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吸水膨胀橡胶(WSR)是上世纪70年代后期,首先由日本开发出的一种功能性防水堵缝材料。由于WSR制备简便,性能优良,已经广泛应用于水利、建筑、交通等众多领域。本工作以含有环氧基的反应型接枝共聚物作为增容剂,将氯化聚乙烯(CPE)弹性基体和高吸水树脂(SAR)机械共混,制备反应增容型WSR。具体研究内容如下:
采用悬浮溶胀接枝共聚的方法,在由水、乙酸乙酯(EA)、叔丁醇(TBA)组成的复合分散体系中,将活性单体甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA),接枝到CPE主链上,制备反应型增容剂CPE-g-GMA。探讨了分散体系的组成配比,单体、引发剂的用量,反应时间、反应温度等因素对接枝共聚产物的接枝率(GD)及接枝效率(GE)的影响。并采用红外光谱(IR)、热重分析(TG)、接触角测定等方法对接枝物进行了表征。研究发现,GMA与CPE的接枝共聚反应的最佳条件是:分散体系中H2O/EA/TBA=50/5/2.5(体积比);反应体系中CPE/GMA/BPO=2/1.08/0.05(质量比);反应温度为80℃;反应时间为8h。此条件下制得的CPE-g-GMA,GD可达到37％(GE可达80％以上)。
另一方面,以过硫酸钾(KPS)为引发剂,N,N-亚甲基双丙烯酰胺(NMBA)为交联剂,通过反相悬浮聚合的方法制备了聚丙烯酸.丙烯酰胺[P(AA-AM)]高吸水树脂。P(AA-AM)的吸水能力较强(去离子水中吸水率达800g/g以上),且具有较强的抗电解质能力(生理盐水中吸水率达92g/g)。并对制得的吸水树脂进行IR、TG表征,结果表明该吸水树脂在200℃以下具有良好的热稳定性,满足WSR共混加工的要求。
以自制的接枝共聚物CPE-g-GMA为反应型增容剂,将P(AA-AM)与CPE进行机械共混,制备了反应增容型WSR。考察了P(AA-AM)、CPE-g-GMA用量对共混试样的吸水性能(一次和二次吸水率、质量损失率)及力学性能(拉伸强度和断裂伸长率)的影响。通过热甲苯溶解CPE基体、测定WSR试样残余物质最的方法,可以直接反映出P(AA-AM)与CPE-g-GMA的反应情况。采用原子力显微镜(AFM)观察了WSR的微观形态。结果表明,共混试样吸水速率较快,15min内可达最大吸水率,平衡吸水率随SAR用量的增加而增大。未添加增容剂的WSR相容性差,SAR析出严重,力学性能较差。添加CPE-g-GMA到共混试样中,明显改善CPE基体与SAR的相容性,虽然吸水性能有所降低,但力学性能显著提升,吸水后的共混试样质量损失率明显降低。研究表明,体系的相容性随增容剂用量的增加而提高,但当其用量过饱和后,共混体系的相容性反而下降,加入15phr的CPE-g-GMA,增容效果最为明显。AFM显微图也表明添加CPE-g-GMA改善了两相间的微观相容性。
亲核型促进剂——咪唑的加入对增容剂的环氧基开环反应有一定促进作用,提高了反应效率,有利于减少增容剂的使用量,从而降低WSR的生产成本;但另一方面,咪唑的存在对于CPE基体的降解也有一定的促进作用,导致CPE在加工时降解明显,这对于共混试样的力学性能的影响又是不利的。加入0.5phr的咪唑可在一定程度上提高WSR的增容反应效率,脱析情况有一定改善,同时也可使共混试样的吸水膨胀性能和力学性能得到保持。