优势：环保易分散、与橡胶基体间的相容性较好。解决了吸水橡胶复合材料产品吸水膨胀率低、物理机械性能差、反复吸水性能不稳定等问题。

补强填料40-140份，补强填料为沉淀法白炭黑, 白炭黑是优良的白色补强剂，可赋子胶料较高的拉伸强度、伸长率、弹性、撕裂强度等力学性能，同时方便橡胶染色。

填充油60-70份，填充油为环烷油、石蜡油中的至少一种。二者与吸水助剂及橡胶等聚合物有良好的相容性，起到填充和软化的作用，稳定性好。

活化剂8-10份，活化剂为氧化锌和硬脂酸锌，两者配合，起到活化胶料中硫化体系、提高硫化胶交联密度的作用。

硫化剂1.2-1.25份，硫化剂为硫磺。

促进剂1.3-3.5份，促进剂为DM、TT、BZ中的至少一种。

颜料2-4份，颜料为铁红，具有着色力强，无油渗性和水渗性。

防老剂0.5-3份，防老剂为RD、4010NA中的至少一种。

其它无机矿物填料80-100份为碳酸钙、云母粉、硅藻土中的至少一种。

下面结合对本发明的实施例的高性能吸水膨胀橡胶复合材料及其制备方法进行具体说明。

实施例1

天然橡胶100份，吸水助剂 90份，白炭黑40份，环烷油60份，氧化锌8份，硬脂酸2份，硫磺1.2份，促进剂DM 0.6份，TT 0.3份，BZ 0.4份，防老剂RD 1.5份，防老剂4010NA 1.5份，铁红3份，碳酸钙60份，硅藻土20份，云母粉10份。

实施例2

天然橡胶100份，吸水助剂 100份，白炭黑40份，环烷油60份，氧化锌8份，硬脂酸2份，硫磺1.2份，促进剂DM 0.6份，TT 0.3份，BZ 0.4份，防老剂RD 1.5份，防老剂4010NA 1.5份，铁红3份，碳酸钙70份，硅藻土20份，云母粉10份。

实施例3

天然橡胶100份，吸水助剂110份，白炭黑40份，环烷油70份，氧化锌8份，硬脂酸2份，硫磺1.2份，促进剂DM 0.6份，TT 0.3份，BZ 0.4份，防老剂RD 1.5份，防老剂4010NA 1.5份，铁红4份，碳酸钙85份，硅藻土15份，云母粉5份。

实施例4

乙丙橡胶100份，吸水助剂110份，白炭黑40份，石蜡油70份，氧化锌8份，硬脂酸2份，硫磺1.2份，促进剂DM 0.6份，TT 0.3份，BZ 0.4份，防老剂RD 1.5份，防老剂4010NA 1.5份，铁红4份，碳酸钙85份，硅藻土15份，云母粉5份。

上述实施例1-4，混炼工艺和硫化工艺相同，均按照一种高性能吸水膨胀橡胶复合材料的制备方法实施，包括以下步骤：

混炼：将密炼机初始温度控制在60℃，转速为60转/分钟，先加入橡胶本体塑炼2min，然后依次加入补强填料、填充油、活化剂、防老剂、颜料和碳酸钙，混炼2min后加入吸水助剂，继续混炼2min得到一段母炼胶；将一段母炼胶放入开炼机，依次加入促进剂和硫化剂，薄通5次，下片得混炼胶；

硫化：将混炼胶停放24小时，设定常规硫化条件：压力15MPa，硫化温度： 160℃，时间：3min，模压制得硫化胶片。

对比例1

天然橡胶标准胶100份，丙烯酸/丙烯酰胺共聚物吸水树脂60份，氧化锌6份，硬脂酸2.5份，硫磺2份，促进剂DM 2.5份，促进剂CZ 1.5份，白炭黑50份，滑石粉10份，环烷油30份，颜料3份。

对比例2

乙丙橡胶100份，聚乙烯醇吸水树脂45份，氧化锌5份，硬脂酸1份，硫磺1.5份，促进剂DM 1.5份，促进剂CZ 0.8份，促进剂TMTD 0.2份，白炭黑20份，滑石粉30份，石蜡油15份，颜料5份。

上述对比例1-2，混炼工艺和硫化工艺相同，包括以下步骤：

开炼：将生胶在双辊混炼机塑炼1.5分钟，依次加入活化剂、促进剂、颜料，混炼1分钟，再将补强剂、填充剂、吸水树脂依次加入，混炼均匀后加入硫化剂，左右割刀三次，薄通、下片，制得混炼胶；

硫化：将混炼胶放置24小时，设定常规硫化条件：压力15MPa，硫化温度180℃，时间为5min，模压制得硫化胶。

按照国家标准GB/T 18173.3-2014《高分子防水材料 第3部分：遇水膨胀橡胶》，将实施例1-4制得的高性能吸水膨胀橡胶材料和对比例1-2制得的现有吸水膨胀橡胶复合材料进行性能测试，包括材料的硬度、拉伸强度、拉断伸长率、体积膨胀倍率（72h），以及反复浸水试验（72h）后的拉伸强度、拉断伸长率和体积膨胀倍率等性能。同时提供了实施例1-4材料在反复浸水试验后，24h和48h的体积膨胀倍率效果，供同领域其他技术人员参考。

测试结果如下表所示：

实施例1-4按本发明高性能吸水膨胀橡胶复合材料的制备工艺实施，对比例1-2按现有的普通吸水橡胶复合材料制备工艺实施。实施例1-3和对比例1中的橡胶本体为天然胶，实施例4和对比例2中的橡胶本体为乙丙橡胶。

由表可以看出，实施例1-4制得的高性能吸水膨胀橡胶的体积膨胀率、力学性能，以及反复吸水后的体积膨胀率和力学性能均较优。依据GB/T 18173.3-2014中的指标要求，实施例1、实施例2和实施例4制得的材料性能均达到了国家标准GB/T 18173.3-2014中指标PZ-400，其中反复浸水试验后的体积膨胀倍率接近500%（PZ-600）；实施例3制得的材料性能：硬度46符合48±10（邵尔A/度），拉伸强度为4.8MPa≥3MPa、拉断伸长率524%≥350%、体积膨胀率861%≥600%；反复浸水试验后：拉伸强度4.0MPa≥2 MPa、拉断伸长率504%≥250%、体积膨胀倍率584%≥500%，即材料反复浸水前后性能达到了国家标准GB/T 18173.3-2014中最优指标PZ-600；对比例1-2制得的材料性能只达到了国家标准GB/T 18173.3-2014中指标PZ-150，与本实施例1-4所制备的高性能吸水膨胀橡胶复合材料相比，其反复浸水前后的体积膨胀倍率明显较低。

综上，本发明的高性能吸水膨胀橡胶复合材料性能优于现有的普通吸水橡胶复合材料性能，达到国家标准GB/T 18173.3-2014中最优指标PZ-600，不仅保留了传统橡胶材料的高弹性，而且具有较好的吸水功效，即同时拥有优异的双重止水特性：弹性密封止水和吸水膨胀止水，是较为理想的防水密封材料，可用于各种地下工程、建筑工程、船舶防水等相关领域。

组份中的吸水助剂在橡胶基体中分散均匀，且与橡胶基体间的相容性较好，反复浸水前后少量析出，规避了材料内部结构缺陷，平衡了吸水膨胀橡胶复合材料的吸水性能和物理机械性能。本发明公开了该高性能吸水膨胀橡胶复合材料的制备方法-机械物理共混法，制备工艺简单、环保，低成本。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高性能吸水膨胀橡胶复合材料，其特征在于，包括以下重量份组份：橡胶本体100份，吸水助剂80-120份，补强填料40-140份，填充油60-70份，活化剂8-10份，硫化剂1.2-1.25份，促进剂1.3-3.5份，颜料2-4份，防老剂0.5-3份，其它无机矿物填料80-100份。

2.根据权利要求1所述的一种高性能吸水膨胀橡胶复合材料,其特征在于,所述橡胶本体为天然橡胶、乙丙橡胶、氯丁橡胶、丁基橡胶、顺丁橡胶和丁苯橡胶中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的一种高性能吸水膨胀橡胶复合材料，其特征在于，所述补强填料为沉淀法白炭黑。

4.根据权利要求1所述的一种高性能吸水膨胀橡胶复合材料，其特征在于，所述活化剂为氧化锌和硬脂酸锌。

5.根据权利要求1所述的一种高性能吸水膨胀橡胶复合材料，其特征在于，所述吸水助剂为吸水橡胶专用的多功能吸水助剂，具体制备方法如下：将甘油脂肪酸酯放置20℃的烘箱中2小时后，选取白炭黑375g、膨润土750g、PEG1500 250g、超细滑石粉125g和烘过的甘油脂肪酸酯1000g送入高速混合机中混合搅拌8s，控制搅拌机的搅拌速度为15000r/min，然后出料得到多功能吸水助剂。

6.根据权利要求1所述的一种高性能吸水膨胀橡胶复合材料，其特征在于，所述防老剂为RD、4010NA中的至少一种，所述硫化剂为硫磺，所述促进剂为DM、TT、BZ中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的一种高性能吸水膨胀橡胶复合材料，其特征在于，所述无机矿物填料为碳酸钙、云母粉、硅藻土中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的一种高性能吸水膨胀橡胶复合材料，其特征在于，所述颜料为铁红，具有着色力强，无油渗性和水渗性。

9.根据权利要求1所述的一种高性能吸水膨胀橡胶复合材料，其特征在于，所述填充油为环烷油、石蜡油中的至少一种。

10.权利要求书1-9所述的一种高性能吸水膨胀橡胶复合材料的制备方法，其特征在于，具体制备方法如下：

S1混炼：将密炼机初始温度控制在50℃~60℃，转速为60~70转/分钟，先加入橡胶本体塑炼，然后依次加入补强填料、填充油、活化剂、防老剂、颜料和无机矿物填料，混炼2min后加入吸水助剂，继续混炼2min得到一段母炼胶；

S2将一段母炼胶放入开炼机，依次加入促进剂和硫化剂，薄通5次，下片得混炼胶；

S3硫化：将混炼胶停放16小时~24小时，取样放入制定产品模具，160℃硫化，得硫化胶。