基本信息
- 项目名称：
- 原位合成法制备PNaAA/SBR吸水膨胀橡胶--及其性能的研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 吸水膨胀橡胶(Water Swelling Rubber,简称WSR)是上世纪70年代末期由日本开发出的新型功能高分子材料，WSR 主要是由弹性体(如橡胶)与亲水性物质(如吸水性树脂)组成的多组分体系。亲水性组分是赋予其吸水膨胀性能的关键组分，因而所用亲水性组分的类型及用量必将对其吸水膨胀性能产生重要影响。原位合成吸水膨胀橡胶通过NaAA原位改性的EVM硫化胶具有较好的吸水膨胀性能。
- 详细介绍：
- 吸水膨胀橡胶(Water Swelling Rubber,简称WSR)是上世纪70年代末期由日本开发出的新型功能高分子材料。它吸水后可膨胀至自身重量或体积的数倍乃至数百倍;遇水时,能吸水发生体积膨胀并产生较大的膨胀压力,在保持橡胶特有的弹性和强度的同时,还具有保持水的能力。吸水膨胀的特性使该材料在有效体积膨胀范围内可以起止水作用。与传统的受压封缝材作用，又可以在建筑缝变形时有效填充缝隙,起到以水止水的作用。在堵漏工程方面吸水膨胀橡胶已逐渐取代了传统的水泥灌浆、钾钠水玻璃灌浆和环氧树脂堵漏等做法，它已成功应用于工程变形缝、施工缝、各种管道接头、水坝等处的密封止水，并被防水界誉为“超级密封材料”和“双保险止水材料”。 WSR 主要是由弹性体(如橡胶)与亲水性物质(如吸水性树脂)组成的多组分体系。亲水性组分是赋予其吸水膨胀性能的关键组分，因而所用亲水性组分的类型及用量必将对其吸水膨胀性能产生重要影响。此外，橡胶构成WSR 的基体，其弹性和强度会影响到WSR 的机械性能[2，3]。国外在WSR 研究方面起步较早,已生产出大量的高质量产品，并已成功应用于大型土木工程建设中。国内也有类似产品问世，从80年代开始有吸水膨胀橡胶的报道,最早应用于上海地铁盾构法施工中，但质量和性能都与国外存在一定差距,尚需进一步研究与完善。因此，对吸水膨胀橡胶的研究具有非常重要的意义和广阔的应用前景。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 1、作品撰写的目的：吸水膨胀橡胶(WSR)作为一种新型功能性高分子材料,具有特殊的功能：弹性密封及遇水膨胀双重止水性，其应用涉及土建工程、医用生理等领域。 2、作品的基本思路：比较原位生成NaAA、直接添加NaAA二种不同制备吸水膨胀橡胶方法对混炼胶硫化性能和硫化胶吸水膨胀性能的影响，主要研究采用原位合成法制备（NaAA）/SBR吸水膨胀橡胶的硫化特性和硫化的吸水膨胀性能及其力学性能。
科学性、先进性及独特之处
- 1.采用了在塑炼SBR中加NaOH和AA混炼后加DCP的原位合成NaAA改性的SBR混炼胶的方法。 2.原位合成NaAA改性SBR的力学以及吸水膨胀性能都要优于直接添加NaAA的SBR。 3.可由DCP以及NaAA的含量来调整硫化程度和吸水膨胀率。 4.原位合成NaAA改性的SBR混炼胶更好的解决了吸水树脂在橡胶中的分散程度，从而提高了WSR的各项性能。
应用价值和现实意义
- 1.SBR主要用于土木建筑,在基础工程建设如变形缝、施工缝、各种管道接头密封﹑水坝嵌缝﹑油田阻隔器等密封防水防油领域巨大应用前景。并在上海地铁﹑英法海底隧道﹑日本东京湾海底隧道及上海江底隧道都有成功应用。 2.由于WRS材料对温度、PH值、盐浓度有较强敏感性，其在水敏传感器、医用、生理方面具有巨大的潜力。
学术论文摘要
- 吸水膨胀橡胶（WSR）是一种新型功能高分子材料,能吸水发生体积膨胀并产生较大的膨胀压力,在保持橡胶特有的弹性和强度的同时,还具有保持水的能力，能在有效体积膨胀范围内起到止水作用。被防水界誉为“超级密封材料”和“双保险止水材料”。本文主要从物理共混法、机械共混发、乳液共混法、化学接枝法、偶联接枝法、引发接枝法几个方面研究了吸水膨胀橡胶的制备工艺并从硫化特性、力学性能、吸水膨胀率等方面对其进行了性能测试，发现不同的制备方法、配方因素（DCP用量和NaAA生成量）、氢氧化钠/AA的摩尔比、浸泡条件（温度、Na+含量）、硫化胶的力学性能等都会对混炼胶硫化性能和吸水膨胀性能造成一定的影响，并以此总结出了较优的制备工艺。通过我们的多个加强实验，最后发现WSR 吸水可膨胀,同时挤压情况下可保水,并且具有橡胶材料特有的弹性和强度的功能性材料,既能适应结构变形,起到弹性密封止水作用,又具有吸水膨胀、以水止水的双重止水特性。所以，以其独特的保水性，弹性密封及遇水膨胀的双重止水性,其应用已涉及土建工程、医用生理等领域。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 无
参考文献
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同类课题研究水平概述
- 1. 国外吸水橡胶研究现状 1974年,美国农业部北部研究中心在G.F.Fanta等人的基础上,用铈盐作引发剂将合成淀粉-丙烯腈接枝聚合成功,制出了世界上最早的高吸水性树脂,此后,高吸水性材料作为一个新兴的独立的领域,引起了世界各国科学家及爱好者们的浓厚兴趣.美国的Grain Processing公司,Hercules公司,National Starch公司,General Mills Chemical公司及日本住友化学,花王石碱,三洋化成工业等公司相继开发成功了高吸水聚合物。 1976年日本旭电化工业株式会社首次申请了WSR的发明专利.该专利提出了用亲水膨润性物质作为嵌缝材料的新观点.他们用亲水性聚醚多元醇与多元异氰酸酯(如甲苯二异氰酸, TDI)反应形成预聚体,加入催化剂固化,制得了吸水膨胀达自重200%一400%的吸水膨胀弹性体,首次提出了“吸水膨胀止水”嵌缝材料的概念，吸水膨胀橡胶作为高吸水材料中的一个部分,同样也受到了人们的广泛关注和研究,一时间成为各地科技工作者研究的热门课题,各种科技文献竞相报道,在这一新兴的领域里,日本,美国和欧洲一直处于领先的地位,此后,作为吸水材料的研究先驱地位的日本住友化学工业,三洋化成株式会社等许多公司自然都对WSR产生浓厚的兴趣,并开展了许多相关的研究工作。 2． 国内吸水橡胶研究现状 国外在吸水膨胀橡胶研究方面起步较早，国内也有类似产品问世，但无论质量和性能都与国外存在一定差距，尚需进一步研究与完善。 采用聚丙烯酸钠树脂与橡胶共混制备WSR时，因吸水树脂分散性不好，所以杜爱华等采用原位法。经过FTIR分析后发现，在混炼过程中生成了NaAA，在硫化过程中NaAA发生聚合反应。研究表明，NaAA对EVM硫化胶具有明显的增强效果，NaAA原位改性的EVM硫化胶具有较好的吸水膨胀性能，NaAA用量为50份时，最高吸水率为278.3%；在浸泡介质中引入离子可使EVM硫化胶的吸水率下降。 WSR既能适应结构变形，起到弹性密封止水作用，又具有吸水膨胀以水止水的特性，被誉为“有魔力的防水材料”。由于WSR对温度、pH值、盐浓度有较高的敏感性，可以按pH值或盐浓度等不同造成收缩或膨胀，在医用和生理卫生等方面有广泛的应用前景。
