遇水膨胀橡胶的研究进展

李海花，张建生，赵 玥

(唐山学院 环境与化学工程系，河北 唐山 063000)

遇水膨胀橡胶的研究进展

李海花*，张建生，赵 玥

(唐山学院 环境与化学工程系，河北 唐山 063000)

介绍了遇水膨胀橡胶及其制备方法，重点综述了近二十年遇水膨胀橡胶的研究情况，总结了以后的研究重点和发展方向。

遇水膨胀橡胶；吸水材料；物理共混法；化学接枝法

1 遇水膨胀橡胶

遇水膨胀橡胶(WSR)是20世纪70年代中后期开发出来的具有吸水膨胀的功能高分子材料，指在橡胶基体中引入可吸水的组分，依靠橡胶本身的弹性和物理机械性能，具有形状自适应性填充和抗压性。以传统橡胶作为基体，引入具有亲水功能基团或者带有亲水功能基团的亲水性组分制成遇水膨胀橡胶，这种橡胶具有很强的吸水能力，吸水后可以膨胀到自身体积或质量的数倍，并且能够产生较大的膨胀力，可以适应不同结构变形，起到弹性密封堵水作用[1]。目前遇水膨胀橡胶多应用于工程变形缝、施工缝、水坝嵌缝和各种管道接头的密封止水等，并已经逐渐取代了传统的水泥灌浆和环氧树脂[2]。

2 遇水膨胀橡胶的制备方法

遇水膨胀橡胶最常用的制备方法为物理共混法和化学接枝法。

2.1 物理共混法

物理共混法，是通过机械混炼将橡胶与硫化剂、补强剂以及高吸水物质等物质相混合。比如淀粉-丙烯酸接枝共聚物、纤维素-丙烯腈接枝共聚物、聚乙烯醇交联物、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、异丁烯-马来酸酐的交替共聚物等具有较高的吸水能力，可通过物理方法与橡胶共混后制得遇水膨胀橡胶[3]。

张涛[4]考察了用物理共混法制备遇水膨胀橡胶时吸水树脂和生胶等对遇水膨胀橡胶吸水性能和物理性能的影响。结果表明，遇水膨胀橡胶的吸水膨胀率与吸水树脂的种类(物性)相关性大而与其用量(达到一定值后)相关性小；吸水树脂的用量增大，遇水膨胀橡胶的物理性能降低；加入表面处理剂可以改善遇水膨胀橡胶的物理性能。

张立侠[5]研究了双组份聚氨酯橡胶，利用具有聚氧化乙烯链段的聚醚多元醇和多异氰酸酯、交联剂、催化剂、稀释剂及其它试剂，预先制成液体A、B组份，使用时将A、B组份按比例混合，搅拌均匀，经室温固化即可制成遇水膨胀特聚氨酯橡胶。该产品由于聚氧化乙烯链段特有的吸水功能，长期浸泡析出物较少，反复膨胀率可达到99%。

衡水大禹工程橡塑科技开发有限公司于2010年申请了一项发明专利[6]，提到将天然橡胶和改性淀粉接枝丙烯酸聚合物及添加剂，经密炼、开炼、硫化制得遇水膨胀橡胶，各材料及其重量份数配比为：天然橡胶10～60份，改性淀粉接枝丙烯酸聚合物10～40份，硫磺0.3 3份，硫化促进剂1～2份，氧化锌1～5 份，硬脂酸0.5～2份。该方法制备工艺简便，制得的产品除了具有较好的橡胶性能如弹性、强度、延伸性等，还具有遇水膨胀性，且膨胀率较高，防水止水效果好。

张建生等[7]采用聚醚多元醇、甲苯二异氰酸酯(TDI)、3，3'-二氯-4，4'-二氨基二苯基甲烷(MOCA)等制备了无溶剂遇水膨胀液体橡胶止水带，其最佳的配比为：m(聚醚 D2802)∶m(S505)=1∶4，DBP用量为15%，填料用量为15%，经2年的施工应用未出现漏水现象。

张建生[8]于2014年以聚醚多元醇、甲苯二异氰酸酯以及助剂等为原料，制备了双组份遇水膨胀聚氨酯液体橡胶，研究了聚醚配比、-NCO 含量、填料以及催化剂对产品性能的影响，确定了实验配比：聚醚TEP-505S∶聚醚 TED2817=90：10(质量比)，ω(-NCO)=4.5%，ω(填料)=8%，ω(二月桂酸二丁基锡)=0/1%，其结果表明，遇水膨胀聚氨酯液体橡胶体积膨胀率大于518%，拉伸强度大于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简单，产量高等优点，适合实际生产，应用比较广泛。但其有自身的缺点，因其只是简单的物理共混，吸水材料与橡胶间作用力小，吸水材料易发生团聚，分散不均匀等现象，同时，由于吸水材料与橡胶本身的难相容问题，吸水材料在吸水后极易析出，造成吸水材料的流失，导致遇水膨胀橡胶使用时间短等问题。

2.2 化学接枝法

化学接枝法是将含有亲水性基团如羟基、羧基、氨基、醚基的分子链通过一系列的化学反应接枝到橡胶大分子链上合成亲水性橡胶，既可保持橡胶的性能，又具有一定的吸水性[9]。

湖北大学的冯冬冬等人[10]用过氧化苯甲酰作为引发剂，将亲水单体丙烯酸(AA)和丙烯酰胺(AM)利用溶胀悬浮法接枝到水性氯化聚乙烯(CPE)大分子链上，制备了颗粒状双亲性接枝共聚物CPE-g-AA，CPE-g-AM，以正交实验考察了投料比、反应温度、反应时间等对试样性能的影响。

许婵婵等[11]通过原位反应合成技术、利用丙烯酸钠-丙烯酰胺改性氟橡胶制备遇水膨胀橡胶。结果表明：该遇水膨胀橡胶90℃时在10 h内能迅速膨胀至500%，而在 1×104和 3×104mg/L NaCl盐水溶液中浸泡 10天后，其胶筒直径膨胀率可达115%；70℃干燥 300min后，遇水膨胀橡胶的保水率为50%，而普通氟橡胶为，即遇水膨胀橡胶的保水能力良好；室温下进行的抗拉伸实验表明该橡胶的拉伸强度中值为19.2 MPa，扯断伸长率中值为680%；对该橡胶制备的自膨胀封隔器进行的地面承压能力测试表明，自膨胀封隔器最大承受压力达到12 MPa。

胡晓云等[12]以聚乙二醇(PEG)、甲苯二异氰酸酯(TDI)为原料，用甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)封端，制备了吸水性聚氨酯(PU)树脂，将该树脂再与丁腈橡胶通过化学接枝的方法制备出新型耐盐型遇水膨胀橡胶。结果显示，随着吸水材料中 PU 树脂相对含量的升高，遇水膨胀橡胶的拉伸强度由可达到9.81 MPa，扯断伸长率升高到708 %，撕裂强度能达到 42.9 kN·m-1，硬度提升到 88 A。最大吸水膨胀倍率随矿化度提高逐渐呈现稳定趋势即不会出现明显的析出现象，耐盐性良好。

宋清焕等人[13]采用γ射线辐射硫化的方法制备了氯丁橡胶/聚丙烯酸钠型吸水橡胶，探讨了增容剂、辐射剂量等因素对体系性能的影响，增容剂可提高其力学性能和平衡膨胀率，降低质量损失率；而辐射剂量的增加导致吸水能力的下降。辐射硫化这项技术能够可以发生在常温常压下，并且不需要添加硫化剂，减少化学残渣。

化学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、吸水材料与橡胶可相容、稳定性好等优点，但制备和研究的成本却大大提升，因此，目前该方法主要处于试验阶段，尚未见大规模开发利用。

3 结语

目前，遇水膨胀橡胶已广泛应用于地铁、隧道、地下室、地下车库、地下变电站、油田和大坝等各种地下工程和基础工程的防水密封，应用很广泛，也越来越得到认可。在今后的发展方向主要有两个方面：第一是吸水材料的选用，遇水膨胀橡胶中最主要的物质是吸水材料，开发吸水性能好的材料和吸水与材料的相容性研究将会成为研究重点；第二是橡胶的制备方法改进，目前应用较多的仍是物理方法，但其有易析出吸水材料、混炼不均匀等缺点，所以采用化学接枝法制备性能更优异的橡胶将会更受欢迎。

[1] 冯东东, 何培新. 共混型吸水膨胀橡胶的研究及应用[J].特种橡胶制品, 2001, 22(2): 46-50.

[2] 张玉红, 邹其超, 何培新. 吸水膨胀橡胶研究概况[J]. 化学与生物工程, 1998 (6): 7-10.

[3] 陈 祁.国内外遇水膨胀橡胶研究进展[J].化学工程与装备, 2011(8): 133-134.

[4] 张 涛. 遇水膨胀橡胶的研究[J]. 橡胶工业, 1999(6):353-355.

[5] 张立侠. 遇水膨胀聚氨酯橡胶的研制[J]. 橡塑资源利用, 2005(5):17-19.

[6] 张全新, 张 虎. 遇水膨胀橡胶制备工艺：CN，101759885A[P]. 2010-06-30.

[7] 张建生, 李颖娜, 边素洁. 无溶剂遇水膨胀液体橡胶止水带的研制[J]. 新型建筑材料, 2012, 39(9):55-57.

[8] 张建生. 遇水膨胀聚氨酯液体橡胶的研制与应用[J]. 化工新型材料, 2014, 42(1): 161-163.

[9] 赵婷婷. 遇水膨胀橡胶的制备与应用研究[D]. 长春：吉林大学, 2014.

[10] 冯东东，何培新. 氯化聚乙烯接枝水溶性单体[J]. 湖北大学学报：自然科学版, 2001, 23(1): 65-69.

[11] 许婵婵， 董恩博， 邹晓敏. 原位法制备遇水自膨胀橡胶与应用[J]. 油田化学, 2015, 32(1): 12-14.

[12] 胡晓云, 王晓环, 李翠苹, 等. 耐盐型遇水膨胀橡胶的制备与性能[J]. 弹性体, 2016, 26(2): 12-17.

[13] 宋清焕, 邓刚, 孟闯. 辐射硫化和增容剂对氯丁/聚丙烯酸钠遇水膨胀橡胶性能的影响[J]. 辐射研究与辐射工艺学报, 2008, 26(4): 246-248.

(本文文献格式：李海花，张建生，赵 玥.遇水膨胀橡胶的研究进展[J].山东化工，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

唐山市科技局计划项目(13130244z)

李海花(1983—)女，博士，讲师，河北邯郸人，主要从事化工教学及防水材料研究。

TQ330

A

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