《武汉工程大学学报》 2011年10期
65-67
出版日期：2011-11-30
ISSN:1674-2869
CN:42-1779/TQ
增容剂在遇水膨胀橡胶中的应用
0引言遇水膨胀橡胶（WSR）是在橡胶基体中加入亲水组分制成［12］.具有橡胶基体高弹性及较高强度同时还具有遇水快速膨胀的特点，广泛用作隧道高速公路、地铁等建筑工程的工程变形缝、施工缝、各种管道接头等的密封防水止漏材料［35］.由于化学接枝法存在成本高、工艺复杂、膨胀率低的问题，制备WSR一般采取物理共混法，但由于亲水组分与橡胶基体相容性差，浸水一段时间后存在亲水组分大量析出的问题，严重影响了WSR的吸水膨胀性能和力学性能.于是人们开始寻找一些能够增进橡胶基体与吸水组分相容性的助剂，以期制备综合性能优良的WSR.两亲性聚氨酯（TPU）分子结构中亲水基团与高吸水树脂相容性好，亲油基团则与橡胶基体结构相近甚至能与橡胶产生交联反应，因此可作为橡胶与高吸水树脂的相容剂［68］.本文以实验室自制的TPU为增容剂，以高吸水树脂(SAR)及丁腈橡胶（NBR）为主要原料，通过物理共混方法制备出吸水膨胀橡胶.对不同结构的TPU对遇水膨胀橡胶的吸水性能及力学性能的影响进了研究.1实验部分1.1主要原料和配方原料：聚氨酯（TPU），实验室自制；丁腈橡胶（NBR）N41，兰州石化；高吸水树脂（SAR），实验室自制；沉淀法白炭黑JF666，重庆建峰集团有限公司；其他试剂或助剂均为市售工业级.配方(质量份)：NBR 100 phr，硬脂酸1.5 phr，氧化锌5 phr，古马隆5 phr，SAR 35 phr，白炭黑30 phr，防老剂40 101 phr，TPU 0~20 phr，促进剂CZ 1.2 phr，硫磺1.7 phr.［说明：phr表示对每100份(本文统一以质量计)橡胶添加的份数，下同］1.2实验设备SK160B双滚筒炼胶机，上海拓林橡胶机械厂；XLB-D压力成型机，浙江湖州东方机械有限公司；C2000E无转子橡胶硫化仪，北京市友深电子仪器厂；冲片机CDR-5，成都真武机械厂；WDW-90电子万能试验机，深圳凯强力股份有限公司；橡胶硬度计，上海精密仪器仪表有限公司；橡胶裁刀，江都市天惠试验机械有限公司.1.3WSR试样制备将丁腈橡胶先在开炼机上塑炼2 min，然后依次加入高吸水树脂、硬脂酸、氧化锌、古马隆、防老剂4010、硫磺、白炭黑、聚氨酯、促CZ，整个混炼过程10 min左右完成，然后再打三角包6~8次即得到分散性较好的混炼胶.混炼胶停放8 h后在平板硫化机上进行模压硫化，硫化条件：150 ℃×12 min，压力10 MPa.1.4性能测试
1.4.1力学性能的测试按照GB/T528-1998、GB/T529-1999，GB／T5531-1999标准，测定试样拉伸强度、拉断伸长率和硬度.压缩永久变形按GB 7759-1996测试（测试条件为70°C×24 h，25%压缩）.
1.4.2吸水性能的测定将剪取的WSR试样(20 mm×10 mm ×2 mm)先称取它们初始重量，然后浸入自来水中，在室温下每隔一段时间取出称重，每次称重前用试纸迅速吸干试样表面的残留液体，按下列公式计算试样的质量吸水倍率：质量吸水率（Δm）Δm=m2-m1m1×100%质量损失率（Lm）Lm=m1-m3m1×100%m1为浸泡前试样在空气中的质量（g）；m2为浸泡后试样在空气中的质量（g）；m3为试样吸水后干燥至恒重的质量（g）.2结果与讨论2.1TPU用量对WSR性能的影响
2.1.1TPU用量对WSR吸水性能的影响图1是在室温下自来水中不同TPU含量的WSR膨胀率随时间变化曲线.图1TPU的用量对WSR的吸水性能影响
Fig.1The influence of adsorptive properties of
WSR on the content of TPU从图1可以看出：随着TPU含量的增加，开始时WSR的吸水速率有变慢趋势，但未加TPU的WSR很快就达到吸水平衡且逐渐有质量下降趋势，加了TPU的WSR的吸水倍率有较长时间的平稳增长，达到最大值后只有稍微的质量减少.TPU含量为10 phr时，膨胀倍率最高.从表1可以看出，TPU为10 phr和20 phr的WSR的质量损失率都较小.从吸水的能力方面来讲，TPU比SAR要差很多，所以作为增容剂的TPU并不是加的越多越好；加的太多会降低单位质量中SAR的含量，从而将低平衡吸水量；而加的太少或不加TPU时SAR与NBR的相容性很差，SAR将大量析出而，导致平衡吸水量将远小于其最大吸水量.
第10期徐智，等：增容剂在遇水膨胀橡胶中的应用
武汉工程大学学报第33卷
表1TPU含量对WSR质量损失率的影响
Table 1The influence of mass loss rate of
WSR on the content of TPU)
TPU含
量/phrSAR质量
分数/%WSR样条
初质量/gWSR样条干
燥至恒重/g质量损失
率/%019.441.541.493.246518.912.132.082.3471018.422.372.3351.4762017.52.542.5051.3782.1.2TPU含量对WSR力学性能的影响TPU含量对WSR力学性能的影响见表2.从表2可以看出：当TPU的含量增加时，WSR的邵氏硬度有稍微增大趋势，拉伸强度和断裂伸长率则有稍微降低趋势.增加TPU的用量，遇水膨胀橡胶的含胶率降低，而TPU对橡胶几乎不具有补强作用，所以拉伸强度、断裂伸长率稍微有所降低，但由于TPU的用量本身就较少，且对橡胶基体和吸水树脂具有良好的增容作用，有利于SAR在NBR中的分散，能一定程度的减少吸水树脂的聚集，减少应力缺陷的形成，综合各方面因素，TPU对WSR力学性能影响不明显.表2TPU含量对WSR力学性能的影响
Table 2The influence of mechanical properties of
WSR on the content of TPU
TPU含
量/phr邵氏
硬度A拉伸强
度/MPa断裂伸
长率/%06311.1104956310.91024106510.9102620699.810092.2不同分子量PEG制备的TPU对WSR性能
影响2.2.1对WSR吸水性能影响主要研究了PEG2000、PEG4000、及PEG2000与PEG4000按11混合这三种情况下制备的TPU对WSR性能的影响.图2是在室温下自来水中不同分子量PEG合成的TPU对WSR膨胀率随时间变化而变化的曲线.从图2可以看出：由PEG2000与PEG4000按11混合后与TDI反应制备的TPU加入WSR中后达到的吸水效果最好，可能是因为同一种分子量的PEG与TDI反应制备的TPU的结构十分规整，结晶性较大，导致产物较脆，增容效果就差于PEG混合使用时的.
图2不同分子量的PEG对WSR吸水性能影响
Fig.2The influence of adsorptive properties of WSR on
the different molecular weight of PEG2.2.2对WSR力学性能影响不同分子量PEG制备的TPU对WSR力学性能影响见表3.从表3可以看出：不同分子量PEG制备的TPU对WSR力学性能影响不明显，由PEG2000与PEG4000按11混合后与TDI反应制备的TPU加入WSR后达到的效果相对较好.表3不同分子量PEG对WSR力学性能影响
Table 3The influence of mechanical properties of WSR
on the different molecular weight of PEG
用于制备TPU
的PEG种类邵氏
硬度A拉伸强
度/MPa断裂伸
长率/%PEG20006510.11009PEG4000659.51004PEG2000,PEG40006510.610233结语a.以NBR、SAR、白炭黑为主要原料，TPU为增容剂，通过物理共混制备遇水膨胀橡胶，结果表明：在TPU含量为0~20 phr范围内随着TPU含量的增加，WSR的遇水膨胀性能先增加后降低，WSR的质量损失率有明显下降趋势，其力学性能有略微降低趋势；TPU含量为10 phr时综合性能最佳.b.不同分子量PEG制备的TPU中，以PEG2000与PEG4000按11混合后与TDI反应制备的TPU加入WSR后达到的效果相对较好.参考文献：