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耐盐型吸水膨胀天然橡胶的研究

刘昭  
【摘要】:吸水膨胀橡胶(WSR)是由橡胶与亲水性物质组成的新型功能材料,这种材料在吸水之后,可膨胀至自身的重量数倍,进而对工程中的管道接头、施工缝等处起到密封止水的作用,根据这一独特性质,WSR已经成功应用在土木工程建设如地铁、海底隧道、建筑施工、油田等领域中。WSR按照橡胶是否硫化分类,可分为腻子型和制品型两类。传统的腻子型WSR虽然吸水速率较快,但是在盐溶液中的吸水倍率明显下降,制品型WSR力学性能良好但均一性差、制备方法单一、需大型仪器并且吸水倍率较低。 本文以过氧化氢异丙苯(CHP)和四乙烯五胺(TEPA)为氧化还原引发体系,以天然胶乳为原料,丙烯酸钠、丙烯酰胺作为吸水性单体,采用接枝共聚方式制得了在盐溶液中仍然具有较好吸水能力的腻子型耐盐型吸水膨胀天然橡胶(WSNR-s)研究了WSNR-s的最佳制备条件,重点研究了阳离子价态、盐溶液浓度、环境温度等因素对WSNR-s吸水性能的影响,并对WSNR-s的重复吸水能力、水的状态以及热失重过程进行分析。结果表明:WSNR-s的吸水倍率随着阳离子化合价数、盐溶液浓度提高而减小;WSNR-s在生理盐水中的吸水倍率随着温度的升高而逐渐增大;WSNR-s的重复吸水能力较好;WSNR-s在其吸水过程中水先是以束缚水的状态存在,而后以自由水形式随吸水率的增加而不断增加;WSNR-s在163.5℃时达到失水平衡。 以天然胶乳为原料,丙烯酰胺为吸水单体,分别以甲醛为单体交联剂,硫磺为天然橡胶交联剂,经过接枝共聚反应制备出均一性好、在盐溶液中具有不同吸水倍率的单体交联型吸水膨胀天然橡胶(WSNR-c)和胶乳硫化交联型吸水膨胀天然橡胶(WSNR-v)。研究了不同交联方式对吸水膨胀橡胶交联密度、弹性模量、吸水倍率和重复吸水能力的影响,并对吸水膨胀天然橡胶中水的状态、热失重过程和微观形貌进行分析。结果表明,吸水膨胀天然橡胶的交联密度、弹性模量、吸水倍率和重复吸水恢复率随着吸水单体和天然橡胶交联程度的提高而降低;WSNR-c有较好的长期吸水能力和重复吸水能力,而WSNR-v具有较好的力学性能;交联处理使吸水膨胀天然橡胶吸束缚水的能力减弱,失水稳定性降低;吸水膨胀天然橡胶经交联处理后体系网络结构致密,孔洞减少。


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