橡胶的吸水性 诞生于20世纪80年代的吸水膨胀橡胶一直被人们称为“有魔力的防水材料”，或者是“超级密封材料”。这种材料一经问世，由于它具有独特的吸水功能，引起人们的普遍关注。吸水膨胀橡胶既能适应结构变形，起弹性密封的作用，又具有吸水膨胀、以水止水的特殊功效。它已经成为基础工程变形缝、施工缝、各种管道接头密封、水坝嵌缝等部位密封防水的理想材料。在堵漏工程方面已逐浙取代了传统的水泥灌浆、止水带、止水材料，当与水接触时迅速膨胀，充塞缝隙的所有空间，达到密封作用。从目前的技术水平来说，吸水性橡胶的制备方法大致上可分为两种，即在橡胶中添加吸水性树脂和对橡胶进行化学接枝，在其分子中引进亲水性基团。 一、橡胶吸水的机理 橡胶本身是疏水性材料，它主要由高聚合度的碳、氢链节构成。但橡胶中存在少量亲水性物质，遇水就会吸水而膨胀。当它与水接触时，水分子通过扩散、毛细及表面吸附等物理作用进入橡胶内，与橡胶中的亲水性物质（基团）形成极强的亲和力。橡胶中的亲水性物质被进入橡胶中的水溶解或溶胀，在橡胶内外形成渗透压差。对于水向橡胶内部的渗透具有促进作用。亲水性物质不断吸收水分，致使橡胶产生形变。当抗形变力和渗透压差相当时便达到了平衡，吸水膨胀作用保持相对的稳定。 二、吸水性树脂 选择适宜的吸水性树脂是制备吸水膨胀橡胶的关键所在，目前已被实际应用的吸水性树脂有多种类型，如淀粉-丙烯腈接枝合物、纤维素丙烯腈接枝聚合物、交联聚乙烯醇、交联聚丙烯酸酯、聚环氧乙烷类、无水顺丁烯二酸类及某些无机填料等。这些吸水性树脂一般都具有较强的吸水能力，有些树脂的吸水率可达成百上千倍。吸水膨胀橡胶的吸水能力比海绵要好，即使在外界挤压状态下，吸水膨胀橡胶仍能保持大部分所吸的水分。在干燥情况下，能缓慢释放所吸的水分。 吸水性树脂的制备多半由原先的水溶性树脂部分交联或皂化而成，其外观为颗粒状或粉末状。它们的特点是不太容易在橡胶中分散，需采用特殊的加工工艺方可使它们与橡胶均匀混合。 三、吸水膨胀橡胶的制备方法 吸水膨胀橡胶的制备目前主要有两种途径：用物理方法，通过添加吸水性树脂；用化学接枝方法使橡胶获得吸水性能。当然，除了吸水性树脂以外，正确橡胶主体材料也是相当重要的，其关键是要选择高弹性、高粘接性、高结晶性橡胶（如CR SBS、NR、CMS等）。如果选择非结晶性橡胶与吸水树脂共混制成堵漏材料，则很容易产生共混困难及冷流现象。 1．物理共混法 将吸水性树脂混入橡胶，可采用下列两种不同的方法。 ⑴机械共混 在生胶包辊后加入吸水性树脂及其他配合剂，通过辊筒的挤压、剪切作用使吸水性树脂均匀地分散在橡胶中。 ⑵乳液共混 将胶乳和吸水性树脂等配合剂放入配备搅拌器的容器中，搅拌均匀后使它真空脱液、熟成、注模、硫化。 从上述两种方法比较来看，乳液共混法制得的吸水膨胀橡胶中的分散性、均一性较高，相态分析的微区尺寸较小。 选择吸水性树脂时，一般系{sx}吸水性取氨酯。它是以聚醚多元醇为原料制成的亲水性聚氨酯预聚体。多元醇中亚乙基醚单元（—C2H2—O—C2H5）的含量超过20%以上，就可用它制备吸水性聚氨酯材料。由于这种聚氨酯材料含有大量的—C2H2—O—C2H5链锻，经固化剂交联后，能产生较好的回弹性。与水相遇时，该链段会与水生成氢键，导致材料的体积膨胀增大。该吸水性聚氨酯预聚体可以经过固化剂（MOCA）交联制成吸水膨胀的弹性防水材料，还可与橡胶混合，制成吸水膨胀弹性体。 除了吸水性聚氨酯外，在橡胶中还可添加其他吸水性树脂来制备吸水膨胀橡胶。如吸水倍率较高，吸水后强度较高的部分交联聚丙烯酸钠、异丁烯-马来酸酐的共聚物。尤其是以乙烯基醚和烯烃不饱和羧酸及其衍生物为主要成分的皂化共聚物以及聚乙烯醇-丙烯酸酯的接枝共聚物，它们不但吸水后的强度高，还可提高吸水后材料的刚度。 由于吸水性高分子的吸水能力大大超过橡胶基材的吸水能力，所以该高分子在吸水后会从橡胶基材脱离开来。为防止这种现象，宜把高分子吸水树脂肪酸平均粒度控制在100μm以下，使两者共存于同一体内，不致发生脱离现象。吸水树脂中的亲水基团—COOH、—OH等与橡胶中极性基团共同作用，产生较高的物理机械性能。吸水树脂的粒径与膨胀率及拉伸强度的关系。 2．化学接枝法 采用物理共混法将吸水性树脂与橡胶共混，使之在疏水性的橡胶基质中均匀分散。用这样的方法制成的吸水膨胀橡胶虽然可以发挥密封、止水、堵漏等作用，但这种材料在吸水后其强度明显下降。研究发现，把亲水性基团或链段（如羟基、羧基、醚基等）通过化学反应接枝到橡胶大分子上，合在亲水性橡胶。这种亲水性橡胶在保持橡胶性质的同时，还具有相当的吸水能力。亲水性分子链锻接枝率越高，橡胶分子的亲水性基团就越多，橡胶的膨胀率也就越高。而且，这种亲水性橡胶吸水后，水兼起软化剂和补强剂的作用。 可以与橡胶接枝的样水性聚合物有多种，如亲水性聚氨酯预聚体、聚环氧乙烷、聚环氧丙烷等。将聚醚多元醇与异氰酸酯反应可合成水溶性聚氨酯预聚体，它带有一定数量的异氰酸根。把固化剂加入这种聚氨酯预聚体，即可制得腻子型吸水膨胀橡胶，也可使之部分交联固化后再与橡胶及其他配合剂进行配合加工，经硫化后可制成固态膨胀橡胶。 氯磺化聚乙烯与聚乙二醇可进行接枝反应，生成水溶性接枝聚合物。聚乙二醇是一种较典型的水溶性聚合物。为将它与氯磺化聚乙烯实现接枝，可在与水不相容的氯磺化聚乙烯的有机溶剂溶液中进行反应（如四氯化磷、xxxx、二氯乙烷等）。在加热条件下搅拌反应，制得具有亲水性的接枝弹性体。氯磺化聚乙烯中的部分—SO2CI基与聚乙二醇中的端羟基发生缩合反应，生成聚亚乙基醚支链，一部分SO2CI基被碱水解，生成了磺酸盐基团，形成了由磺酸盐离子相互凝聚而成的凝聚区，类似于硫化胶的交联点。这种聚合物的吸水性随接枝率的提高而增大。 另外，将氯磺化聚乙烯与分子链一端含有伯氨基的聚亚乙基醚在溶液中反应，也可制成具有弹性的吸水性接枝聚合物。操作时，可在两种组分的共用溶剂（氯仿）中进行均相反应。由此反应生成的多相体系接枝产物吸水率可达45%。 |
