高吸水剂的合成及吸水膨胀橡胶的制备

摘要

吸水膨胀橡胶(Water Swelling Rubber，简称WSR)是上世纪70年代兴起的功能高分子材料，目前广泛运用于工程变形缝施工及各种管道密封等领域，具有使用和市场价值。目前，吸水膨胀橡胶主要以聚丙烯酸系高吸水剂（Super Absorbent Polymer，简称SAP）与橡胶基体通过物理混合方法制得，普遍存在吸水剂与橡胶基体不相容的问题，使用过程中吸水剂析出，造成吸水性能、力学性能等下降，影响使用效果。迄今为止，人们使用了很多手段对其改进，包括在橡胶制备过程加入助剂;对高吸水剂进行改性修饰，使其能与橡胶通过物理的或化学的作用“联接”更紧密;寻找新的亲水物质替代传统的高吸水剂等。种种制备和改性的方法，目的都是要实现吸水膨胀橡胶工艺简单，成本最低，性能最优。
　　本文从改性高吸水剂、寻找新的亲水物质及新的制备方法入手，制备了四种类型的吸水膨胀橡胶:1、制备吸水剂时掺入甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)，再通过物理共混法制备吸水膨胀橡胶;2、制备吸水剂时按比例加入丙烯酸(AA)和甲基丙烯酸β羟乙酯(HEMA)进行共聚，再通过化学接枝法制备吸水膨胀橡胶;3、将聚乙二醇(PEG)与甲苯二异氰酸酯制备成聚氨酯预聚体，再与端烯基醇反应，最后接枝到橡胶基体制备吸水膨胀橡胶;4、探讨了甲基烯丙基聚氧乙烯醚(TPEG)与天然橡胶共聚制备吸水膨胀橡胶。通过热分析、红外光谱分析(IR)等方式对制备的高吸水剂和吸水膨胀橡胶进行了考察，还对橡胶成品进行了吸水性能和力学特性进行了测试，综合评价和对比了高吸水剂和吸水膨胀橡胶的性能。
　　结果表明:1、过氧化氢-抗坏血酸氧化还原引发体系所制备的高吸水剂结构稳定，吸水效果优良;原料中掺入GMA和HEMA会明显降低吸水剂的吸水性能，但在制备吸水橡胶时，能提高橡胶与吸水剂的交联度，最佳的加入量为nGMA/nAA=2.0％，nHEMA/nAA=10.0％;对高吸水剂的热分析和保水性能等测试发现，吸水剂的保水性能及热稳定性优良。2、通过对PEG和烯丙基聚乙二醇(APEG)在一步法制备的聚氨酯吸水膨胀性能和力学性能的考察发现，PEG制备的吸水聚氨酯优于只有单羟基APEG制备的吸水聚氨酯。3、通过对四种方法制备的吸水膨胀橡胶的硫化性能分析、热分析、红外光谱分析和吸水性能及力学性能测试发现:亲水物质与橡胶交联度高的吸水膨胀橡胶吸水性能优;PEG-TDI预聚体直接与橡胶基体聚合接枝所制备的吸水膨胀橡胶吸水性能最优;同时，橡胶的力学性也较好;4、对亲水物质(TPEG)制备吸水膨胀橡胶的探讨，发现该方法是是一种简便有效的方法。
　　综合来说，物理混合改性法制备吸水橡胶和化学接枝法制备吸水橡胶，都能改善亲水物质与橡胶的“不相容”问题;化学接枝法优于物理共混法。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 高吸水剂(SAP)简介

1．1．1 高吸水剂的基本结构

1．1．2 高吸水剂的吸水机理

1．1．3 高吸水剂的分类及制备

1．1．4 高吸水剂的发展应用前景

1．2 吸水膨胀橡胶(WSR)简介

1．2．1 吸水膨胀橡胶的基本结构

1．2．2 吸水膨胀橡胶的分类及制备

1．3 吸水膨胀橡胶(WSR)的改性研究及发展前景

1．4 选题意义及主要内容

第二章 实验与测试方法

2．1 实验原料与仪器设备

2．1．1 实验所需原料

2．1．2 实验所需仪器及设备

2．2 测试方法

第三章 丙烯酸系高吸水剂的制备

3．1 实验部分

3．1．1 主要原料

3．1．2 吸水剂的制备

3．2 结果与讨论

3．2．1 吸水剂吸水性能测试

3．2．2 吸水剂热分析

3．2．3 吸水剂红外光谱分析(IR)

3．3 小结

第四章 高吸水聚氨酯的制备

4．1 实验部分

4．1．1 主要原料

4．1．2 吸水聚氨酯的制备

4．2 结果与讨论

4．2．1 吸水聚氨酯膨胀率测试

4．2．2 力学性能测试

4．3 小结

第五章 吸水膨胀橡胶的制备

5．1 实验部分

5．1．1 主要原料

5．1．2 各类物质的制备

5．2 结果与讨论

5．2．1 硫化性能分析

5．2．2 红外测试分析

5．2．3 失重分析(TG)

5．2．4 力学性能分析

5．2．5 吸水性能测试

5．3 小结

第六章 新材料制备吸水橡胶探讨

6．1 新吸水材料制备吸水橡胶

6．1．1 新材料制备吸水橡胶原料

6．1．2 新材料制备吸水橡胶的制备

6．2 结果与讨论

6．2．1 力学性能分析

6．2．2 吸水膨胀性能分析

6．3 小结

第七章 结论及展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

致谢

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