一種高性能吸水膨脹橡膠及其制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種高性能吸水膨脹橡膠及其制備方法。以重量份計，該吸水膨脹橡膠的原料組成包括：橡膠基體100份、疊氮類偶聯(lián)劑1-5份、吸水材料20-60份、填充劑10-80份。該吸水膨脹橡膠的制備方法包括以下步驟：將橡膠基體進(jìn)行塑煉，得到塑煉膠；然后在所述塑煉膠中按照先小料，后大料，最后液體、硫化劑和促進(jìn)劑的順序，加入除橡膠基體以外的原料，得到混煉膠；將所述混煉膠進(jìn)行硫化，制備得到所述的高性能吸水膨脹橡膠。該吸水膨脹橡膠具有優(yōu)異的力學(xué)性能和高膨脹性能，且其制備方法的工藝簡單，生產(chǎn)成本較低，其應(yīng)用范圍廣泛，尤其適用于在油田高溫高壓條件下進(jìn)行作業(yè)的環(huán)境中作為密封材料。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及，屬于橡膠制品

技術(shù)介紹
吸水膨脹橡膠(Water Swellable Rubber,簡稱WSR)是上世紀(jì)70年代末期由日本首先開發(fā)出的一種新型功能高分子材料。WSR是在傳統(tǒng)的彈性基體(如橡膠和熱塑性彈性體)中引入親水基團(tuán)或親水組分而制成的，該產(chǎn)品吸水后可膨脹至自身質(zhì)量或體積的數(shù)倍乃至數(shù)百倍，能適應(yīng)結(jié)構(gòu)變形，并產(chǎn)生較大膨脹壓力，在保持基體的彈性和強(qiáng)度的同時，還具有保水止水的能力。吸水膨脹橡膠的制備方法主要有以下兩類:(1)物理共混法:根據(jù)共混方式可分為機(jī)械共混和乳液共混兩種方式。機(jī)械共混法是讓橡膠和吸水樹脂機(jī)械共混，待生膠包輥后加入樹脂和其它助劑，使吸水材料宏觀上均勻地分散在橡膠中。另一種是乳液共混法，將膠乳、吸水樹脂和助劑加入攪拌器，攪拌均勻后實(shí)行真空脫水、熟成、注模、硫化，相對于機(jī)械共混法而言，乳液共混型遇水膨脹橡膠具有較高的分散性和均一性以及微區(qū)尺寸較小的特點(diǎn)。(2)化學(xué)接枝法:通過化學(xué)方法將親水基團(tuán)接枝到橡膠大分子上來實(shí)現(xiàn)橡膠遇水膨脹，其包括偶聯(lián)接枝法和引發(fā)接枝法。偶聯(lián)接枝是指親水聚合物分子鏈末端反應(yīng)基團(tuán)同橡膠分子鏈中的反應(yīng)基團(tuán)反應(yīng)；引發(fā)接枝是在聚合物鏈中所有形成的反應(yīng)活性中心引發(fā)另一單體聚合而生成接枝共聚物。吸水膨脹橡膠是一種新型功能高分子材料，其是一種能在保持橡膠高彈性的同時具有快速吸水和保水性能的防水密封材料。因此，吸水膨脹橡膠被廣泛用于隧道、涵洞、地鐵等工程或地面混凝土預(yù)制板縫隙等領(lǐng)域。目前，國內(nèi)外一些油田服務(wù)公司也將該類橡膠作為井下工具的主要密封元件，投入了比較大的開發(fā)力度，應(yīng)用效果極好，擴(kuò)大了該橡膠的應(yīng)用領(lǐng)域。目前，吸水膨脹橡膠的研究都存在以下問題:(1)橡膠基體與各個組分之間的相容性比較差，使得硫化成型后的制品的性能偏低，尤其是在吸水膨脹之后，力學(xué)性能下降尤其明顯，這嚴(yán)重限制了吸水膨脹橡膠的發(fā)展，限定了它只能用于簡單的堵水或者沒有較大壓力存在的工作環(huán)境中；(2)制備出來的吸水橡膠在酸、堿等離子溶液中的膨脹比不夠，且在礦化度比較高的混合溶液中的性能偏低，阻礙了吸水膨脹橡膠的使用范圍。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)的目的在于提供。該高性能吸水膨脹橡膠的原料組成包括疊氮類偶聯(lián)劑，使制備得到的吸水膨脹橡膠具有優(yōu)異的力學(xué)性能和高膨脹性能。該制備方法具有工藝簡單，生產(chǎn)成本較低等優(yōu)點(diǎn)。為達(dá)上述目的，本專利技術(shù)提供一種高性能吸水膨脹橡膠，以重量份計，其原料組成包括:橡膠基體100份、疊氮類偶聯(lián)劑1-5份、吸水材料20-60份、填充劑10-80份。本專利技術(shù)利用疊氮類偶聯(lián)劑的偶聯(lián)作用，對橡膠基體、填充劑、吸水材料進(jìn)行改性，生成原位聚合物。疊氮基可與吸水膨脹橡膠的其他原料的碳?xì)滏I反應(yīng)而以共價鍵鍵接，從而使疊氮類偶聯(lián)劑與填充劑、吸水材料之間進(jìn)行分解、交聯(lián)，然后與橡膠基體聚合在一起，通過吸水膨脹橡膠的各組分之間形成的作用力比較大的氫鍵，構(gòu)成大的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；通用偶聯(lián)作用，使得填充劑和吸水材料顆粒均勻的分布在橡膠基體中，改善了吸水材料、填充劑在橡膠基體中很難分散均勻的問題，使該吸水膨脹橡膠在膨脹倍數(shù)足夠的情況下依然能夠保持足夠的力學(xué)性能，適應(yīng)于比較惡劣的工作環(huán)境。根據(jù)本專利技術(shù)的具體實(shí)施方式，優(yōu)選地，所述吸水膨脹橡膠的原料組成還包括:硫化齊U、軟化劑、活性劑、促進(jìn)劑等中的一種或幾種的組合；以重量份計，各原料的用量為:硫化劑0.5-2份、軟化劑8-10份、活性劑8-10份、促進(jìn)劑0.5_2。根據(jù)本專利技術(shù)的具體實(shí)施方式，優(yōu)選地，以重量份計，所述吸水膨脹橡膠的原料組成還包括:防老劑I份。在上述吸水膨脹橡膠中，優(yōu)選地，所述橡膠基體包括丁腈橡膠、氯丁橡膠、三元乙丙橡膠、氯化聚乙烯橡膠和天然橡膠等中的一種或幾種的組合。當(dāng)所述吸水膨脹橡膠的原料組成包括上述兩種以上橡膠基體時，其以任意比例混合。在上述吸水膨脹橡膠中，優(yōu)選地，所述疊氮類偶聯(lián)劑包括疊氮基三甲基硅烷偶聯(lián)劑和/或疊氮磺酰硅烷偶聯(lián)劑等。當(dāng)所述吸水膨脹橡膠的原料組成包括上述兩種疊氮類偶聯(lián)劑時，其以任意比例混合。在上述吸水膨脹橡膠中，優(yōu)選地，所述吸水材料包括淀粉系吸水材料、纖維素系吸水材料和合成樹脂系吸水材料等中的一種或幾種的組合。當(dāng)所述吸水膨脹橡膠的原料組成包括上述兩種以上吸水材料時，其以任意比例混合。在上述吸水膨脹橡膠 中，優(yōu)選地，所述填充劑包括白炭黑和/或炭黑等；所述硫化劑包括硫磺、過氧化二異丙苯(DCP)、烷基酚醛樹脂、鹵化烷基酚醛樹脂、對苯醌二肟和二苯甲酰對醌二肟等中的一種或幾種的組合；所述軟化劑包括硬脂酸、環(huán)烷油、鄰苯二甲酸二丁脂和鄰苯二甲酸二辛脂等中的一種或幾種的組合；所述活性劑包括氧化鋅和/或氧化鎂等；所述促進(jìn)劑包括促進(jìn)劑DM、促進(jìn)劑TMTD和促進(jìn)劑CZ等中的一種或幾種的組合。當(dāng)所述吸水膨脹橡膠的原料組成分別包括上述兩種以上填充劑、軟化劑、活性劑、促進(jìn)劑時，其分別以任意比例混合。在上述吸水膨脹橡膠中，優(yōu)選地，所述防老劑包括防老劑4010和/或防老劑4010NA等。當(dāng)所述吸水膨脹橡膠的原料組成包括上述兩種防老劑時，其以任意比例混合。本專利技術(shù)的吸水膨脹橡膠具有吸水速度快、膨脹倍數(shù)高(包括對離子溶液)，吸水速度可控，吸水后不易析出，膨脹后力學(xué)性能和耐離子性能強(qiáng)等特點(diǎn)。本專利技術(shù)還提供一種上述高性能吸水膨脹橡膠的制備方法，其包括以下步驟:將橡膠基體進(jìn)行塑煉，得到塑煉膠；然后在所述塑煉膠中按照先小料，后大料，最后液體、硫化劑和促進(jìn)劑的順序，加入除橡膠基體以外的原料，進(jìn)行混煉，得到混煉膠；將所述混煉膠進(jìn)行硫化，制備得到所述的高性能吸水膨脹橡膠。根據(jù)本專利技術(shù)的具體實(shí)施方式，優(yōu)選地，所述制備方法包括以下步驟:在25-80°C下，將橡膠基體進(jìn)行塑煉，得到塑煉膠；然后在所述塑煉膠中按照先小料，后大料，最后液體、硫化劑和促進(jìn)劑的順序，加入除橡膠基體以外的原料，進(jìn)行混煉15-25分鐘，得到混煉膠；在150-180°C、15MPa下，將所述混煉膠進(jìn)行硫化8_55分鐘，制備得到所述的高性能吸水膨脹橡膠。在上述制備方法中，所述的小料包括固體軟化劑、活性劑、防老劑等；所述的大料包括吸水材料、填充劑、疊氮類偶聯(lián)劑等；所述的液體包括配料中所有以液體形式存在的物質(zhì)，如液體軟化劑等。在此處需說明的是，當(dāng)采用丁腈橡膠為橡膠基體、硫磺為硫化劑時，由于丁腈橡膠和硫磺的相容性極差，且難分散，因此要在小料之前加入硫磺，而后依次加入小料、大料、液體和促進(jìn)劑，進(jìn)行混煉。此外，在上述促進(jìn)劑中，促進(jìn)劑DM和促進(jìn)劑CZ為準(zhǔn)速級促進(jìn)劑，促進(jìn)劑TMTD為超速級促進(jìn)劑。而準(zhǔn)速級促進(jìn)劑可以同小料一起加入，超速級促進(jìn)劑必須最后加入。在本專利技術(shù)的制備方法中，可以采用普通開煉機(jī)或密煉機(jī)，在一定的溫度(優(yōu)選為25-80°C )下進(jìn)行塑煉及混煉。其中，本領(lǐng)域一般技術(shù)人員能夠根據(jù)橡膠基體的重量對塑煉的時間進(jìn)行調(diào)節(jié)。在混煉過程中，疊氮類偶聯(lián)劑使填充劑、吸水材料顆粒均勻的分布在橡膠基體中，進(jìn)而使吸水膨脹橡膠的各組分具有較好的相容性，混煉出片后。然后，可以采用平板硫化機(jī)或者硫化罐，在一定溫度、壓力(優(yōu)選為150-180°C、15MPa)條件下進(jìn)行硫化成型，制得由疊氮類偶聯(lián)劑進(jìn)行原位配合的吸水膨脹橡膠。該制備方法具有工藝簡單，生產(chǎn)成本較低等優(yōu)點(diǎn)。綜上所述，本專利技術(shù)的高性能吸水膨脹橡膠及其制備方法具有以下幾個優(yōu)點(diǎn):(I)該吸水本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種高性能吸水膨脹橡膠，以重量份計，其原料組成包括：橡膠基體100份、疊氮類偶聯(lián)劑1?5份、吸水材料20?60份、填充劑10?80份。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種高性能吸水膨脹橡膠，以重量份計，其原料組成包括:橡膠基體100份、疊氮類偶聯(lián)劑1-5份、吸水材料20-60份、填充劑10-80份。2.按權(quán)利要求1所述的吸水膨脹橡膠，其原料組成還包括:硫化劑、軟化劑、活性劑、促進(jìn)劑中的一種或幾種的組合；以重量份計，各原料的用量為:硫化劑0.5-2份、軟化劑8-10份、活性劑8-10份、促進(jìn)劑0.5-2。3.按權(quán)利要求1或2所述的吸水膨脹橡膠，以重量份計，其原料組成還包括:防老劑1-2 份。4.按權(quán)利要求1所述的吸水膨脹橡膠，其中，所述橡膠基體包括丁腈橡膠、氯丁橡膠、三元乙丙橡膠、氯化聚乙烯橡膠和天然橡膠中的一種或幾種的組合。5.按權(quán)利要求1所述的吸水膨脹橡膠，其中，所述疊氮類偶聯(lián)劑包括疊氮基三甲基硅烷偶聯(lián)劑和/或疊氮磺酰硅烷偶聯(lián)劑。6.按權(quán)利要求1所述的吸水膨脹橡膠，其中，所述吸水材料包括淀粉系吸水材料、纖維素系吸水材料和合成樹脂系吸水材料中的一種或幾種的組合。7.按權(quán)利要求1或2所述的吸水膨脹橡膠，其中，所述填充劑包括白炭黑和/或炭黑；所述硫化劑包括硫磺、過氧化二異丙苯、基酚醛樹脂、鹵化烷基酚醛樹脂、對苯...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉德鑄，張洪君，朱富林，王今宇，趙峰，劉衛(wèi)紅，劉玉文，鄭亮，周坤，李彪，王斌，曹建，陳建，王昊，常鵬梅，姜韋韋，馬培靜，曲玉辰，周賀，高言濤，苑啟生，周飛，戴倩倩，王國雨，王思輝，韓冬深，
申請(專利權(quán))人：中國石油天然氣股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：