原位聚合法制備吸水膨脹天然橡膠的研究

1、摘 要采用過硫酸鹽/硫代硫酸鈉氧化還原引發(fā)體系，在天然膠乳中原位引發(fā)聚丙烯酸鈉聚合并接枝到天然橡膠烴上，制備出高吸水性天然橡膠，開辟了一條制備吸水天然橡膠的新途徑?？疾炝艘l(fā)劑的用量及體系中的氧化劑和還原劑的配比，復(fù)合氧化劑間的交互作用，反應(yīng)溫度、時(shí)間，吸水單體的用量，交聯(lián)劑用量等對(duì)WSNR的接枝率、接枝效率、吸水倍率、吸水速率等性能的影響，并考察了吸水單體用量、硫化體系、硫磺用量和補(bǔ)強(qiáng)劑對(duì)WSNR的吸水性能和物理機(jī)械性能的影響，采用紅外光譜（FTIR）、差熱掃描量熱法（DSC）、熱重分析（TG/DTG）、動(dòng)態(tài)力學(xué)分析（DMA）等分析手段對(duì)天然橡膠接枝產(chǎn)物，吸水單體均聚物作了分析表征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2、表明：引發(fā)劑劑用量、反應(yīng)溫度、時(shí)間、和單體用量在制備膩?zhàn)有臀蛎浱烊幌鹉z中對(duì)天然橡膠的接枝率有顯著的影響，在本實(shí)驗(yàn)研究范圍內(nèi)的最佳工藝為：反應(yīng)溫度為40，反應(yīng)時(shí)間為1小時(shí)，引發(fā)劑用量為0.50%，單體用量為100%，交聯(lián)劑用量為2.0×10-4mol。兩種過硫酸鹽（過硫酸鉀過硫酸銨）間在引發(fā)制備膩?zhàn)有臀蛎浱烊幌鹉z的接枝反應(yīng)中具有協(xié)同效應(yīng)。采用多種硫化體系對(duì)膩?zhàn)有臀蛎浱烊幌鹉z進(jìn)行硫化，得到吸水膨脹天然橡膠的最佳性能為拉伸強(qiáng)度0.83/MPa、斷裂伸長率2230.00%、撕裂應(yīng)力6.35KN·m-1、首次吸水倍率13.09倍；而補(bǔ)強(qiáng)劑苯乙烯的引入能大大提高吸水膨脹天然

3、橡膠的吸水倍率和反復(fù)吸水能力；傅立葉紅外光譜分析表明該實(shí)驗(yàn)方法能有效地使聚聚丙烯酸鈉單體接枝到天然橡膠分子鏈上；TG和DTG分析表明接枝改性的天然橡膠比天然橡膠的耐熱性高；DSC分析表明吸水膨脹天然橡膠的水分主要以“三相態(tài)”存在；DMA測(cè)試分析表明，隨著天然橡膠分子鏈上接枝的聚聚丙烯酸鈉量的增多，橡膠的玻璃化溫度隨之提高，動(dòng)態(tài)儲(chǔ)能摸量也隨著增大。關(guān)鍵詞：原位聚合 聚聚丙烯酸鈉 吸水膨脹 天然橡膠 AbstractA kind of water swelling natural rubber was made with natural latex grafted sodium acrylate

4、by in-situ polymerization. Persulfates and Sodium Thiosulfate was used as redox initiator. A new method to prepare WSR form Natural latex is found. Effect of quantity of initiator 、dosage ratio between persulfates、 dosage ratio between persulfates and Sodium Thiosulfate、reaction temperature、reaction

5、 time、crosslinking agent and the dosage of AANa on grafting ratio (GR) 、grafting effection (GE)、water absorbing ratio (WAR)、water absorbing velocity etc was studied, in addition, effect of the dosage of AANa、cure systems、the dosage of sulfur and strengthening agents on water-swelling capacity and ph

6、ysical mechanical properties was studied. The structure and the thermo-property of water-swelling natural rubber were studied by FTIR 、TG and DTG., and the states of water absorbed in WSNR were investigated by DSC, and the Dynamic storage modulus of WSNR were investigated by DMA.The results show tha

7、t the effect was noticeably of quantity of initiator 、dosage ratio between persulfates、 dosage ratio between persulfates and Sodium Thiosulfate、reaction temperature、reaction time、crosslinking agent and the dosage of NaAA onGR、GE and WAR. And a synergistic function of initiators in initiating efficie

8、ncy were found in the application of (NH4)2S2O8 and K2S2O8.The optimum reactive condition on the grafting rate and efficiency of acrylate monomer is as follows: reaction temperature 45, the quantity of initiator 0.5%, the reaction time 1.5h, the quantity ratio of AANa 100%, the quantity of crosslink

9、ing agent 2.0×10-4mol. The physical mechanical properties of WSNR witch was cueing by half-valid cure system are follow: tensile strength is 0.83/MPa、elongation at broken is 2203.00%、tear stress is 6.35KN·m-1、WAR is1309%；the water-swelling capacity of WSNR was improve outstanding by polyme

10、rize with styrene; FTIR shows that natural rubber molecule is grafted with Poly acrylate; TG、TGA show that the thermal stability of NR is increase by grafted with Poly acrylate; DSC shows that has three different states water in the WSNR and the DMA shows that Dynamic storage modulus of NR has impro

11、ved by grafted with Poly acrylate.Keywords:In-stiu Polymerazition Poly-acrylate water-swelling natural rubber 目 錄摘要.iABSTRACT.i1 前言11.1 吸水橡膠的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀21.1.1國外吸水橡膠的研究進(jìn)展21.1.2國內(nèi)吸水橡膠的研究進(jìn)展41.1.3 吸水橡膠的工業(yè)化生產(chǎn)41.2主體材料的選擇41.2.1 橡膠的選擇51.2.2 吸水單體的選擇51.3 吸水橡膠的制備方法61.3.1物理共混法61.3.2 化學(xué)接枝81.3. 3物理共混與化學(xué)接枝結(jié)合法101.4吸水膨脹

12、橡膠的應(yīng)用101.4.1 土建工程101.4.2 水敏傳感器、醫(yī)用和生理等方面111.4.3保護(hù)套的應(yīng)用111.5吸水膨脹應(yīng)用中存在的問題111.5.1吸水膨脹橡膠膨脹的方向性111.5.2膨脹倍率121.5.3膨脹速度121.5.4析出物121.5.5吸水膨脹橡膠止水密封效果的判定121.6本論文研究的創(chuàng)新與目的132 原材料與方法142.1 原材料142.2儀器設(shè)備142.3實(shí)驗(yàn)流程152.4 實(shí)驗(yàn)方法152.4.1丙烯酸和氫氧化鈉單體溶液的配制152.4.2膩?zhàn)有臀蛎浱烊幌鹉z的制備152.4.3 膩?zhàn)有臀蛎浱烊幌鹉z的純化152.4.4 混煉及硫化工藝162.5 測(cè)試方法162.5

13、.1 計(jì)算方法162.5.2 吸水速率的測(cè)定162.5.3 反復(fù)吸水能力的測(cè)定162.5.4 物理機(jī)械性能的測(cè)試162.5.5 TG、DTG分析162.5.6 DSC分析172.5.7FT IR分析172.5.8 DMA分析173.結(jié)果與討論183.1 膩?zhàn)有臀蛎浱烊幌鹉z的制備工藝研究183.1.1反應(yīng)溫度對(duì)天然橡膠接枝率的影響183.1.2引發(fā)劑用量對(duì)天然橡膠接枝率的影響.183.1.3反應(yīng)時(shí)間對(duì)天然橡膠接枝率的影響193.1.4 聚聚丙烯酸鈉用量對(duì)天然橡膠接枝率的影響203.1.5天然橡膠接枝率對(duì)膩?zhàn)有臀蛎浱烊幌鹉z吸水性能的影響203.1.6交聯(lián)劑用量對(duì)天然橡膠吸水率的影響213.

14、1.7小結(jié)223.2復(fù)合氧化還原引發(fā)體系對(duì)接枝反應(yīng)的影響研究223.2.1 過硫酸鹽加入方式對(duì)接枝反應(yīng)的影響223.2.2過硫酸鉀與過硫酸銨間的配比對(duì)接枝反應(yīng)的影響233.2.3 引發(fā)劑的用量對(duì)接枝反應(yīng)的影響243.2.4過硫酸鹽與硫代硫酸鈉間的配比對(duì)接枝反應(yīng)的影響243.2.5 聚丙烯酸鈉單體用量對(duì)接枝反應(yīng)的影響253.2.6小結(jié)263.3 硫化型吸水膨脹天然橡膠的力學(xué)性能研究263.3.1聚聚丙烯酸鈉用量對(duì)力學(xué)性能的影響263.3.2硫化體系和硫化劑用量對(duì)力學(xué)性能的影響283.3.3小結(jié)303.4吸水性能研究303.4.1 膩?zhàn)有臀蛎浱烊幌鹉z的吸水率及速率考查303.4.2硫化型吸水膨

15、脹天然橡膠的反復(fù)吸水性能考察313.4.3小結(jié)313.5 結(jié)構(gòu)性能分析研究323.5.1 FTIR分析323.5.2 TG和DTG分析333.5.3 DMA測(cè)試分析353.5.4DSC測(cè)試分析383.5.5小結(jié)393.6補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)393.6.1 聚聚丙烯酸鈉接枝天然橡膠產(chǎn)物與天然橡膠共混制備吸水橡膠的研究393.6.1.1聚聚丙烯酸鈉含量對(duì)產(chǎn)物性能的影響393.6.1.2考察硫化劑用量對(duì)產(chǎn)品吸水性能和力學(xué)性能的影響443.6.1.3小結(jié)：463.6.2 不同添加劑對(duì)硫化型吸水膨脹天然橡膠性能的影響463.6.2.1不同添加劑對(duì)硫化型吸水膨脹天然橡膠力學(xué)性能的影響463.6.2.2不同添加劑對(duì)硫化

16、型吸水膨脹天然橡膠的吸水性能的影響473.6.2.3小結(jié)484 結(jié)論49參考文獻(xiàn)50致 謝541 前言吸水膨脹橡膠（Water swelling Rubber，簡稱WSR）是一種新型的功能性吸水材料，它是在傳統(tǒng)彈性基體（橡膠）上引入親水性功能團(tuán)或親水性組分制成的張玉紅等，1998；張書香等，1999。其作用機(jī)理是：當(dāng)與水接觸時(shí)，水分子會(huì)通過擴(kuò)散、毛細(xì)及表面吸附等物理作用進(jìn)入WSR內(nèi)，進(jìn)而與材料中的親水性基團(tuán)形成極強(qiáng)的親和力，由于親水性物質(zhì)不斷吸收水分，致使橡膠發(fā)生形變，當(dāng)抗形變力和滲透壓差達(dá)到平衡時(shí)，WSR保持相對(duì)穩(wěn)定，達(dá)到彈性及以水止水的效果潘美等，1997；胡為民等，2002。自20世紀(jì)

17、70 年代末80 年代初問世以來，WSR 以其獨(dú)特的彈性密封止水和吸水膨脹止水的雙重止水特性， 越來越受到人們的重視Yama ji I sao，1984，現(xiàn)已成功地應(yīng)用于于隧道、地鐵、涵洞、游泳池、地下室內(nèi)、兵工武器庫以及水下工程、海上采油等工程設(shè)施的防水止漏密封，同時(shí)也用于汽車、集裝箱、精密儀器、藥物、食品的防水、防潮包裝等方面的理想密封材料。目前國內(nèi)外尚無對(duì)吸水膨脹橡膠進(jìn)行統(tǒng)一的分類，如按材料中的吸水膨脹劑（即吸水組份）分，有改性高鈉基膨潤土粒，聚丙烯酸系，聚乙烯醇，親水性聚氨酯預(yù)聚體以及改性物等；按其制備方法可分為機(jī)械共混型和化學(xué)接枝型；按膨脹速率分，有速膨型和緩膨型；按膨脹倍率分，有低

18、（50%-200%），中（200%-350%），高（350%以上）等倍率朱祖熹等，1999；按硫化與否分硫化型（制品型）吸水膨脹橡膠和非硫化型（膩?zhàn)有停┪蛎浵鹉z俞志強(qiáng)等. 1991。硫化型吸水膨脹橡膠經(jīng)硫化處理，制品彈性大、力學(xué)性能好，應(yīng)用于較大的結(jié)構(gòu)縫、盾構(gòu)隧道預(yù)制構(gòu)件的接縫、管道接頭預(yù)制密封件等，但硫化交聯(lián)提高了其力學(xué)性能的同時(shí)大大降低了其吸水膨脹性能；膩?zhàn)有臀蛎浵鹉z較軟，易對(duì)接，應(yīng)用于變形較大的結(jié)構(gòu)縫、各類施工縫、建筑物接縫等許臨等，2000。也有按材料膨脹后的形態(tài)分為離散型和非離散型；此外還可按其規(guī)格型式分為紙板、氈狀膜板、復(fù)合防水膜板、硫化膨脹橡膠類密封墊、止水條、膩?zhàn)訔l、灌

19、注密封膠等非定型材料。吸水膨脹橡膠作為環(huán)境敏感性高分子中的一員，其對(duì)溫度、PH值、鹽的濃度有較高的敏感性，可以按PH值或鹽的濃度的不同而發(fā)生反應(yīng)，造成收縮或膨脹，因此在水敏傳感器上、醫(yī)用和生理等方面有廣泛的應(yīng)用前景。伸縮性合成高分子已經(jīng)涉足于此領(lǐng)域，目前以吸水膨脹橡膠為中心正在研究吸水引起的膨脹和吸水效果。1.1 吸水橡膠的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀1.1.1國外吸水橡膠的研究進(jìn)展1974年，美國農(nóng)業(yè)部北部研究中心在G.F.Fanta等人的基礎(chǔ)上，用鈰鹽作引發(fā)劑將合成淀粉-丙烯腈接枝聚合成功，制出了世界上最早的高吸水性樹脂杜仕國，1995，此后，高吸水性材料作為一個(gè)新興的獨(dú)立的領(lǐng)域，引起了世界各國科學(xué)家及

20、愛好者們的濃厚興趣。美國的Grain Processing公司、Hercules公司、National Starch公司、General Mills Chemical公司及日本住友化學(xué)、花王石堿、三洋化成工業(yè)等公司相繼開發(fā)成功了高吸水聚合物張書香等，2000。 1976年日本旭電化工業(yè)株式會(huì)社首次申請(qǐng)了WSR的發(fā)明專利。該專利分析了普通橡膠、瀝青、聚氯乙烯塑溶膠、環(huán)氧樹脂、水泥砂漿等傳統(tǒng)建筑密封材料的易產(chǎn)生壓縮性永久變形和體積收縮的弱點(diǎn)，提出了用親水膨潤性物質(zhì)作為嵌縫材料的新觀點(diǎn)。他們用親水性聚醚多元醇與多元異氰酸酯（如甲苯二異氰酸， TDI）反應(yīng)形成預(yù)聚體，加入催化劑固化，制得了吸水膨脹達(dá)自

21、重200%一400%的吸水膨脹彈性體，首次提出了“吸水膨脹止水”嵌縫材料的概念。吸水膨脹橡膠作為高吸水材料中的一個(gè)部分，同樣也受到了人們的廣泛關(guān)注和研究，一時(shí)間成為各地科技工作者研究的熱門課題，各種科技文獻(xiàn)競(jìng)相報(bào)道，在這一新興的領(lǐng)域里，日本、美國和歐洲一直處于領(lǐng)先的地位張伯賢.，1995，此后，作為吸水材料的研究先驅(qū)地位的日本住友化學(xué)工業(yè)、三洋化成株式會(huì)社等許多公司自然都對(duì)WSR產(chǎn)生濃厚的興趣，并開展了許多相關(guān)的研究工作，主要是通過調(diào)節(jié)WSR中聚醚的組成、分子量和聚氨酯的交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)來改善吸水膨脹速度。其中最具代表性的是白石基雄等人的工作，他們制得的聚氨酯類WSR的吸水膨脹率可達(dá)750%以上，

22、且在0.5 MPa的水壓下，1h內(nèi)無滲漏現(xiàn)象。近四十多年來，他們不斷地將吸水膨脹材料從實(shí)驗(yàn)室推向市場(chǎng)，從單一的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)發(fā)展為多式樣、多規(guī)格、系列化配套的高質(zhì)量、高性能的產(chǎn)品。杉村正義等將吸水性聚氨酯預(yù)聚體與天然橡膠或合成橡膠（如丁苯橡膠、順丁橡膠、氯丁橡膠等）及相應(yīng)的助劑按一定的配比在混煉機(jī)上混煉，再用擠出機(jī)連續(xù)成型。硫化后的WSR的吸水膨脹率一般為20%70 %，拉伸強(qiáng)度可達(dá)10 MPa以上，這是用共混法制取WSR的開創(chuàng)性研究，它不僅解決了原來聚氨酯WSR難成型的問題，而且大幅度提高了WSR的力學(xué)強(qiáng)度。此后的工作主要是解決聚氨酯在橡膠中的分散性，提高聚氨酯/橡膠共混型WSR的吸水膨脹率和吸水

23、速率。天野三郎等把吸水性聚氨酯預(yù)聚體先部分交聯(lián)，制得膏狀物，再與橡膠一起混煉，硫化后可形成互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這樣制得的WSR的拉伸強(qiáng)度為8.5MPa，浸水7d后的吸水膨脹率為90%。還有人把波特蘭水泥與聚氨酯、橡膠共混，并采用高聚氨酯用量來提高WSB的吸水膨脹率，但這一研究未取得預(yù)期的效果，因?yàn)殡S著聚氨酯用量增大， WSR的強(qiáng)度急劇下降。拉伸強(qiáng)度大于5 MPa的WSR，其吸水膨脹率很難超過90%。高吸水樹脂一般都含大量的親水基團(tuán)，屬離子型聚合物。它與橡膠共混時(shí)，突出的困難是樹脂與橡膠的相容性較差，難以混合均勻，易導(dǎo)致WSR制品浸水后表面不光滑、起泡，以及吸水樹脂從橡膠中析出等問題。為了解決這些問題

24、，人們采用了改進(jìn)共混工藝或添加增容劑等方法。中村輝雄將與氯化聚乙烯相容性好的吸水樹脂如共混時(shí)加人（異丁烯/馬來酸）共聚水解物，與氯化聚乙烯混勻后再與橡膠共混硫化。但這些措施均未能顯著改善吸水樹脂在橡膠中的分散性。吉岡義弘認(rèn)為，通常用非結(jié)晶性橡膠和高吸水樹脂制備的組合物由于產(chǎn)生冷流而易發(fā)生相分離，他采用常溫下有5%50%結(jié)晶微區(qū)或玻璃態(tài)微區(qū)的橡膠（如氯丁橡膠、SBS等）與加有增容劑的高吸水樹脂共混，但所得的WSR浸水3d后就有大量的吸水樹脂析出。世山廣治等用氯化聚乙烯與淀粉接枝吸水劑共混制得的WSR，浸水三個(gè)月失重率為4.3%11.1%。世山廣治和渡邊正支用氯化聚乙烯、丁苯橡膠或天然橡膠與高吸水

25、樹脂（聚聚丙烯酸鈉）及一定量的有機(jī)硅偶聯(lián)劑共混，制品的吸水膨脹率可達(dá)500%，拉伸強(qiáng)度為5 MPa，伸長率為520% ，浸水抽出率為5.7%，比不加偶聯(lián)劑的對(duì)照樣（抽出率為15.4%）有較大提高，-但在水中重復(fù)浸泡后，WSR的吸水膨脹率急劇下降。 宮山守等提出把親水基團(tuán)直接引入橡膠的高分子鏈中的設(shè)想，制得了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的WSR。他們分別把帶有不飽和鍵的嵌段彈性體SBS溶于環(huán)己烷或苯乙酮等有機(jī)溶劑，在引發(fā)劑的存在下直接進(jìn)行巰基乙酸化、馬來酸酐化，脫除溶劑后，將接枝物皂化，再與橡膠共混。所得共混物浸水1個(gè)月后吸水膨脹率可達(dá)110%。該方法制得的WSR，雖然可部分地解決親水組分從橡膠中析出的缺點(diǎn)，但需消

26、耗大量有機(jī)溶劑，溶劑脫除和回收困難，且產(chǎn)品的吸水速率很低。 1983年，山路功等提出用氯磺化聚乙烯分別與聚乙二醇、端氨基聚氧化乙烯在有機(jī)溶劑（二氧六環(huán)等）中反應(yīng)，使聚乙二醇等的活性端基直接連到氯磺化聚乙烯的主鏈上。里田秀敏用水溶性的不飽和單體（如對(duì)乙烯基苯磺酸鈉）和偶氮類引發(fā)劑與通用橡膠等共混后，在160硫化成型制備WSR結(jié)果表明，這種方法簡便易行，不用有機(jī)溶劑，所使用的水溶性烯類單體是磺酸鹽，也有利于WSR吸收鹽水。80年代中期，日本住友化學(xué)株式會(huì)社將高吸水性樹脂制成非常細(xì)的粉末（粒徑<20 um），再和水溶性聚氨酯一起與通用橡膠或軟質(zhì)樹脂共混。結(jié)果表明，水溶性聚氨酯和高吸水樹脂同時(shí)與

27、橡膠共混比各自單獨(dú)與橡膠共混更能提高吸水速率和吸水膨脹率。他們所用的高吸水樹脂是將乙酸乙烯和丙烯酸甲酯與交聯(lián)劑懸浮聚合的交聯(lián)共聚物，經(jīng)水解干燥后粒徑為20 um。這種樹脂顆粒小，含有大量羥基，比交聯(lián)聚聚丙烯酸鈉更易在橡膠中分散。1.1.2國內(nèi)吸水橡膠的研究進(jìn)展國內(nèi)的WSR研究較晚。1985年，國內(nèi)首次出現(xiàn)WSR研究的報(bào)道。馬慎賢等馬慎賢等，1985研制出聚氨酯WSR，其拉伸強(qiáng)度為4.3MPa，扯斷伸長率700%，吸水膨脹率180%，性能指標(biāo)達(dá)到了當(dāng)時(shí)國外同類產(chǎn)品的水平。1988年，錢明晏錢明晏，1988采用與山路功相同的方法，研究了氯磺化聚乙烯接枝聚乙二醇合成WSR的條件。1991年，陳福林等

28、陳福林等，1991用聚聚丙烯酸鈉與SBR及CR等合成橡膠、填料及助劑共混，制備出共混型WSR。其拉伸強(qiáng)度為4.5 MPa，扯斷伸長率為690%，吸水膨脹率為200%，這種WSR浸水48h，其膨脹率就比最大吸水膨脹率降低8%。同年，林蓮貞等林蓮貞等，1991用橡膠膠乳與部分水解的聚丙烯酰胺共混制備WSR。這種WSR微相分布均勻，吸水膨脹率可達(dá)800%，但他們也未測(cè)定這種WSR的失重率。1996年張書香等獲得國家自然科學(xué)基金的資助，開展了吸水膨脹橡膠的研究工作，深入、系統(tǒng)地研究WSR的制備、結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能及物理化學(xué)參數(shù)，掌握了WSR的組成、結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，取得一系列的理論成果，在理論研究的基礎(chǔ)上

29、，探索制備可與橡膠共硫化的功能吸水樹脂的技術(shù)路線，設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)功能吸水樹脂與橡膠共硫化技術(shù)。1.1.3 吸水橡膠的工業(yè)化生產(chǎn)世界一些發(fā)達(dá)國家在研究吸水膨脹橡膠或吸水膨脹材料方面起步較早，WSR制品已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種工程，1988年日本的WSR制品銷售量為1萬噸，1991年達(dá)到2.8萬噸，西德ITC公司也生產(chǎn)出高質(zhì)量的硫化型及非硫化型吸水膨脹橡膠，應(yīng)用在大型工程建設(shè)中取得了理想的效果。目前，國內(nèi)有上海長寧橡膠制品廠、上海隧道公司等少數(shù)廠家能夠批量生產(chǎn)聚氨酯型WSR（牌號(hào)為821A.821B）產(chǎn)品，且已在某些工程中得到應(yīng)用。國內(nèi)的吸水膨脹橡膠與國外同類產(chǎn)品相比，在產(chǎn)品質(zhì)量和性能方面仍存在一定差距，仍

30、需進(jìn)步完善、改進(jìn)張書香，2000。1.2主體材料的選擇 橡膠和親水性物質(zhì)是構(gòu)成WSR的兩類最基本的材料，其中橡膠的彈性與強(qiáng)度決定了WSR的物理性能，親水性物質(zhì)的種類及用量則對(duì)WSR的吸水膨脹性能起決定性作用。兩者相容性的好壞會(huì)直接影響到WSR的各項(xiàng)性能。因此，應(yīng)盡可能選擇相容性好的主體材料韓燕藍(lán)等，2005。1.2.1 橡膠的選擇對(duì)于橡膠基材，紀(jì)喹江紀(jì)喹江等，1991指出選擇的關(guān)鍵在于選用高彈性、高粘接性、高結(jié)晶度橡膠，如：CR、SBR、NR、CMS、CPE等。通常，極性大的橡膠與親水性物質(zhì)相容性較好，如果選擇非結(jié)晶性橡膠與吸水樹脂制成堵漏材料，則較易發(fā)生共混困難及冷流現(xiàn)象。Takashi K

31、曾將NBR，PVC和CP與預(yù)交聯(lián)的異丁烯-馬來酸酐共聚物共混后加壓成型，對(duì)吸水膨脹率的測(cè)試顯示，不加入NBR時(shí)，膠料的吸水膨脹率大大降低。由此可見，橡膠的極性，即橡膠與親水性物質(zhì)的相容性，對(duì)所制得的WSR的吸水膨脹率有較大影響。張濤張濤，1999考察了吸水樹脂和生膠對(duì)吸水膨脹橡膠性能的影響，結(jié)果得出吸水膨脹橡膠的生膠應(yīng)選用NR，不應(yīng)選用SBR和NBR，且加入表面處理劑可以改善吸水膨脹橡膠的物理性能。Kuraray公司用二烯類橡膠與用環(huán)氧物交聯(lián)的吸水樹脂共混制得吸水膨脹橡膠，研究發(fā)現(xiàn)，用氯丁橡膠做基體比用丁基橡膠做基體制得的吸水膨脹橡膠的吸水膨脹率大。但丁基橡膠做基體制得的吸水膨脹橡膠的強(qiáng)度相對(duì)

32、較大，其耐壓性較好。張書香等鑒于三元乙丙橡膠（EPDM）有較好的耐老化，耐熱性能，研究了EPDM與聚丙烯酰胺共混制得的WSR的力學(xué)性能張書香等，1999Shioji N，Hasegawa YShioji N等，1997；Hasegawa等，2002都曾用CR作為基體材料制備性能較好的WSR。接枝法制備WSR彈性體部分一般選擇可再生的天然橡膠膠乳。通過研究發(fā)現(xiàn)，用塑料或熱塑性彈性體代替或與橡膠并用可改善橡膠的強(qiáng)度與加工性能。Bridgestone Tire公司用聚氯乙烯接枝到末端帶羥基的二烯類橡膠上制成WSR，然后與異戊二烯橡膠共混加壓成型，產(chǎn)品具有優(yōu)良的機(jī)械性能胡為民等，2002。1.2.2

33、吸水單體的選擇可用作WSR中親水組分的材料有很多，例如天然高分子、親水性高聚物、高吸水性樹脂以及一些吸水性無機(jī)物等。關(guān)于WSR的初始研究一般是直接加入一種高吸水性組分。在有機(jī)親水性高聚物中，考慮到長期保水性，耐熱性，耐腐蝕及吸水倍率等因素，用于制備吸水膨脹類止水材料的主要是合成樹脂類，主要分如下幾個(gè)系列組成：（1）淀粉系高吸水樹脂，由淀粉接枝親水鏈段而成；（2）纖維素系高吸水樹脂，由纖維素接枝親水鏈段而成；（3）合成聚合物系，主要指親水性聚氨酯預(yù)聚體、聚丙烯酸系、聚乙烯醇系等。其中， 合成聚合物系不但吸水能力強(qiáng)，且保水能力極高，吸水后即使加壓也不脫水，因而被廣泛應(yīng)用，大致又可分為三類張書香等，

34、2001：強(qiáng)電解質(zhì)吸水樹脂，如交聯(lián)聚丙烯酸納，所含吸水功能團(tuán)是梭酸納（-COONa）或磺酸納（-SO，Na）等；非離子性親水組分，如聚丙烯酰胺、親水性聚氨酯等，其親水基團(tuán)是輕基、酞胺基；離子性和非離子性單體的共聚物。在WSR的研究中發(fā)現(xiàn)，綜合運(yùn)用各種類型的吸水材料比單獨(dú)使用一種材料能更有效地提高WSR的相容性，減少吸水樹脂的析出脫落，并提高其吸水性能。Okamura K等 Okamura K等，1991先用非離子型單體（丙烯酰胺）與陰離子型單體（聚丙烯酸鈉）共聚得到吸水樹脂，然后將吸水樹脂與橡膠或熱塑性彈性體共混制得WSR。考察共混物吸鹽水率發(fā)現(xiàn)，當(dāng)吸水樹脂中不含非離子型單體時(shí)，WSR的吸水率

35、大幅度降低。改變所用吸水材料的種類及用量，可制得受環(huán)境影響較小的WSR。Shioji等Shioji N等，1997用陰離子單體非離子單體共聚物（如甲基丙烯酸與甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯共聚物）及堿金屬鹽（如鎂鹽）組成的吸水物質(zhì)與CR共混制得WSR，其吸水膨脹率為32.1%，該共混物在水中的溶脹行為與在其它水溶液中相似。Hasegawa Y等Hasegawa Y等，2002用丙烯酸、N，N-亞甲基雙丙烯酰胺、異丁烯?；已趸惽杷狨ニ猱a(chǎn)物和聚琥珀酰亞胺共聚得到的凝膠狀吸水樹脂與CR共混，制得性能良好的WSR。試驗(yàn)結(jié)果表明，吸水膨脹性能在相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定，硬水和海水等含有高價(jià)金屬離子的水溶

36、液對(duì)其影響也較小，浸水后析出物較少。CI Kasei公司采用丙烯酰胺，丙烯酸類及磺酸酯類共聚制成吸水性樹脂與氯丁橡膠共混，對(duì)吸水膨脹率和保水率的研究表明，吸水樹脂中不加丙烯酰胺和磺酸酯類時(shí)，WSR制品相應(yīng)吸水性能有較大下降馮東東等，2001。1.3 WSR制備方法1.3.1物理共混法物理共混法是橡膠類聚合物、親水性物質(zhì)、填料及助劑等按一定配比在混煉機(jī)上混煉均勻后，再用擠出機(jī)成型。根據(jù)共混方式，可分為機(jī)械共混和乳液共混。物理法制作工藝簡單、價(jià)格低廉、起始吸水迅速、膨脹率高，但強(qiáng)極性的吸水樹脂本身凝聚力大，在橡膠中分散不好而導(dǎo)致普遍存在以下問題許臨等，2000:（1）高吸水樹脂通常為顆粒狀的粉末，

37、它們不易在橡膠中分散；（2）高吸水樹脂與橡膠間難以形成較大的親和力，長期浸泡易析出，導(dǎo)致膨脹倍率降低，物理性能下降；（3）在鹽水中浸泡時(shí)，膨脹倍率較低。因而在共混型橡膠通過各種方法來改性，以希望能夠通過增容作用提高吸水樹脂的與橡膠基體的相容來提高WSR的性能。機(jī)械共混法 機(jī)械共混法一般是將高吸水樹脂以填充劑的形式，通過共混中輥筒的擠壓、剪切作用使其在橡膠中分散均勻，并與橡膠粘著在一起而形成高吸水橡膠，其吸水倍率主要取決于吸水樹脂的吸水倍率。在國內(nèi)外有不少研究者對(duì)機(jī)械共混法制備吸水膨脹橡膠作了研究，廣東工業(yè)大學(xué)的陳福林等用含少量水的混合溶劑與聚聚丙烯酸鈉PAANa，混合拌成糊，再與其他配合劑一起

38、混入橡膠中制備吸水膨脹橡膠，研究表明此種方法能夠提高樹脂分散的均勻性馮東東等，2001；Yamaji I sao，1984。濟(jì)南大學(xué)的張書香等通過共混法研究了不同增容劑（親水性聚合物 PEP、IBAM、STAM）對(duì)WSR性能的影響張書香等， 2001。張書香等人張書香等，1997；張書香等，1998采用機(jī)械共混方法，將三種吸水材料PAANa、PHPAM、PEU與SBR共混制得WSR：PAANa-WSR、PHPAM-WSR、PEU-WSR。吉林大學(xué)的陳欣芳等人Wang G J等，1998在密煉機(jī)上將氯丁橡膠與交聯(lián)型聚聚丙烯酸鈉共混，制得的吸水膨脹橡膠中吸水樹脂分散均勻。 鄭邦乾等鄭邦乾等，199

39、2；鄭邦乾等，1993用PVC分別與部分水解聚（丙烯酸甲酯-醋酸乙烯酯）部分水解聚丙烯酸甲酯、聚聚丙烯酸鈉、部分水解聚（丙烯酸甲酯-酯酸乙烯酯-甲基丙烯酸甲酯）共混制得WSR，研究發(fā)現(xiàn)，部分水解不會(huì)降低WSR的吸水性能，用PVC與高吸水樹脂的共混物作母料再與PVC共混所制得的WSR的性能比含有等量高吸水樹脂只經(jīng)一次共混的WSR性能更好。日本ShowaDenko公司Show a Denko Co，1984采用氯化聚烯烴橡膠和與之相容性好的改性吸水樹脂（如羧酸改性聚乙烯醇）共混后加壓制得具有較好耐候性、抗臭氧老化性和耐熱性的，適用于嵌縫防水、土壤改性的WSR片材。張養(yǎng)力張養(yǎng)力，1997發(fā)明一種合成

40、吸水橡膠，該產(chǎn)品是用高吸水性的聚合物，天然橡膠和纖維素淀粉按適當(dāng)?shù)谋壤诤厦軣?，其吸水量可達(dá)本身重量的40倍，且吸水或吸油飽和后可自行腐化、分解，無毒性，對(duì)環(huán)境不造成污染，最適合做垃圾掩埋的環(huán)保用品。郁維銘郁維銘等，1998等人通過分子設(shè)計(jì)，制得了一種以功能性丙烯酸酯為基體的專用吸水膨脹樹脂，然后將其與氯丁橡膠混煉、硫化得到一種新型防水材料，這種材料在淡水、堿水和鹽水中的膨脹倍率得到相當(dāng)大的提高，并且在水中的溶出物極少，因而具有較大的實(shí)用意義和開發(fā)價(jià)值。北京理工大學(xué)的譚惠民、王彩旗等研究了天然橡膠，高吸水樹脂共混體系中加入兩親性嵌段共聚物聚環(huán)氧乙烷-丙烯酸丁酯嵌段共聚物（PEO-b-PBA）對(duì)

41、WSR 性能的影響王彩旗等，2002。隨后，武漢化工學(xué)院的周愛軍等周愛軍等，2002以天然橡膠，聚聚丙烯酸鈉（NR/PAANa）為主要原料、以含聚氧化乙烯嵌段的親水親油型多嵌段共聚物為增容劑、以活性陶土為補(bǔ)強(qiáng)劑、利用多組分共混技術(shù)制備了WSR。結(jié)果表明增容劑可顯著提高共混體系的吸水膨脹性和力學(xué)性能。乳液共混法 將膠乳、吸水性樹脂等配合劑放入帶有攪拌器的容器內(nèi)，攪拌均勻后，進(jìn)行真空脫泡、熟成、澆模、硫化，從而制備吸水膨脹橡膠楊曉紅等，2003。日本有研究者（Japan Shorw Co. Ltd.1990）將親水性單體和引發(fā)劑直接加入丁苯膠乳中得到高吸水率和吸水穩(wěn)定性好的吸水橡膠。C.I.kas

42、ei公司Kadei C，1978.將異丁烯馬來酸酐共聚物分散到與之相容性良好的乳液中，如丙烯酸類聚合物乳液中，在交聯(lián)劑，如聚乙二醇的作用下制得了溶脹率為540倍的WSR，用作密封止水材料。中國科學(xué)院廣州化學(xué)研究所的林蓮貞等人林蓮貞等，1990采用乳液共混法，用天然膠乳與部分水解聚丙烯酰胺共混制得吸水量大、吸水快且外觀尺寸穩(wěn)定、機(jī)械強(qiáng)度高的WSR。相態(tài)分析表明：乳液共混法制備的WSR比用機(jī)械共混制備的WSR分散性和均一性好，共混微區(qū)尺寸越小，表明分散性與均一性越高，所以在同等條件下，降低微區(qū)尺寸有助于提高WSR的機(jī)械性能。1.3.2 化學(xué)接枝 將親水性鏈段或基團(tuán)（如羥基、 羧基、 醚基等），通過

43、化學(xué)反應(yīng)接枝到橡膠分子鏈上，從而制備WSR的一種方法。根據(jù)接枝機(jī)理的不同可分為偶聯(lián)接枝和引發(fā)接枝（引發(fā)劑或輻射引發(fā)） 楊曉紅等，2003。因親水基通過化學(xué)鍵結(jié)合進(jìn)入高分子主鏈， 微觀相容性好、強(qiáng)度高、 吸水膨脹、脫水復(fù)原的反復(fù)過程中物理性能、膨脹性能穩(wěn)定。但接枝反應(yīng)困難、工藝煩瑣、吸水膨脹率低、橡膠主體彈性差，目前尚未有大規(guī)模生產(chǎn)胡為民等，2002。偶聯(lián)接枝法 偶聯(lián)接枝法主要是聚合物末端反應(yīng)基團(tuán)沿著另一聚合物鏈中的反應(yīng) “場(chǎng)所” 反應(yīng)。此法制備WSR要求聚合物主鏈，即橡膠上有活性基團(tuán)，即橡膠上有活性基團(tuán)，一般含鹵素的橡膠或在橡膠分子中導(dǎo)入鹵原子、氯磺酸基、氯甲基等活性基團(tuán)。Cameron等Ca

44、meron G G等，1983人采用順1，4-聚丁二烯和丁腈橡膠為原料，在偶聯(lián)接枝之前，將聚丁二烯橡膠和腈基橡膠經(jīng)過環(huán)氧化作用，再鹽酸化，得到含活性基團(tuán)Cl、-OH的橡膠，再與經(jīng)處理的聚四氫呋喃偶聯(lián)得到效果較好的彈性體，并有吸水時(shí)的抗張強(qiáng)度大于未吸水時(shí)的現(xiàn)象。XieXieZY等，1996將聚乙二醇（PEG）接枝到結(jié)晶的氯丁橡膠上得到水膨脹彈性體。具體做法是先在無水且通氮?dú)獗Ｗo(hù)的狀態(tài)下將PEG與Na反應(yīng)制得PEG-Na，PEG-Na與CR偶聯(lián)即可得到CR-g-PEG。Yamashita等人分別采用氯丁橡膠和溴丁橡膠與聚乙二醇單甲基醚進(jìn)行偶聯(lián)接枝張玉紅等，1998。反應(yīng)主要是基于鹵丁橡膠中的鹵素原

45、子和聚乙二醇單甲基醚鉀鹽的鉀原子，得到的接枝物中可觀察到微相分離結(jié)構(gòu)，并對(duì)其結(jié)構(gòu)與性質(zhì)關(guān)系進(jìn)行分析。許臨等許臨等，2000選用氯磺化聚乙烯做彈性體，該橡膠主鏈有氯磺?；鶊F(tuán)（-SO2CI），通過該基團(tuán)可將聚乙二醇接枝到主鏈上，然后硫化制得WSR。另外，將氯磺化聚乙烯與分子鏈一端含有氨基的聚亞乙基醚在溶液中反應(yīng)，也可制成具有彈性的接枝聚合物，由此反應(yīng)生成的多相體系接枝產(chǎn)物吸水率可達(dá)45%劉嵐等，2006。引發(fā)接枝許多具有優(yōu)良性能的橡膠鏈上沒有活性基團(tuán)，而采用一般的偶聯(lián)法使其主鏈上帶有活性基團(tuán)則實(shí)施起來比較麻煩，對(duì)于該類物質(zhì)一般宜采用引發(fā)接枝。引發(fā)接枝法是在聚合物鏈中所有形成的反應(yīng)活性中心引發(fā)另一單

46、體聚合而生成接枝共聚物，一般有采用引發(fā)劑引發(fā)接枝即化學(xué)接枝和輻射接枝兩種方法。相比較下采用輻射接枝的方法改性橡膠制備水膨脹橡膠，能量傳遞更有效，能有效地避免均聚物產(chǎn)生，提高單體利用率，而且輻射接枝可以避免多余催化劑的污染張玉紅，等，1998。Dreyfuss和KennedyDreyfuss P等，1977以丁基橡膠和乙-丙橡膠為原料，采引發(fā)接枝得到聚四氫呋喃量較高的吸水膨脹橡膠。Cameron等人Cameron G G等，1986；Cameron G G等，1990采用BF3的醚合物作引發(fā)劑，用小分子環(huán)氧化物例如1，2-環(huán)氧丙烷和1-氯-2，3-環(huán)氧丙烷作促進(jìn)劑，引發(fā)四氫呋喃聚合接枝到聚丁二烯

47、橡膠上。反應(yīng)得到的吸水橡膠接枝率較高，而且?guī)缀鯖]有均聚物形成，產(chǎn)物中聚四氫呋喃的量可高達(dá)50%。榮庸榮庸等，1989等人探索了一種以膨潤土和丙烯酸為原料，采用氧化還原引發(fā)體系或過氧化物引發(fā)體系合成吸水倍數(shù)可控的高吸水性材料的方法。孫平等孫平等，1991以過氧化苯甲酰為引發(fā)劑，以SBS為主干，進(jìn)行了丙烯酸（AA）、SBS接枝共聚。然后用氫氧化鈉與SBS-g-AA反應(yīng)，得到了吸水率約500倍的接枝離子共聚物。Soebianto等人Soebianto Y S等，1987在輻射丙烯酸和乙-丙橡膠接枝時(shí)，發(fā)現(xiàn)加甲醇和1-丙醇到水中作溶劑，醇的加入阻礙了均聚物的形成，當(dāng)30%的水被甲醇代替時(shí)，接枝反應(yīng)顯著

48、提高。ChapiroChapiro A等，1962的研究表明當(dāng)單體能很好地?cái)U(kuò)散在溶脹的聚合物中時(shí)，輻射接枝的效率高，可以得到較高的接枝率。好的溶劑可以促使吸水材料和橡膠很好的溶合，這樣得到的產(chǎn)率高。Soebianto Soebianto Y S等，1 987； Soebianto Y S等，1987等人通過預(yù)輻射方法，將親水單體丙烯酸接枝到結(jié)晶的聚（4-甲基-1-戊烯）橡膠上，發(fā)現(xiàn)采用電子束輻射可以產(chǎn)生較多的自由基，輻射樣品的接枝率比用C-射線輻射時(shí)要高。而且接枝膜在濕態(tài)下，由于吸收了水接枝鏈間缺乏氫鍵，拉伸強(qiáng)度和斷裂時(shí)的伸長率隨接枝率的增大而降低。榮庸榮庸等，1985等人研究了用輻射的方法來

49、制備復(fù)合吸水材料，他們使用膨潤土材料，成本低廉且工藝簡單、不產(chǎn)生三廢。Watanabe等人WatanabeM等，1989采用輻射接枝技術(shù)將丙烯酸接枝到乙丙橡膠上，得到親水性的彈性體。Haddadiasl V等Haddadiasl V等，1996通過輻射將丙烯酰銨（AAM），甲基丙烯酸-羥乙酯（HEMA）和N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）分別接枝到適度硫化的EPR表面，制得具有高保水性的WSR。1.3. 3物理共混與化學(xué)接枝結(jié)合法針對(duì)物理共混法和化學(xué)接枝法各自的有缺點(diǎn)，將兩者靈活地結(jié)合起來，采取物理共混法的制備工藝簡單，吸水倍率大和吸水速率快的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)在橡膠基體上接枝吸水單體，既制備出接枝型WSR

50、，同時(shí)又能有效地增容吸水樹脂在橡膠基體中的分散，最終得到價(jià)格低廉、起始吸水迅速、膨脹率高、微觀相容性好、強(qiáng)度高、 脫水復(fù)原的反復(fù)過程中物理性能、 膨脹性能穩(wěn)定的WSR。任文壇等Ren WT等，2004開發(fā)了一種新的原位法制備WSR技術(shù)。其方法是先將堿（如氫氧化鋰、氫氧化鈉）加到彈性體（如CPE和EVA）中，待堿在彈性體中分散均勻后，在混煉的過程中緩慢加入丙烯酸及引發(fā)劑，混煉一段時(shí)間后加壓硫化。硫化后在上述體系中形成了共價(jià)鍵和離子鍵兩種形式的交聯(lián)，共價(jià)鍵交聯(lián)來自彈性體的自交聯(lián)，而離子鍵交聯(lián)是由聚聚丙烯酸鈉接枝到彈性體上形成的，這兩種交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)相互穿插，使得親水組分能穩(wěn)定存在于彈性基體內(nèi)。1.4吸水

51、膨脹橡膠的應(yīng)用吸水膨脹橡膠因其具有吸水膨脹和彈性變形雙重性能，在吸水后發(fā)生體積膨脹，起到彈性密封止水和以水止水的作用，使得它被譽(yù)為有魔力的防水材料。而被廣泛應(yīng)用于國防、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域。1.4.1 土建工程吸水膨脹橡膠具有彈性止水、以水止水的功能，因此適用于建筑物變形縫、施工縫防水、水下儀器及兵工武器的密封防水，以及金屬、混凝土、陶瓷、塑料、鋼鐵等管道和箱涵的接頭防水密封。蘇州大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院研制成功一種新型吸水膨脹防水材料，該材料膨脹倍率很高，延伸性好，可用于建筑物變形縫、施工縫各類預(yù)制件接縫的防水王麗華，1997。國外在這方面的報(bào)道較多。最典型的是用高吸水性樹脂制得的吸水膨脹材料

52、已成功地用于英法海底隧道蔣文，1996。吸水膨脹橡膠還廣泛用于大堤、水庫的快速搶險(xiǎn)堵漏，1996-1997年曾用吸水膨脹橡膠對(duì)黃河五孔閘閘門漏洞、河南昭平臺(tái)水庫發(fā)電廠的蝸殼混凝土接縫漏洞及駐馬店薄山水庫進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)快速堵漏，效果理想劉紅天等， 1998。在封閉式施工中，可以通過采用水膨脹橡膠，借助橡膠的膨脹力而降低地基的透水性，使施工條件得以大幅度改進(jìn)，在建筑、土木用途中，可將其用作防水材料、填縫劑、密封劑等，我國幾家企業(yè)已開發(fā)吸水膨脹橡膠并投入工程應(yīng)用的有：上海彭浦橡膠制品總廠開發(fā)的SPJ吸水膨脹橡膠已經(jīng)在上海地鐵1、2號(hào)線及上海合流污水治理工程等項(xiàng)目中使用；上海長寧橡膠制品廠開發(fā)了EF-1丁

53、基膩?zhàn)有团蛎浵鹉z已應(yīng)用于廣州地鐵二號(hào)線等。1.4.2 水敏傳感器、醫(yī)用和生理等方面吸水膨脹性橡膠對(duì)溫度、PH值、鹽的濃度有較高的敏感性，可以按PH值或鹽的濃度的不同而發(fā)生反應(yīng)，造成收縮或膨脹，使化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，堪稱機(jī)械化學(xué)系統(tǒng)或機(jī)械化學(xué)調(diào)節(jié)器，因此在水敏傳感器上，醫(yī)用和生理等方面有廣泛的應(yīng)用前景。鑒于橡膠柔軟而堅(jiān)韌，且彈性和吸振性能好，兼之人體質(zhì)量的四分之三是水，所以吸水性橡膠將會(huì)登上人工肌肉的舞臺(tái)。伸縮性合成高分子已經(jīng)涉足于此領(lǐng)域，目前以吸水膨脹橡膠為中心正在研究吸水引起的膨脹和吸水效果。1.4.3保護(hù)套的應(yīng)用 吸水膨脹橡膠不僅具有高吸水倍率，還可以加入各種各樣的顏料，使其擁有不同的

54、色彩，可用于各種特種防護(hù)外套，比如軍服、消防服、保濕套等在高溫環(huán)境中通過水分的釋放來降低溫度，還可應(yīng)用于手套中，通過調(diào)節(jié)吸水倍率調(diào)節(jié)手套的柔性和滑性，同時(shí)又具有高強(qiáng)吸汗能力，有效保持了手套內(nèi)部的干燥性。王久模等，2004水膨脹橡膠是發(fā)展中的功能性材料，它的彈性密封及吸水膨脹的雙重止水功能使其成為劃時(shí)代的密封防水材料，在各類工程上的用量逐漸增加，但同時(shí)它的吸水膨脹性使得影響其物理性能的因素比較復(fù)雜，這就需要在研究開發(fā)中對(duì)各方面綜合考慮。相信隨著人們對(duì)其制備和應(yīng)用領(lǐng)域的日益深入，通過研究進(jìn)一步提高和完善性能，水膨脹橡膠將會(huì)得到更廣泛的推廣和使用。張玉紅等，19981.5吸水膨脹應(yīng)用中存在的問題1.

55、5.1吸水膨脹橡膠膨脹的方向性吸水膨脹橡膠吸水時(shí)發(fā)生體積膨脹，如果在無約束狀態(tài)下使用，易導(dǎo)致吸水膨脹橡膠在無約束方向自由膨脹，作用于縫腔兩側(cè)的接觸壓降低甚至為零，止水密封效果下降。作為盾構(gòu)復(fù)合吸水膨脹橡膠的止水墊片，由于吸水膨脹橡膠不僅在受壓方向膨脹而且在非受壓側(cè)膨脹，導(dǎo)致膨脹橡膠起皺甚至脫開，影響工程使用效果。有些廠家將吸水膨脹橡膠復(fù)合在止水帶的兩側(cè)筋上，也會(huì)出現(xiàn)同樣的問題，抗繞滲性能非但沒有提高，反而易導(dǎo)致筋條脫開，止水帶與混凝土結(jié)合不牢，止水失效。為了保證吸水膨脹橡膠在無約束和復(fù)合狀態(tài)下可靠止水，有必要研制開發(fā)單向膨脹的吸水膨脹橡膠。日本采用高吸水纖維樹脂作膨脹材料，將它混入橡膠基體單方

56、向排列，由于吸水劑長徑比很大，因而吸水后膨脹橡膠只延徑向單向膨脹。另外，有些廠家在吸水膨脹橡膠限制膨脹的方向復(fù)合上鋼絲網(wǎng)，以制備單向膨脹的吸水膨脹橡膠。1.5.2膨脹倍率吸水膨脹橡膠的膨脹率必須根據(jù)設(shè)計(jì)縫的變形量來定，這里指的變形量并不是最大體積膨脹率，而是指能起密封止水作用的有效膨脹倍率。目前工程上常用的制品型吸水膨脹橡膠的靜水膨脹率在100%200%，而膩?zhàn)有臀蛎浵鹉z靜水膨脹率在150%300%之間。過大的膨脹率易導(dǎo)致不易封閉的問題，而且膩?zhàn)有团蛎浵鹉z膨脹后形成絮狀物，止水性能必然下降1.5.3膨脹速度工程中應(yīng)用的吸水膨脹止水材料，膨脹速度并不是越大越好，要根據(jù)具體情況而定。在快速堵漏

57、工程中可采用膨脹速度快的；現(xiàn)場(chǎng)澆筑混凝土施工時(shí)，可選擇膨脹速度慢一些的，也可在膨脹速度快的吸水膨脹橡膠表面預(yù)涂緩膨劑。一般廠家提供的膨脹速度指標(biāo)，是將膨脹橡膠切成小薄片測(cè)得，但在實(shí)際應(yīng)用中，尺寸遠(yuǎn)比試驗(yàn)試片大，因而膨脹速度大大降低。如水科院結(jié)構(gòu)材料研究所研制的GBW吸水膨脹止水條，試驗(yàn)時(shí)12h達(dá)到最大膨脹倍率（尺寸為2cm×2cm×0.2cm）;當(dāng)試樣尺寸為2cm×3cm×3cm時(shí)，達(dá)到最大膨脹率需120h。因而，實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)所需尺寸確定膨脹速度，從而為設(shè)計(jì)及施工提供依據(jù)。1.5.4析出物吸水膨脹橡膠含有大量的親水性基團(tuán)或物質(zhì)，它們?cè)陂L期與水接觸時(shí)可能會(huì)自發(fā)向水中遷移。由于膨脹材料的析出，吸水膨脹橡膠的止水密封壓力降低，從而導(dǎo)致止水效果下降甚至失效。如何克服析出物多的問題，一直是困擾研制開發(fā)者的難題。目前解決析出物的方法有：（1）在親油性橡膠上接枝親水基團(tuán)，將親水性基團(tuán)通過化學(xué)鍵固定在橡膠基體上；（2）采用相容