環(huán)氧化NBR及吸水膨脹橡膠的制備與性能研究.pdf

1、吸水膨脹橡膠(WSR)作為一種新型功能性高分子，具有彈性密封及遇水膨脹雙重止水性的特殊功能，已成為采油領(lǐng)域、基礎(chǔ)工程變形縫、水壩嵌縫、各種管道接頭密封等處密封防水的理想材料，具有廣闊的應(yīng)用前景，提高其綜合性能具有重要的意義。
　　本文選用丁腈橡膠(NBR)為主要基體，研究了吸水樹脂聚丙烯酸鈉(PAAS)的粒徑、填料（炭黑、白炭黑、炭黑與白炭黑并用）和聚氨酯預(yù)聚體對(duì)吸水膨脹橡膠的吸水和物理機(jī)械性能的影響;另一方面，以三氧化鋁作為催化

2、劑，叔丁基過(guò)氧化氫為氧化劑，反應(yīng)制備環(huán)氧化丁腈橡膠(ENBR)，同時(shí)將得到的ENBR與NBR以不同比例并用，制備吸水膨脹橡膠，研究ENBR對(duì)吸水膨脹橡膠的物理機(jī)械性能和吸水性能的影響。采用紅外光譜、掃描電鏡、X射線光電子能譜、熱重分析等手段對(duì)ENBR和吸水膨脹橡膠進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征和性能分析。
　　研究發(fā)現(xiàn)，隨著吸水樹脂的粒徑減小，WSR的最大質(zhì)量增加率和吸水速率增加，而質(zhì)量損失率則呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)，反復(fù)吸水性能降低;隨著吸水樹脂的粒徑減

3、少，硫化膠的拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度基本不變，而斷裂伸長(zhǎng)率則出現(xiàn)下降，當(dāng)吸水樹脂為300目時(shí)，吸水效果較好。
　　從填料體系來(lái)看，當(dāng)采用炭黑單用的填充體系時(shí)，隨著炭黑用量的增加，WSR的吸水速率和最大質(zhì)量增加率降低，反復(fù)吸水性能改善，質(zhì)量損失率減少，力學(xué)性能改善，但斷裂伸長(zhǎng)率降低。當(dāng)采用白炭黑單用填充體系時(shí)，隨著白炭黑用量的增加，WSR的最大質(zhì)量增加率和吸水速率增加，而質(zhì)量損失率增大，反復(fù)吸水性能降低;力學(xué)性能方面有改善，但差于單獨(dú)使用

4、炭黑。當(dāng)采用白炭黑/炭黑并用填充體系時(shí)，隨著白炭黑比例增大，WSR的最大質(zhì)量增加率和吸水速率增加，而質(zhì)量損失率增大，反復(fù)吸水性能降低;隨著炭黑比例增大，硫化膠的拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度提高，斷裂伸長(zhǎng)率降低;當(dāng)白炭黑/炭黑為30/10時(shí)，WSR綜合性能良好，最大質(zhì)量增加率為75％，拉伸強(qiáng)度為10.5MPa，質(zhì)量損失率為8.8％。
　　選用聚氨酯預(yù)聚體作為吸水促進(jìn)劑，在白炭黑/炭黑為30/10的WSR中，隨著聚氨酯預(yù)聚體用量的增多，WSR的

5、吸水膨脹率先增加后減少，質(zhì)量損失率則呈現(xiàn)出增大的趨勢(shì);隨著聚氨酯預(yù)聚體用量的增加，硫化膠的拉伸強(qiáng)度先增加后減少，在聚氨酯預(yù)聚體用量為10份時(shí)，WSR的拉伸強(qiáng)度出現(xiàn)最大值，為12.5MPa，撕裂強(qiáng)度則隨著聚氨酯預(yù)聚體用量的增加而降低。由此采用目數(shù)為300目的吸水樹脂，30份白炭黑、10份炭黑和10份聚氨酯預(yù)聚體時(shí)，WSR綜合性能良好。
　　通過(guò)紅外光譜發(fā)現(xiàn)ENBR的譜圖上出現(xiàn)環(huán)氧基特征峰，XPS顯示，ENBR的O元素含量相比NBR從

6、2.88％提高到5.89％，通過(guò)環(huán)氧值的測(cè)定分析可知，隨著反應(yīng)溫度的增大和反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，ENBR的環(huán)氧化程度增大，當(dāng)反應(yīng)溫度在80℃時(shí)，最大環(huán)氧值達(dá)到5％。與NBR相比，環(huán)氧化后的NBR的分解溫度向低溫方向移動(dòng)，最大熱失重速率溫度由476℃降低到468℃。
　　采用ENBR與NBR并用制備吸水膨脹橡膠的研究結(jié)果表明，隨著ENBR的用量增大，WSR膠料的MH、 ML、△M、t10和t90都逐漸增加。隨著ENBR的用量增大，硫化膠的

7、拉伸強(qiáng)度先增大而后下降，當(dāng)NBR∶ENBR為75∶25時(shí)，拉伸強(qiáng)度達(dá)到最大值，為13.1MPa;100％定伸應(yīng)力和硬度隨著ENBR的比例增大而增大，斷裂伸長(zhǎng)率隨著ENBR的比例增大而降低，撕裂強(qiáng)度則介于單用NBR和單用ENBR硫化膠之間。隨著ENBR的比例增大，WSR的吸水質(zhì)量增加率和吸水速率先增大后下降，當(dāng)NBR∶ ENBR為25∶75時(shí)，質(zhì)量增加率最大，為172％，質(zhì)量增加率比單純的NBR提高了13％;在反復(fù)吸水過(guò)程中，隨著ENBR