SAR/NBR共混型吸水膨胀橡胶的制备与性能研究

摘要

吸水膨胀橡胶（WSR）是一种具有优良弹性和吸水膨胀性能的新型功能性止水密封橡胶材料。由于其施工方便、材料有效利用率高且工程造价低，在防水密封等诸多领域有着广阔的应用前景和巨大的市场需求。一般可以通过物理共混法和化学接枝法制备WSR，由于考虑到制品质量、工艺和成本等因素，工业上一般都是将橡胶等弹性基体和高吸水树脂（SAR）通过比较容易大规模工业化的物理机械共混法制备WSR。SAR的吸水膨胀性能，基体材料的弹性、力学性能以及二者的共混性能等对WSR的综合应用性能有着重要的影响。目前，在实际工程应用中发现共混型WSR仍然存在着一些较突出的问题：SAR与疏水性橡胶基体的相容性差、耐盐性差以及WSR（尤其是是大型制品）的吸水膨胀速率较慢，这些缺点都将在很大程度上制约着WSR的大规模推广和应用。
　　 本文主要研究了聚丙烯酸类SAR的合成工艺、SAR的疏水改性工艺、NBR基WSR的制备工艺，并对制备的吸水膨胀橡胶材料的力学性能和吸水膨胀性能进行了考察。
　　 本文以AA、AMPS、DMDAAC为功能单体，以过硫酸钾（KPS）为引发剂，聚乙二醇双丙烯酸酯（PEGDA（Mw=258））为交联剂，利用反相悬浮法合成了两性离子型高吸水树脂，研究了油水比、引发剂用量、交联剂量、AA中和度和单体配比高吸水树脂吸水性能的影响。实验表明，合成高吸水树脂的的适宜工艺条件：油水比为：4:1，交联剂用量为0.55％，引发剂用量为0.8％，AA中和度为80％，单体配比为：AA/AMPS/DMDAAC=67.4:29:3.6，反应温度为70℃。合成得到的高吸水树脂吸收蒸馏水和自来水的倍率高达分别达到1170 g/g和405g/g。采用FT-IR对合成的高吸水树脂的结构进行了分析，证实了不同亲水功能单体的共聚；利用SEM分析了SAR的形貌为微米级的球形结构，且粒子间易团聚；TG分析表明SAR具有较好的热稳定性。实验还研究了SAR的吸水速率和在不同盐溶液中的吸水性能。
　　 为了改善基体材料NBR与亲水组分SAR间的相容性，本实验对SAR进行了疏水性互穿网络结构改性研究。将丙烯酸丁酯（BA）、丙烯酸（AA）、交联剂、引发剂与SAR混合，使SAR充分溶胀后引发BA和AA进行原位聚合，得到疏水改性高吸水树脂（m-SAR）。实验分别采用FT-IR和TG进行了结构分析和热稳定性分析。
　　 以m-SAR、白炭黑及各种橡胶助剂与丁腈橡胶（NBR）机械共混制备了吸水膨胀橡胶（WSR）。研究了不同改性组分含量、SAR含量等对WSR的吸水前后的机械力学性能和吸水膨胀性能分别进行了讨论，还利用SEM和TG对WSR进行了微观结构和热稳定性分析。结果表明：SAR改性后，WSR的流失率得到了降低，相容性在一定程度上得到了改善；WSR的吸水速率较快，能在较短时间内达到吸水平衡。通过吸水性能测试研究了环境温度和电解质环境对WSR的吸水膨胀性能的影响。结果表明，随温度升高，WSR平衡吸水倍率有所下降，质量流失率有所增大。随阳离子和浓度电荷数增加，WSR的吸水膨胀倍率均明显降低。

目录

文摘

英文文摘

第一章 文献综述

1.1 引言

1.2 WSR的分类及制备方法

1.2.1 WSR的分类

1.2.2 WSR的制备方法

1.3 WSR的吸水膨胀机理

1.4 WSR性能的影响因素

1.4.1 橡胶基体的选择

1.4.2 亲水组分的选择

1.4.3 增容剂的选择

1.5 WSR的应用

1.6 存在的问题及论文研究内容

第二章 高吸水树脂（SAR）的制备与性能研究

2.1 引言

2.2 SAR的合成

2.2.1 主要实验试剂

2.2.2 主要实验仪器

2.2.3 SAR的合成

2.3 测试与表征

2.3.1 SAR的吸液倍率测定

2.3.2 SAR的吸液速率测试

2.3.3 红外分析

2.3.4 SEM分析

2.3.5 TG分析

2.4 结果与讨论

2.4.1 油水体积比对SAR吸水倍率的影响

2.4.2 交联剂对SAR吸水性能的影响

2.4.3 引发剂用量对SAR吸水性能的影响

2.4.4 AA中和度对SAR吸水性能的影响

2.4.5 AMPS用量对SAR吸水性能的影响

2.4.6 DMDAAC用量对SAR吸水性能的影响

2.4.7 SAR吸收盐水测试

2.4.8 SAR的FT-IR图谱分析

2.4.9 SAR的SEM分析

2.4.10 SAR的TG分析

2.4.11 SAR的吸水动力学探讨

2.4.12 SAR吸水溶胀分析

2.5 本章小结

第三章 吸水膨胀橡胶（WSR）的制备与性能研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 主要实验试剂

3.2.2 主要实验仪器

3.2.3 WSR的制备

3.3 测试与表征

3.3.1 疏水改性高吸水树脂的FT-IR分析

3.3.2 WSR力学性能测试

3.3.3 WSR吸水性能测试

3.3.4 SEM分析

3.3.5 TG分析

3.3.6 WSR质量流失率测试

3.4 结果与讨论

3.4.1 疏水改性后SAR的FT-IR分析

3.4.2 疏水改性后SAR的TG分析

3.4.3 改性组分对WSR性能影响的研究

3.4.4 SAR对WSR性能的影响

3.4.5 WSR在不同环境温度下的吸水膨胀性能

3.4.6 WSR在盐溶液中的吸水膨胀性能

3.4.7 WSR的TG分析

3.5 本章小结

第四章 总结与展望

4.1 全文总结

4.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的文章和申请的发明专利

致 谢