HNBR遇水膨胀橡胶的制备与性能研究

摘要

高吸水材料具有极强的亲水性和轻度交联的网络结构，一般能吸收大量水分，并能在受到压力后仍然保持水分。遇水膨胀橡胶（WSR）是一种新型的吸水材料，由吸水树脂与橡胶基体共混而成。其物理机械性能较好，吸水膨胀后能适用于各种不规则的缝隙封堵达到彻底止水的功效，主要用作土木建设的止水材料、密封材料，在建筑、地下通道的防水堵漏工作中获得较好应用。WSR在常温水中可以获得较高的膨胀率，且吸水稳定，但是在高温环境中往往吸水膨胀不稳定，使用寿命降低，因此改善WSR的耐高温性对其在特殊工程环境中应用有重要的意义。本文研究了聚丙烯酸类双亲性多孔吸水树脂的合成及吸水性能和亲油性研究；利用氢化丁腈橡胶（HNBR）制备的WSR，研究WSR的耐老化性能和高温吸水稳定性能。
　　本研究主要内容包括：⑴以甲基丙烯酸月桂酯（LMA）和丙烯酸（AA）为共聚单体，过硫酸铵（APS）和亚硫酸氢钠组成氧化还原引发体系，N,N-亚甲基双丙烯酰胺(BIS)为交联剂，碳酸钙（CaCO3）为致孔剂，采用溶液聚合的方法，以水为溶剂，羧甲基纤维素钠为稳定分散剂，制备了多孔两亲性吸水树脂。利用热失重分析（TGA）、扫描电镜（SEM）对该树脂进行表征，发现LMA含量越多热稳定性越差，孔洞结构越不完整，CaCO3含量越多，孔洞结构越容易塌陷。在去离子水、不同酸碱PH值的溶液及柴油中测试吸水性能及亲油性，发现 nLMA/nAA=1/8，nCaCO3/nAA=1/2含量的多孔树脂吸水和吸油速率最快。⑵以HNBR为橡胶基体制备耐高温WSR。利用转矩流变仪、转矩硫化仪和万能拉伸试验机研究了补强剂白炭黑（WCB）、炭黑（CB）和硫化剂过氧化二异丙苯（DCP）含量对WSR性能的影响，并测试了25℃、60℃和85℃淡水中吸水性能。研究发现：WCB含量增加，交联密度增加，WSR拉伸强度增加，而硬度有大幅度提高，高温淡水中WSR吸水膨胀稳定性降低，其中WCB=35份的WSR拉伸强度最大，硬度较高，吸水膨胀率较大，高温吸水膨胀率相对较稳定，而且质量损失率较低，性能较优。CB含量增加，交联密度降低，拉伸强度下降，断裂伸长率下降，硬度上升。160℃24h热老化后WSR力学性能较稳定，其中WCB=35份，CB=30份时WSR力学性能稳定性最好。在吸水测试中，CB=20-40份时，25℃的WSR吸水膨胀倍率较大，但是在60-85℃淡水中最终膨胀倍率较低，吸水稳定性很差；CB=0-10份时，温度越高，WSR吸水速率、膨胀倍率越大，高温吸水稳定，且 CB=10份时，吸水膨胀倍率较大，质量损失率较小，高温吸水稳定性能最好。DCP含量越大，WSR硫化时间越短，交联密度越大，拉伸强度越高，断裂伸长率越小，吸水膨胀率和吸水速率越小，吸水后的质量损失率区别不大。其中，DCP=2份含量的WSR耐老化性能较好。

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第一章 文献综述

1.1 前言

1.2 遇水膨胀橡胶的简介

1.3 吸水树脂的简介

1.4 氢化丁腈橡胶的简介

1.5 本工作的意义及主要研究内容

第二章 实验部分

2.1主要原料

2.2 主要设备

2.3 试样制备

2.4 性能测试与表征

第三章 遇水膨胀橡胶中吸水树脂的结构与性能

3.1 引言

3.2 甲基丙烯酸月桂酯含量对吸水树脂性能的影响

3.3 致孔剂CaCO3含量对吸水树脂性能的影响

3.4 本章小结

第四章 补强体系对遇水膨胀橡胶性能的影响

4.1引言

4.2 白炭黑对WSR性能的影响

4.3 炭黑对WSR性能的影响

4.4 本章小结

第五章 硫化体系对遇水膨胀胶性能的影响

5.1 引言

5.2 实验配方

5.3 过氧化物硫化剂DCP用量对WSR硫化性能的影响

5.4 过硫化物硫化剂DCP用量对WSR力学性能的影响

5.5 过硫化物硫化剂DCP用量对WSR老化性能的影响

5.6 过氧化物硫化剂DCP用量对WSR吸水性能的影响

5.7 本章小结

第六章 全文总结

参考文献

致谢