PVA_g_PBA在氯醇型遇水膨胀橡胶中的增容作用

研究报告

本文于1998年9月4日收到

*国家自然科学基金和教育部博士点基金资助项目**通讯联系人

PVA g PBA 在氯醇型遇水膨胀橡胶中的增容作用

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张志豪 张国*

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刘志成 王彩旗 杨钦鹏 刘宇辉 陈欣方

(吉林大学材料科学研究所,长春 130023)

选择亲水性的氯醇橡胶和交联聚丙烯酸盐为主要原料,以PVA g PBA 两亲性接枝共聚物为增容剂,白碳黑为补强剂,聚乙二醇为吸水促进剂,利用多组分机械共混技术,制备了接枝增容型遇水膨胀橡胶;用扫描电镜对其做了表征;从吸水动力学数据出发,研究了重量吸水率和体积膨胀率以及重量损失率与增容剂含量之间的关系;探讨了吸水之后试样的第二次吸水行为;对增容样品吸水前后的力学性能进行了测试。

关键词:氯醇橡胶 交联聚丙烯酸盐 PVA g PBA 两亲性接枝共聚物 增容作用 遇水膨胀橡胶

遇水膨胀橡胶是一种具有弹性密封和遇水膨胀双重作用的功能弹性体,它是由橡胶基体与高吸水性树脂以及其它亲水性组分构成的多组分共混体系,一般由机械共混法和化学接枝法制备[1]。遇水膨胀橡胶普遍存在的问题是亲水性的高吸水性树脂在疏水性的橡胶中分散性不好,容易从橡胶交联网络中脱落损失[2],影响遇水膨胀橡胶的吸水膨胀性能和力学性能,不利于其重复使用。在橡胶/高吸水树脂共混体系中加入两亲性共聚物作为增容剂,期望改善亲水性分散相和亲油性连续相的相容性,减少高吸水树脂的脱落损失,增强遇水膨胀橡胶的吸水膨胀性能。均聚氯醇橡胶(CHR)是环氧氯丙烷的开环聚合物,主链上含有醚键,能与水形成氢键,具有亲水性;同时由于主链柔软,玻璃化

温度较低(T g 约为-24 ),具有一定的弹性。除此之外还具有耐油性、耐溶剂性、耐臭氧性、低透气性、难燃性、耐热老化性能和良好的粘合性能[3],所以被选为本工作的橡胶组分。均聚氯醇橡胶的纯胶配方强度很低,所以实际使用时必须加入白碳黑(WCB)作为补强剂,以增加其强度和硬度、抗撕裂、抗磨损等性能。白碳黑表面有许多隔离的极性亲水性羟基,易与水形成氢键,使水吸附在其表面上增强遇水膨胀橡胶的吸水作用。加入一定量的水溶性聚合物作为吸水促进剂,可以显著地提高吸水速率及改善吸水性。

本文以亲水性的氯醇橡胶和交联聚丙烯酸盐为主要原料,PVA g PBA 两亲性接枝共聚物为增容剂,白碳黑为补强剂,聚乙二醇(PEG)为吸水促进剂,利用多组分机械共混

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技术,制备了接枝增容型遇水膨胀橡胶。

1 实验部分

1.1 原料

均聚氯醇橡胶为沧州产品,门尼粘度M L100

1+4:60~70。硫化配方:均聚氯醇橡胶: 100phr;硬脂酸铅:5phr;NA-22:1.5phr。硬脂酸锌,C.P.,北京顺义县李隧化工厂;氧化铅,A.R.中国医药公司北京公司经销。

SF-1型高吸水树脂:上海高桥石化公司浦江塑料厂,主要成分为交联聚丙烯酸盐(CPA)。吸去离子水能力为316.48g/g。吸水速率15sec.。凝胶强度为8g/cm2。粒度为20~200目,粒径约为74~840 m。

聚乙烯醇接枝聚丙烯酸丁酯两亲性共聚物,自制,接枝率为151.68%。

白碳黑,通化第二化工厂,200目筛余物在0.05%以下。

聚乙二醇(PEG 2000),日本进口产品,天津天泰精细化学品有限公司分装。

1.2 各组分的共混

均聚氯醇橡胶在 160mm的开炼机(前辊线速度10.97m/min,后辊速比1/1.35)上素炼2min,然后依次加入少量硬脂酸锌、增容剂PVA-g-PBA、吸水树脂、聚乙二醇、氧化铅、白碳黑及剩余量硬脂酸锌,再继续混炼至表观上分散均匀。混炼胶在干燥、清洁和室温条件下,停放4h以上,然后在开炼机上返炼,薄通一定次数,即得到分散比较均匀的生胶复合物。

1.3 生胶的硫化

混炼好的复合物放在80!60!1mm3模具内,在0.16M N平板油压硫化机上151∀1 预热5min,然后加压硫化45min,硫化结束后,取出模具,室温冷却,即得试样。

1.4 遇水膨胀橡胶的扫描电镜分析

用X-650型扫描电镜观察试样断面的形态结构,试样表面喷金。

1.5 遇水膨胀橡胶的性能测试1.5.1 吸水膨胀性能

一次吸水膨胀性能: 取40!20! 1mm3的试样,称重,浸入800ml蒸馏水中。每隔一定时间取出称重,测量体积,直至12h 不变。然后在50 以下干燥至恒重。一次重量吸水率S w1、一次体积膨胀率S v1、一次重量损失率L w1按以下公式计算:

S w1=W2/W1-1

S v1=V2/V1-1

L w1=1-W3/W1

式中:W1、W2分别为试样吸水前后的重量;V1、V2分别为试样吸水前后的体积;W3是吸水膨胀试样干燥后的重量。

一次重量吸水速率从以一次重量吸水率与浸泡时间的关系曲线的斜率得到;一次体积膨胀速率从以一次体积膨胀率与浸泡时间的关系曲线的斜率得到。

二次吸水膨胀性能: 将一次吸水膨胀试样干燥脱水至恒重后,称重,测量体积,再浸入800ml蒸馏水中。隔一定时间取出,称重,测量体积,直至24h不变。二次重量吸水率S w2、二次体积膨胀率S v2按下列公式计算: S w2=W4/W3-1

S v2=V4/V3-1

式中W3、W4分别为二次吸水前后试样的重量;V3、V4分别为二次吸水前后试样的体积;二次重量吸水速率从二次重量吸水率与浸泡时间的关系曲线的斜率得到。二次体积膨胀速率从二次体积膨胀率与浸泡时间的关系曲线的斜率得到。

1.5.2 力学性能

切成哑铃型的标准试样用英国Instron 1121型通用拉伸实验机在室温下进行拉伸实验,吸水前的试样拉伸速率100mm/min,吸水后的试样拉伸速率500m m/min。

2 结果与讨论

2.1 增容剂PVA g PBA对遇水膨胀橡胶吸水膨胀性能的影响

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