吸水膨脹橡膠及其制備方法
【專利摘要】一種吸水膨脹橡膠，包括以下重量份的組分：聚硅氧烷彈性體，100份；聚丙烯酰胺，40~100份；胺基硅油，2~10份；交聯(lián)劑，0.5~2份。聚硅氧烷彈性體為具有彈性的彈性體，聚丙烯酰胺是一種完全水溶性的高分子。由于胺基硅油的低聚硅氧烷鏈段可以很好地與聚硅氧烷彈性體相容，胺基硅油的端胺基與聚丙烯酰胺形成氫鍵，大大促進聚丙烯酰胺的分散性能。因此均勻分散在吸水膨脹橡膠的聚丙烯酰胺可以提高吸水膨脹橡膠的吸水膨脹性能。還提供一種吸水膨脹橡膠的制備方法。
【專利說明】吸水膨脹橡膠及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高分子材料領(lǐng)域，特別涉及一種吸水膨脹橡膠及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]吸水膨脹橡膠(water-swellable rubber, WSR)是一種新型功能高分子材料,通過在橡膠基體中引入親水基團或親水組分制成，吸水后可膨脹。當(dāng)吸水膨脹橡膠與水接觸時，水分子通過擴散、毛細(xì)及表面吸附等物理作用進入橡膠內(nèi)，與橡膠中的親水性基團或親水組分形成極強的親和力，使橡膠內(nèi)外形成滲透壓差，并促使親水性組分不斷吸收水分，致使橡膠發(fā)生形變。當(dāng)橡膠抗形變力和滲透壓達(dá)到平衡時，吸水膨脹橡膠達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。
[0003]一般的吸水橡膠材料普遍存在親水組分在橡膠基體中分散性不好的問題，進而影響吸水膨脹橡膠的膨脹性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]基于此，有必要提供一種膨脹性能較好的吸水膨脹橡膠及其制備方法。
[0005]一種吸水膨脹橡膠，包括以下重量份的組分:
聚硅氧烷彈性體 100份；
聚丙烯酰胺40~100份；
胺基硅油2~10份；及
交聯(lián)劑0.5~2份。
[0006]在其中一個實施例中，還包括I~2重量份的助交聯(lián)劑；所述助交聯(lián)劑為三烯丙基氰脲酸酯、三烯丙基異氰脲酸酯和三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯中的至少一種。
[0007]在其中一個實施例中，所述聚硅氧烷彈性體為聚甲基乙烯基硅氧烷和聚甲基乙烯基苯基硅氧烷中的至少一種。
[0008]在其中一個實施例中，所述聚丙烯酰胺的分子量為10-100萬，所述胺基硅油的分子量為3000~20000。
[0009]在其中一個實施例中，所述交聯(lián)劑為過氧化雙(2，4- 二氯苯甲酰)、I，1- 二叔丁基過氧基-3，3，5-三甲基環(huán)已烷、2，5-二甲基-2，5-雙(過氧化叔丁基)己烷或過氧化二異丙苯。
[0010]一種吸水膨脹橡膠的制備方法，包括:
分別稱取100重量份的聚硅氧烷彈性體、40~100重量份的聚丙烯酰胺、2~10重量份的胺基硅油及0.5~2重量份的交聯(lián)劑并進行機械混煉在25°C ~150°C溫度下混合10-30分鐘，得到混煉膠；
將所述混煉膠在2(T80MPa壓力和13(T180°C溫度條件下進行模壓得到吸水膨脹橡膠。[0011 ] 在其中一個實施例中，在所述機械混煉時加入I~2重量份的助交聯(lián)劑，所述助交聯(lián)劑為三烯丙基氰脲酸酯、三烯丙基異氰脲酸酯和三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯中的至少一種。
[0012]在其中一個實施例中，所述聚硅氧烷彈性體為聚甲基乙烯基硅氧烷和聚甲基乙烯基苯基硅氧烷中的至少一種。
[0013]在其中一個實施例中，所述聚丙烯酰胺的分子量為?0-ιοο萬，所述胺基硅油的分子量為3000~20000。
[0014]在其中一個實施例中，所述交聯(lián)劑為過氧化雙(2，4- 二氯苯甲酰)、I，1- 二叔丁基過氧基-3，3，5-三甲基環(huán)已烷、2，5-二甲基-2，5-雙(過氧化叔丁基)己烷或過氧化二異丙苯。
[0015]在上述吸水膨脹橡膠及其制備方法中，聚硅氧烷彈性體為具有彈性的彈性體，聚丙烯酰胺是一種完全水溶性的高分子。由于胺基硅油的低聚硅氧烷鏈段可以很好地與聚硅氧烷彈性體相容，胺基硅油的端胺基與聚丙烯酰胺形成氫鍵，在助交聯(lián)劑的輔助左右下，通過交聯(lián)劑使得各分子之間發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，大大促進聚丙烯酰胺的分散性能。因此均勻分散在吸水膨脹橡膠的聚丙烯酰胺可以提高吸水膨脹橡膠的吸水膨脹性能，且不會溶解在水中，吸水膨脹橡膠的吸水膨脹性能較好。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0017]圖1為一實施方式的吸收膨脹橡膠的制備方法流程圖。

【具體實施方式】
[0018]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清晰，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，并不用于限定本發(fā)明。
[0019]一實施方式的吸水膨脹橡膠包括以下重量份的組分:聚硅氧烷彈性體，100份；聚丙烯酰胺，40-100份；胺基硅油，2~10份；交聯(lián)劑，0.5^2份。
[0020]聚硅氧烷彈性體指常溫下呈橡膠狀的聚硅氧烷，為具有彈性的彈性體。聚硅氧烷彈性體作為吸水膨脹材料的主要成分，所占比例約為50%以上。在一實施方式中，聚硅氧烷彈性體優(yōu)選為聚甲基乙烯基硅氧烷、聚甲基乙烯基苯基硅氧烷中的至少一種。
[0021 ] 聚丙烯酰胺是一種完全水溶性的高分子，無毒且無色透明，可用于水絮凝劑。由于聚丙烯酰胺具有較好的水溶性，使吸水膨脹橡膠可以達(dá)到較高的溶脹速率與溶脹比。
[0022]優(yōu)選地，聚丙烯酰胺的分子量為10-100萬，作為主體結(jié)構(gòu)材料主要部分之一，選用該分子量范圍的聚丙烯酰胺可以使吸水膨脹橡膠保持較好的強度。
[0023]胺基硅油的低聚硅氧烷鏈段可以很好地與聚硅氧烷彈性體相容，胺基硅油的端胺基與聚丙烯酰胺形成氫鍵，大大促進聚丙烯酰胺的分散性能。優(yōu)選地，胺基硅油的分子量為3000-20000，作為相容劑，選用該分子量范圍的分子量胺基硅油可以使吸水膨脹橡膠具有好的浸潤能力，使聚硅氧烷彈性體、聚丙烯酰胺和胺基硅油三者的均勻混合效果更好。
[0024]交聯(lián)劑為中溫或高溫(在130°C ~180°C)過氧化物。添加交聯(lián)劑使得吸水膨脹橡膠原材料的線型或支鏈型聚合物分子之間產(chǎn)生化學(xué)鍵，使線型或支鏈型聚合物分子相互連在一起，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，提高吸水膨脹橡膠的強度和彈性。優(yōu)選地，交聯(lián)劑為過氧化雙(2，4_ 二氣苯甲酸)、I, 1-二叔丁基過氧基_3，3，5_ 二甲基環(huán)已燒、2，5_ 二甲基_2，5_雙(過氧化叔丁基)己烷或過氧化二異丙苯。
[0025]在一實施方式中，吸水膨脹橡膠還包括f 2重量份的助交聯(lián)劑。通過添加助交聯(lián)劑可以顯著地縮短硫化時間、提高吸水膨脹橡膠的強度、耐磨性、耐溶性、耐腐蝕性等性能。在一實施方式中，助交聯(lián)劑優(yōu)選為三烯丙基氰脲酸酯(TAC)，三烯丙基異氰脲酸酯(TAIC)和三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)中的至少一種。
[0026]上述吸水膨脹橡膠中，聚硅氧烷彈性體為具有彈性的彈性體，聚丙烯酰胺是一種完全水溶性的高分子。由于胺基硅油的低聚硅氧烷鏈段可以很好地與聚硅氧烷彈性體相容，胺基硅油的端胺基與聚丙烯酰胺形成氫鍵，在助交聯(lián)劑的輔助左右下，通過交聯(lián)劑使得各分子之間發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，大大促進聚丙烯酰胺的分散性能。因此均勻分散在吸水膨脹橡膠的聚丙烯酰胺可以提高吸水膨脹橡膠的吸水膨脹性能，且不會溶解在水中，吸水膨脹橡膠的吸水膨脹性能較好。吸水膨脹橡膠可以達(dá)到較高的溶脹速率與溶脹比。
[0027]請參閱圖1，一實施方式的吸水膨脹橡膠的制備方法，包括步驟:
S110，分別稱取100重量份的聚硅氧烷彈性體、40~100重量份的聚丙烯酰胺、2~10重量份的胺基硅油、0.5~2重量份的交聯(lián)劑并通過機械混煉在25°C ~150°C溫度下混合10~30分鐘，得到混煉膠。
[0028]在上述混煉中，可通過開煉機、密煉機、捏合機、擠出機實施整個混煉過程。
[0029]聚硅氧烷彈性體指常溫下呈橡膠狀的聚硅氧烷，為具有彈性的彈性體。聚硅氧烷彈性體作為吸水膨脹材料的主要成分，所占比例約為50%以上。在一實施方式中，聚硅氧烷彈性體優(yōu)選為聚甲基乙烯基硅氧烷、聚甲基乙烯基苯基硅氧烷中的至少一種。
[0030]聚丙烯酰胺是一種完全水溶性的高分子，無毒且無色透明，可用于水絮凝劑。由于聚丙烯酰胺具有較好的水溶性，使吸水膨脹橡膠可以達(dá)到較高的溶脹速率與溶脹比。
[0031]優(yōu)選地，聚丙烯酰胺的分子量為?0-ιοο萬，作為主體結(jié)構(gòu)材料主要部分之一，選用該分子量范圍的聚丙烯酰胺可以使吸水膨脹橡膠保持較好的強度。
[0032]胺基硅油的低聚硅氧烷鏈段可以很好地與聚硅氧烷彈性體相容，胺基硅油的端胺基與聚丙烯酰胺形成氫鍵，大大促進聚丙烯酰胺的分散性能。優(yōu)選地，胺基硅油的分子量為3000-20000，作為相容劑，選用該分子量范圍的分子量胺基硅油可以使吸水膨脹橡膠具有好的浸潤能力，使聚硅氧烷彈性體、聚丙烯酰胺和胺基硅油三者的均勻混合效果更好。
[0033]交聯(lián)劑為中溫或高溫(在130°C ~180°C)過氧化物。添加交聯(lián)劑使得吸水膨脹橡膠原材料的線型或支鏈型聚合物分子之間產(chǎn)生化學(xué)鍵，使線型或支鏈型聚合物分子相互連在一起，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，提高吸水膨脹橡膠的強度和彈性。優(yōu)選地，交聯(lián)劑為過氧化雙(2，4_ 二氣苯甲酸)、I, 1-二叔丁基過氧基_3，3，5_ 二甲基環(huán)已燒、2，5_ 二甲基_2，5_雙(過氧化叔丁基)己烷或過氧化二異丙苯。
[0034]在一實施方式中，還包括加入廣2重量份的助交聯(lián)劑，并與其他物質(zhì)一起進行機械混煉。通過添加助交聯(lián)劑可以顯著地縮短硫化時間、提高吸水膨脹橡膠的強度、耐磨性、耐溶性、耐腐蝕性等性能。在一實施方式中，助交聯(lián)劑優(yōu)選為三烯丙基氰脲酸酯(TAC)，三烯丙基異氰脲酸酯(TAIC)和三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)中的至少一種。
[0035]S120，將所述混煉膠在2(T80MPa壓力和130~180°溫度條件下進行模壓得到吸水膨脹橡膠。
[0036]模壓為將通過步驟SllO獲得的混煉膠在閉合模腔內(nèi)借助加熱、加壓而成型為制品。在模壓過程中，混煉膠通過硫化作用，得到所需的吸水膨脹橡膠。
[0037]在上述吸收膨脹橡膠的制備方法中，所用的原材料均為無毒原材料。因此，制備的橡膠制品可應(yīng)用于飲用水和食品接觸的吸水膨脹橡膠。整個加工過程簡單，綠色無污染，適于大規(guī)模制備。進一步地，制備的吸水膨脹橡膠的吸水速率高，膨脹率大。
[0038]實施例1
稱取10kg數(shù)均分子量為35萬的聚甲基乙烯基硅氧烷、80kg數(shù)均分子量為50萬的聚丙烯酰胺、1kg數(shù)均分子量為5000的胺基硅油，然后加入lkg2，5-二甲基-2，5-雙(過氧化叔丁基)己烷，通過機械混煉在40°C溫度下混合30分鐘，得到混煉膠。然后將混煉膠在170°C溫度下模壓硫化2分鐘制得O型圈制品。
[0039]實施例2
稱取10kg聚甲基乙烯基苯基硅氧烷、60kg分子量為30萬的聚丙烯酰胺、1kg分子量為6000的胺基硅油、1.5kg交聯(lián)劑2，5-二甲基-2，5-雙(過氧化叔丁基)己烷、1.0kg為三烯丙基氰脲酸酯、并通過機械混煉在60°C混合20分鐘得到混煉膠；將混煉膠在170°C溫度模壓硫化5分鐘制得O型圈制品。
[0040]實施例3
稱取10kg聚甲基乙烯基苯基硅氧烷、40kg分子量為10萬的聚丙烯酰胺、8kg分子量為10000的胺基硅油、1.5kg過氧化二異丙苯、1.0kg三烯丙基異氰脲酸酯、并通過機械混煉在50°C混合15分鐘得到混煉膠；將混煉膠在175°C溫度下經(jīng)模壓硫化4分鐘制得O型圈制品O
[0041]實施例4
稱取10kg聚甲基乙烯基硅氧烷、10kg分子量為30萬的聚丙烯酰胺、6kg分子量為8000的胺基硅油、2.0kgl，l-二叔丁基過氧基-3，3，5-三甲基環(huán)已烷、1.5kg三烯丙基異氰脲酸酯、并通過機械混煉在30°C混合30分鐘得到混煉膠；將混煉膠在140°C溫度模壓硫化5分鐘制得O型圈制品。
[0042]對比例
硅橡膠100kg，氣相法白炭黑25 kg，硫化劑雙25 1.3 kg，偶聯(lián)劑A151 0.5kg，結(jié)構(gòu)控制劑羥基硅油10kg，聚乙烯基吡咯烷酮(PVPP) 25kg。將硅橡膠混煉膠和PVPP水凝膠于開煉機上混煉均勻，室溫停放24 h后，置于尺寸為120 mmX90mmX2mm和Φ 16 mmX2mm模具內(nèi)，在平板硫化機上硫化，條件為160°C /3MPaX15min。二段硫化在鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)進行，條件為180°C X4h，即得硅橡膠/PVPP水凝膠復(fù)合材料，制成O型圈制品。對所制備的O型圈進行膨脹性能測試，結(jié)果顯示，平衡時體積膨脹率為170%。
[0043]將上述實施例制備的O型圈進行膨脹性能測試結(jié)果如表1所示。
[0044]表1吸水膨脹硅橡膠的膨脹性能

【權(quán)利要求】
1.一種吸水膨脹橡膠，其特征在于，包括以下重量份的組分: 聚硅氧烷彈性體 100份； 聚丙烯酰胺40~100份； 胺基硅油2~10份；及 交聯(lián)劑0.5~2份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述吸水膨脹橡膠，其特征在于，還包括I~2重量份的助交聯(lián)劑；所述助交聯(lián)劑為三烯丙基氰脲酸酯、三烯丙基異氰脲酸酯和三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述吸水膨脹橡膠，其特征在于，所述聚硅氧烷彈性體為聚甲基乙烯基硅氧烷和聚甲基乙烯基苯基硅氧烷中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述吸水膨脹橡膠，其特征在于，所述聚丙烯酰胺的分子量為.10-100萬，所述胺基硅油的分子量為3000~20000。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述吸水膨脹橡膠的制備方法，其特征在于，所述交聯(lián)劑為過氧化雙(2，4_ 二氣苯甲酸)、I, 1-二叔丁基過氧基_3，3，5_ 二甲基環(huán)已燒、2，5_ 二甲基-2，5-雙(過氧化叔丁基)己燒或過氧化二異丙苯。
6.一種吸水膨脹橡膠的制備方法，其特征在于，包括: 分別稱取100重量份的聚硅氧烷彈性體、40~100重量份的聚丙烯酰胺、2~10重量份的胺基硅油及0.5~2重量份的交聯(lián)劑并進行機械混煉在25°C ~150°C溫度下混合10-30分鐘，得到混煉膠； 將所述混煉膠在2(T80MPa壓力和13(T180°C溫度條件下進行模壓得到吸水膨脹橡膠。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述吸水膨脹橡膠的制備方法，其特征在于，在所述機械混煉時加入I~2重量份的助交聯(lián)劑，所述助交聯(lián)劑為三烯丙基氰脲酸酯、三烯丙基異氰脲酸酯和三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯中的至少一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述吸水膨脹橡膠的制備方法，其特征在于，所述聚硅氧烷彈性體為聚甲基乙烯基硅氧烷和聚甲基乙烯基苯基硅氧烷中的至少一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述吸水膨脹橡膠的制備方法，其特征在于，所述聚丙烯酰胺的分子量為10-100萬，所述胺基硅油的分子量為3000-20000。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述吸水膨脹橡膠的制備方法，其特征在于，所述交聯(lián)劑為過氧化雙(2，4_ 二氣苯甲酸)、I, 1-二叔丁基過氧基_3，3，5_ 二甲基環(huán)已燒、2，5_ 二甲基-2，5-雙(過氧化叔丁基)己燒或過氧化二異丙苯。
【文檔編號】C08L33/26GK104177840SQ201410429520
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月27日
【發(fā)明者】朱立新 申請人:東莞市九瀛新材料有限公司