吸水膨脹橡膠配方分析

一.前言吸水膨脹橡膠(WSR)是70年代后期開發的一種新型功能高分子材料，其特性是在保持橡膠高彈性、耐壓縮變形的同時賦予硫化膠以快速吸水膨脹和保水性能，藉以克服橡膠發生永久變形及水泥材料凝固時收縮，導致防水止漏不嚴，密封性不好的耐久性密封問題，是各類防水止漏工程最理想的嵌逢密封材料。是一類兼具橡膠彈性和吸水膨脹雙重功能的特種橡膠.禾川化學專業從事吸水膨脹橡膠配方分析、成分分析、配方檢測、成分檢測，禾川化學是吸水膨脹橡膠企業產品技術革新的風向標；禾川化學通過多年沉積,運用精細化工的復配技術,做了小試和應用試驗,研制了一種新型吸水膨脹橡膠配方技術;該橡膠是一種通過彈性密封和吸水膨脹雙重止水的新型功能高分子材料，由于這種材料是非極性橡膠與極性親水組分的結合體，因而它和非極性表面(如瀝青、塑料、橡膠)和極性表面(如水泥砂槳、鋼筋水泥)均有良好的浸潤密合特性，同時材料又可反復吸水膨脹，保水性能穩定，獨具彈性和吸水膨脹雙重功能，可長期耐久密封，該橡膠的高彈性和較好的機械強度，使得橡膠在吸水后可膨脹幾倍至幾百倍，可以克服橡膠材料因永久形變、蠕變和嵌接材料的固化收縮等帶來的止水失效缺陷因而廣泛用于隧道、地鐵、涵洞、建筑、地下室、泳池、地下工程、海上采油等工程設施的防水止漏密封，同時也是汽車、集裝箱、精密儀器、藥品、食品的防水、防潮包裝等的理想密封材料.二.吸水膨脹橡膠配方技術2.1吸水膨脹橡膠吸水機理吸水橡膠中含有足夠量的親水性基團或物質，當它與水接觸時，水分子會通過表面吸附、毛細管作用及擴散等進入其內部，其與橡膠中的親水性基團或物質形成極強的結合力，隨著水分子的不斷增加，橡膠發生膨脹形變，在抗形變力與滲透壓達到平衡時，吸水橡膠保持相對穩定對穩定.2.2吸水膨脹橡膠選材設計吸水膨脹橡膠可由通過化學改性引入親水性官能團的橡膠基體材料制成；也可由橡膠材料和親水性的化學物質進行共混制成.2.1.1膠種吸水膨脹橡膠可由橡膠材料和親水性的化學物質進行共混制成。吸水膨脹橡膠中基體材料確定的原則是：彈性好，工藝性能好，具有一定的強度。常用的橡膠有天然橡膠、氯丁橡膠、丁基橡膠、三元乙丙橡膠以及熱塑性的SBS等。非結晶型橡膠與吸水樹脂共混制成吸水膨脹橡膠，易發生冷流現象，用作止水材料是會喪失止水效果，因此最好采用常溫下結晶區域或玻璃化區域達到5%～50%的1,3﹣二烯類橡膠，如氯丁橡膠;氯丁橡膠比丁基橡膠作基體制得的WSR膨脹性能好，但丁基橡膠為基體時強度高，耐壓性好.親水性化學物質常采用吸水樹脂，可改善橡膠的強度與加工性能，以及吸水膨脹橡膠組成的關鍵組成。吸水樹脂應選擇粒度小、吸水率大、保持水的能力強、在橡膠中易分散、不會析出的品種;一般吸水樹脂的用量越大，膨脹率就越大。但用量過大影響橡膠的物理機械性能，在實際應用中應根據制品的使用條件，在吸水性和膠料的物理機械性能間達到最佳平衡。目前生產中常用的吸水樹脂有以下幾種。1)淀粉類:如淀粉﹣丙烯腈接枝聚合物的皂化物、淀粉﹣丙烯酸的接枝聚合物等;2)纖維素類:如纖維素﹣丙烯腈接枝聚合物、羧甲基纖維素的交聯產物等;3)聚乙烯醇類:如聚乙烯醇的交聯產物、丙烯腈﹣乙酸乙烯酯共聚物的皂化產物等;4)丙烯酸類:如聚丙烯酸鹽(主要是鈉鹽)(PNaAA)、甲基丙烯酸甲酯﹣乙酸乙烯酯共聚物的皂化產物等;5)聚亞烷基醚類?如聚乙烯制與二丙烯酯交聯的產物等;6)馬來酸酐類:如異丁烯﹣馬來酸酐的交替共聚物，陰離子型聚丙烯酰胺（PHPAM-1）等;吸水性樹脂大多是由水溶性樹脂經部分交聯或皂化而制成的，一般為顆粒狀粉末，它們絕大多數不易在橡膠中分散。吸水樹脂在橡膠中分散不均勻，遇水時表面的樹脂就會被誰抽出，從而影響產品的吸水率。將吸水樹脂與水溶脹性聚氨酯并用，一起與橡膠混煉，則可制出具有不同吸水膨脹率和力學性能的吸水膨脹橡膠。在橡膠中摻用其他吸水性樹脂也能制成吸水膨脹橡膠。可選用吸水倍率高、吸水后強度較好的吸水樹脂，如部分交聯的聚丙烯酸鈉、異丁烯-馬來酸酐的共聚物等。其中以含羧酸鹽的高分子電解質作為吸水性樹脂最為適宜，特別是以乙烯基醚和烯烴不飽和羧酸或其衍生物為主要成分的共聚物的皂化物以及聚乙烯醇/丙烯酸鹽的接技共聚物，不但吸水后的強度高，而且還能提高吸水后材料的剛性。為了克服吸水性樹脂與橡膠基材脫離的現象，吸水樹脂的粒徑應控制在100μm以下，小于50μm則更好.除了粒徑之外，吸水樹脂的共混工藝對制品的外觀、物理性能等也有重影晌.超吸水樹脂中發展最快的是丙烯酸類超吸水樹脂。丙烯酸類超吸水樹脂是以丙烯酸為主體原料合成的，樹脂的吸水能力在600倍以上.2.1.2增容劑橡膠材料和吸水性樹脂兩者因熱力學相容性差，混合后不能形成較好的混容體系，分散相的吸水性樹脂易彼此凝聚在一起，從橡膠交聯網絡中脫落，影響吸水膨脹橡膠的吸水性能和力學性能。選擇適合的增容劑，可改善橡膠材料和吸水性樹脂的相容性，從而提高吸水膨脹橡膠的吸水性能和力學性能;常用的增容劑是含聚氧化乙烯(PEO300)嵌段的親水親油型多嵌段共聚物.2.1.3防老劑吸水膨脹橡膠大多是在嘲濕惡劣的環境下使用的，所以在配方中必須增加防老劑的用量，而且所用的防老劑不應被水抽出。此外還要加入適量的防霉劑，特別是當水中含有多價金屬離子時，例如用于與海水接觸的海洋工程，當雨水或淤泥的水中含有金屬離子時，它的吸水膨脹性能就會受到影響。為了避免這種影響，可在配方中加入金屬離子封閉劑，如縮合磷酸鹽和乙二胺四乙酸及其金屬鹽之類的氨基羧酸衍生物，其用量在1~50份之間，視水質情況而定。在某些對金屬有腐蝕性的應用場合中還要加入0.5~1.0份的抗金屬腐蝕劑.2.1.3其它影響因素一般情況下，吸水膨脹橡膠的吸水率，隨交聯密度增加而減小。這是因為硫化膠的交聯密度大，交聯網絡緊密，橡膠分子鏈的移動或擴張不容易，樹脂吸水后的膨脹力，不能克服交聯網絡的束縛，使樹脂在橡膠中的吸水膨脹受到較大的壓抑，導致膨脹率減小;反之，交聯密度小，交聯網絡稀松，吸水樹脂的膨脹力大于交聯網絡的束縛力，吸水后橡膠能均勻膨脹.因此,在保證硫化膠物理力學性能的同時，應盡量減小交聯密度。具體措施是可減少硫化劑、促進劑的用量.三.吸水膨脹橡膠參考配方3.1吸水膨脹橡膠參考配方1：成分投料比成分說明三元乙丙橡膠（8460）100

活性氧化鋅4.5~5.5

硬脂酸0.5~1.5

萊茵散422.5~3.5

硫磺1.5~2.5

炭黑N539110

石蠟油60

黑油膏4.5~5.5

聚乙二醇（4000）?2.5~3.5

氧化鈣6~7促進劑M1.5~2.5促進劑ZDT3.5~4.53.2吸水膨脹橡膠參考配