遇水膨脹橡膠的研究進展

李海花，張建生，趙 玥

(唐山學院 環境與化學工程系，河北 唐山 063000)

遇水膨脹橡膠的研究進展

李海花*，張建生，趙 玥

(唐山學院 環境與化學工程系，河北 唐山 063000)

介紹了遇水膨脹橡膠及其制備方法，重點綜述了近二十年遇水膨脹橡膠的研究情況，總結了以后的研究重點和發展方向。

遇水膨脹橡膠；吸水材料；物理共混法；化學接枝法

1 遇水膨脹橡膠

遇水膨脹橡膠(WSR)是20世紀70年代中后期開發出來的具有吸水膨脹的功能高分子材料，指在橡膠基體中引入可吸水的組分，依靠橡膠本身的彈性和物理機械性能，具有形狀自適應性填充和抗壓性。以傳統橡膠作為基體，引入具有親水功能基團或者帶有親水功能基團的親水性組分制成遇水膨脹橡膠，這種橡膠具有很強的吸水能力，吸水后可以膨脹到自身體積或質量的數倍，并且能夠產生較大的膨脹力，可以適應不同結構變形，起到彈性密封堵水作用[1]。目前遇水膨脹橡膠多應用于工程變形縫、施工縫、水壩嵌縫和各種管道接頭的密封止水等，并已經逐漸取代了傳統的水泥灌漿和環氧樹脂[2]。

2 遇水膨脹橡膠的制備方法

遇水膨脹橡膠最常用的制備方法為物理共混法和化學接枝法。

2.1 物理共混法

物理共混法，是通過機械混煉將橡膠與硫化劑、補強劑以及高吸水物質等物質相混合。比如淀粉-丙烯酸接枝共聚物、纖維素-丙烯腈接枝共聚物、聚乙烯醇交聯物、聚丙烯酸鈉、聚丙烯酰胺、異丁烯-馬來酸酐的交替共聚物等具有較高的吸水能力，可通過物理方法與橡膠共混后制得遇水膨脹橡膠[3]。

張濤[4]考察了用物理共混法制備遇水膨脹橡膠時吸水樹脂和生膠等對遇水膨脹橡膠吸水性能和物理性能的影響。結果表明，遇水膨脹橡膠的吸水膨脹率與吸水樹脂的種類(物性)相關性大而與其用量(達到一定值后)相關性小；吸水樹脂的用量增大，遇水膨脹橡膠的物理性能降低；加入表面處理劑可以改善遇水膨脹橡膠的物理性能。

張立俠[5]研究了雙組份聚氨酯橡膠，利用具有聚氧化乙烯鏈段的聚醚多元醇和多異氰酸酯、交聯劑、催化劑、稀釋劑及其它試劑，預先制成液體A、B組份，使用時將A、B組份按比例混合，攪拌均勻，經室溫固化即可制成遇水膨脹特聚氨酯橡膠。該產品由于聚氧化乙烯鏈段特有的吸水功能，長期浸泡析出物較少，反復膨脹率可達到99%。

衡水大禹工程橡塑科技開發有限公司于2010年申請了一項發明專利[6]，提到將天然橡膠和改性淀粉接枝丙烯酸聚合物及添加劑，經密煉、開煉、硫化制得遇水膨脹橡膠，各材料及其重量份數配比為：天然橡膠10～60份，改性淀粉接枝丙烯酸聚合物10～40份，硫磺0.3 3份，硫化促進劑1～2份，氧化鋅1～5 份，硬脂酸0.5～2份。該方法制備工藝簡便，制得的產品除了具有較好的橡膠性能如彈性、強度、延伸性等，還具有遇水膨脹性，且膨脹率較高，防水止水效果好。

張建生等[7]采用聚醚多元醇、甲苯二異氰酸酯(TDI)、3，3'-二氯-4，4'-二氨基二苯基甲烷(MOCA)等制備了無溶劑遇水膨脹液體橡膠止水帶，其最佳的配比為：m(聚醚 D2802)∶m(S505)=1∶4，DBP用量為15%，填料用量為15%，經2年的施工應用未出現漏水現象。

張建生[8]于2014年以聚醚多元醇、甲苯二異氰酸酯以及助劑等為原料，制備了雙組份遇水膨脹聚氨酯液體橡膠，研究了聚醚配比、-NCO 含量、填料以及催化劑對產品性能的影響，確定了實驗配比：聚醚TEP-505S∶聚醚 TED2817=90：10(質量比)，ω(-NCO)=4.5%，ω(填料)=8%，ω(二月桂酸二丁基錫)=0/1%，其結果表明，遇水膨脹聚氨酯液體橡膠體積膨脹率大于518%，拉伸強度大于2.0MPa，用于建筑物的防水施工效果良好。

物理共混法具有方法簡單，產量高等優點，適合實際生產，應用比較廣泛。但其有自身的缺點，因其只是簡單的物理共混，吸水材料與橡膠間作用力小，吸水材料易發生團聚，分散不均勻等現象，同時，由于吸水材料與橡膠本身的難相容問題，吸水材料在吸水后極易析出，造成吸水材料的流失，導致遇水膨脹橡膠使用時間短等問題。

2.2 化學接枝法

化學接枝法是將含有親水性基團如羥基、羧基、氨基、醚基的分子鏈通過一系列的化學反應接枝到橡膠大分子鏈上合成親水性橡膠，既可保持橡膠的性能，又具有一定的吸水性[9]。

湖北大學的馮冬冬等人[10]用過氧化苯甲酰作為引發劑，將親水單體丙烯酸(AA)和丙烯酰胺(AM)利用溶脹懸浮法接枝到水性氯化聚乙烯(CPE)大分子鏈上，制備了顆粒狀雙親性接枝共聚物CPE-g-AA，CPE-g-AM，以正交實驗考察了投料比、反應溫度、反應時間等對試樣性能的影響。

許嬋嬋等[11]通過原位反應合成技術、利用丙烯酸鈉-丙烯酰胺改性氟橡膠制備遇水膨脹橡膠。結果表明：該遇水膨脹橡膠90℃時在10 h內能迅速膨脹至500%，而在 1×104和 3×104mg/L NaCl鹽水溶液中浸泡 10天后，其膠筒直徑膨脹率可達115%；70℃干燥 300min后，遇水膨脹橡膠的保水率為50%，而普通氟橡膠為，即遇水膨脹橡膠的保水能力良好；室溫下進行的抗拉伸實驗表明該橡膠的拉伸強度中值為19.2 MPa，扯斷伸長率中值為680%；對該橡膠制備的自膨脹封隔器進行的地面承壓能力測試表明，自膨脹封隔器最大承受壓力達到12 MPa。

胡曉云等[12]以聚乙二醇(PEG)、甲苯二異氰酸酯(TDI)為原料，用甲基丙烯酸羥乙酯(HEMA)封端，制備了吸水性聚氨酯(PU)樹脂，將該樹脂再與丁腈橡膠通過化學接枝的方法制備出新型耐鹽型遇水膨脹橡膠。結果顯示，隨著吸水材料中 PU 樹脂相對含量的升高，遇水膨脹橡膠的拉伸強度由可達到9.81 MPa，扯斷伸長率升高到708 %，撕裂強度能達到 42.9 kN·m-1，硬度提升到 88 A。最大吸水膨脹倍率隨礦化度提高逐漸呈現穩定趨勢即不會出現明顯的析出現象，耐鹽性良好。

宋清煥等人[13]采用γ射線輻射硫化的方法制備了氯丁橡膠/聚丙烯酸鈉型吸水橡膠，探討了增容劑、輻射劑量等因素對體系性能的影響，增容劑可提高其力學性能和平衡膨脹率，降低質量損失率；而輻射劑量的增加導致吸水能力的下降。輻射硫化這項技術能夠可以發生在常溫常壓下，并且不需要添加硫化劑，減少化學殘渣。

化學接枝法可以避免物理共混法的弊端，具有吸水材料不易析出、吸水材料與橡膠可相容、穩定性好等優點，但制備和研究的成本卻大大提升，因此，目前該方法主要處于試驗階段，尚未見大規模開發利用。

3 結語

目前，遇水膨脹橡膠已廣泛應用于地鐵、隧道、地下室、地下車庫、地下變電站、油田和大壩等各種地下工程和基礎工程的防水密封，應用很廣泛，也越來越得到認可。在今后的發展方向主要有兩個方面：第一是吸水材料的選用，遇水膨脹橡膠中最主要的物質是吸水材料，開發吸水性能好的材料和吸水與材料的相容性研究將會成為研究重點；第二是橡膠的制備方法改進，目前應用較多的仍是物理方法，但其有易析出吸水材料、混煉不均勻等缺點，所以采用化學接枝法制備性能更優異的橡膠將會更受歡迎。

[1] 馮東東, 何培新. 共混型吸水膨脹橡膠的研究及應用[J].特種橡膠制品, 2001, 22(2): 46-50.

[2] 張玉紅, 鄒其超, 何培新. 吸水膨脹橡膠研究概況[J]. 化學與生物工程, 1998 (6): 7-10.

[3] 陳 祁.國內外遇水膨脹橡膠研究進展[J].化學工程與裝備, 2011(8): 133-134.

[4] 張 濤. 遇水膨脹橡膠的研究[J]. 橡膠工業, 1999(6):353-355.

[5] 張立俠. 遇水膨脹聚氨酯橡膠的研制[J]. 橡塑資源利用, 2005(5):17-19.

[6] 張全新, 張 虎. 遇水膨脹橡膠制備工藝：CN，101759885A[P]. 2010-06-30.

[7] 張建生, 李穎娜, 邊素潔. 無溶劑遇水膨脹液體橡膠止水帶的研制[J]. 新型建筑材料, 2012, 39(9):55-57.

[8] 張建生. 遇水膨脹聚氨酯液體橡膠的研制與應用[J]. 化工新型材料, 2014, 42(1): 161-163.

[9] 趙婷婷. 遇水膨脹橡膠的制備與應用研究[D]. 長春：吉林大學, 2014.

[10] 馮東東，何培新. 氯化聚乙烯接枝水溶性單體[J]. 湖北大學學報：自然科學版, 2001, 23(1): 65-69.

[11] 許嬋嬋， 董恩博， 鄒曉敏. 原位法制備遇水自膨脹橡膠與應用[J]. 油田化學, 2015, 32(1): 12-14.

[12] 胡曉云, 王曉環, 李翠蘋, 等. 耐鹽型遇水膨脹橡膠的制備與性能[J]. 彈性體, 2016, 26(2): 12-17.

[13] 宋清煥, 鄧剛, 孟闖. 輻射硫化和增容劑對氯丁/聚丙烯酸鈉遇水膨脹橡膠性能的影響[J]. 輻射研究與輻射工藝學報, 2008, 26(4): 246-248.

(本文文獻格式：李海花，張建生，趙 玥.遇水膨脹橡膠的研究進展[J].山東化工，2017，46(08)：66-67.)

Research Progress of Water Swelling Rubber

LiHaihua,ZhangJiansheng,ZhaoYue

(Department of Environmental and Chemical Engineering, Tangshan University, Tangshan 063000, China)

This paper reviews water swelling rubber and its preparation methods and emphasizes the water swelling rubber research in recent 20 years, then summarizes the future research direction in the end.

water swelling rubber；water absorption material；physical blending technology; chemical graft

2017-02-07

唐山市科技局計劃項目(13130244z)

李海花(1983—)女，博士，講師，河北邯鄲人，主要從事化工教學及防水材料研究。

TQ330

A

1008-021X(2017)08-0066-02