【橡膠工藝】-吸水膨脹橡膠的研究進(jìn)展

吸水膨脹橡膠的研究進(jìn)展吸水膨脹橡膠的研究進(jìn)展吸水膨脹橡膠的研究進(jìn)展吸水膨脹橡膠（WSR）是一種新型特種橡膠，由親水組分（或親水基團(tuán)）（或化學(xué)接枝WSR207020WSR1t，19912.8tITC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[1]。而國(guó)內(nèi)卻只有上海等地區(qū)有少WSR。WSR的快速發(fā)展，WSR的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。至今，WSR已在石油11月，勘探開(kāi)發(fā)研究院裝備所自主研發(fā)的自膨脹式封隔器在冀東油田高淺南區(qū)G160-P13井順利下井進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)應(yīng)用[7]WSRpHWSR的吸水膨脹原理及分類吸水膨脹原理WSR的吸水作用主要來(lái)源于添加的親水組分或接枝的親水基團(tuán)。當(dāng) WSR與水接觸時(shí)水分子通過(guò)膠體表面吸附和毛細(xì)吸附等作用擴(kuò)散進(jìn)入膠體中進(jìn)入橡膠內(nèi)的水分子與親水組分或親水基團(tuán)形成極強(qiáng)的作用力水被保留在橡膠中使得膠體發(fā)生膨脹變形同時(shí)橡膠的彈性收縮力也在增加進(jìn)而形成的滲透壓差使得外部的水分子進(jìn)一步向橡膠內(nèi)滲透。當(dāng)滲透壓差與膠體自身的抗變形力相等時(shí)，吸水達(dá)到平衡此時(shí)橡膠的膨脹程度被視為靜水最大膨脹率通常認(rèn)為這個(gè)過(guò)程是受水分子的擴(kuò)散和橡膠分子鏈斷的松弛作用如果遇水膨脹橡膠在封閉條件下,遇水膨脹橡膠就可以發(fā)揮其密封止水的作用[9][10]DSCTGWSR中水的存在狀態(tài)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)PAANa上-COONa4；總水量對(duì)凍結(jié)水的影響不明顯，而顯著影響自由水的含量。WSR的分類（即制品型和膩?zhàn)有?0%~200%、中膨脹率（200%~350%、高膨脹率（＞350%）三種[12]；按制備方法可分為物理共混和化學(xué)接枝。WSR的制備WSR的工業(yè)生產(chǎn)都是以共混型為主。孫平和王廣佳[13],90℃4h的情況下，進(jìn)行丙烯酸和苯乙烯系嵌段共聚物（SBS（8）接枝AA/SBS值為8，中和度在70%~80%時(shí)，聚合物的吸水性能最佳可達(dá)到500倍以上。Abbasi[14]/（2-羥乙基甲基丙烯酸酯連續(xù)互穿聚合2-羥乙基異丁酸酯單體在溶脹硅橡膠中聚合并迅速交聯(lián)，通過(guò)優(yōu)化反應(yīng)[15]采用過(guò)硫酸銨/硫代硫酸鈉氧化還NRWSR6h1751%598%。李青彬等[16]采用波聚合工藝完成了丙烯酰胺與天然橡膠接枝共聚，制得了性能優(yōu)良的WSR。該方法聚合時(shí)間短（為傳統(tǒng)間歇聚合法的1/8，制得的產(chǎn)物接枝率達(dá)到51.8%7.66g/g。WSR的制備SBR/CR為基體，吸水性高嶺土為親水組分，并與（改性白炭黑4%~8%的增容劑可以提高組分間的相容性，加入5%~10%的發(fā)泡WSRCharoenNakason等[18]將淀粉接枝的聚丙烯酰胺、WSR。發(fā)現(xiàn)橡膠的交聯(lián)會(huì)降低材料的吸水性能，而添加適量的聚環(huán)氧樹(shù)脂可以適當(dāng)?shù)靥岣卟牧系睦煨阅芎臀阅?；三羥甲基丙烷丙烯酸酯（TMPTMA）PEO的協(xié)同效應(yīng)能減少橡膠的硫化時(shí)間。時(shí)間。WSR（WSR的物理性能，而親水組分或親水基團(tuán)（親水鏈段）決定了WSR的吸水膨脹性能[19]。在既定基體和親水組分的基礎(chǔ)上，加入各種添加劑（增強(qiáng)劑、阻燃劑、防老化劑等）可以改WSRWSR一些特殊性能。因此，基體、親水組分以及添WSR性能的主要影響因素。WSR的基體WSR（CR（NR、丁苯橡膠SBR、丁腈橡膠NB、三元乙丙橡膠EPDM）等，也有報(bào)道用氯化聚乙烯和聚氯乙烯[20~22]或是按一定比例混合的兩種橡膠作為基體[17]。對(duì)于基體的選擇主要從物理機(jī)械性能、特種橡膠的特性、NRNBR與親水組分相容性好；EPDM具有較好的拉伸性能和耐老化性能。張濤[23]NR、NBRSBRWSR力學(xué)性能的影響。SBRNBRNR為WSRA硬度差別不大，前者的永久變形量大于后NBRSBR的結(jié)論。NBR、NBR膠乳、CRCR膠乳為基體，通過(guò)物理共混法、乳液共沉法和干燥噴霧法制備了橡膠/淀粉/丙烯酸鈉吸水膨脹橡膠，綜合力CR-3211膠乳為基體通過(guò)乳液共沉法制備的吸水膨PetrHron等[25]CRNREPDMWSR，發(fā)現(xiàn)天然橡膠復(fù)合材料具有最佳的膨脹性能，并且NRCRWSRWSR吸水后斷裂伸長(zhǎng)率降低。Sung-Seen等[26]NBRNBR硫70NBR20份NBRNBR硫化膠的吸水性能，90℃NBR硫化膠的吸水行為分別表現(xiàn)出不同的變化趨勢(shì)，90℃的吸水Jong等[27]采用反向懸浮法合成了聚丙烯酸鈉顆粒，通NRWSR的吸水膨脹性能的影響。研究表明采用反向懸浮聚合合成的聚丙烯酸鈉顆粒的尺寸是交聯(lián)密度的增大會(huì)降低分子運(yùn)動(dòng)活性，10SAP脫離至水中的WSRHolgerWack等[28]NR/SBR彈性體粉末（EP）加入到熔融的熱塑性樹(shù)脂（TP）SAP制得可膨脹的熱塑性彈性體。研究了增容劑性體。研究了增容劑2,5-二甲基-2,5-二（叔丁基過(guò)氧化）己烷、SAP和EP對(duì)材SAPEPSAPEP可得到最佳的力SAP位置的測(cè)定，可以發(fā)現(xiàn)排出到材料表面的顆粒SAPSAPSAP和基體周圍之間，因此可以假設(shè)液體是SAP和基體的界面進(jìn)入材料內(nèi)，并在材料內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)散，這些定性的研究成體系。親水組分WSR可以很大程度地降低成本。WSR領(lǐng)Song等[30]CRCRHClCR在低硫化CR的性能。50%130%，而纖維素高吸水材料則可達(dá)200~7000%[31][32]將由短棉纖維NBRWSR的吸水速率尤其是在鹽水中，還可以提高WSR的拉伸強(qiáng)度。在取向上，2011.2MPa。烯酰胺等]

Liu等[33]用交聯(lián)的丙烯酸和丙烯酸丁酯共聚物P(AA-co-BA)通過(guò)聚合物互穿網(wǎng)絡(luò)IPN）技術(shù)改性交聯(lián)聚丙烯酸鈉CSP，并制備研究了WSR的CSPCSPCR中分散更好、失重率低，并提高了WSR的吸水性能和力學(xué)性能。當(dāng)摻入30CSP時(shí)，WSR2.5%7.7MPa1530%、438%。[35]以丙烯pH80%的丙烯酸、0.4%0.4%的引發(fā)劑時(shí)凝膠的溶脹比最大；該凝pH5~11的介質(zhì)環(huán)境，而介質(zhì)溫度對(duì)凝膠的影響不大；凝膠的溶脹比隨離子強(qiáng)度的增大而減小。增容劑WSRPVCPVCPVC的相容性更好。增容劑的分子鏈上通常都帶有與基體或吸水樹(shù)脂相同的鏈段或可與之反應(yīng)[36]制備了聚氨酯／丁腈橡PU的增多，橡膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變疏松，形成周期，質(zhì)量損失率會(huì)降低。Zhang等[37]用聚乙烯醇接枝聚丙烯酸丁酯作為增容劑提高了氯醇橡膠（CHR）與交聯(lián)的聚丙烯酸PAB支鏈粘連在一起的CPA接觸。Xie等[38]根據(jù)氯丁橡膠PEG中的鈉鹽反應(yīng)，以聚乙二醇（PEG）接枝結(jié)晶性氯丁橡膠合成了PEG的含量和接枝率，最大的接枝ca24.80%Zhang等[39]P(CPE-g-PEG)CPEP(AA-AM)的相容性，結(jié)果表明，添加適量的增容劑可以[40]NBR為原料制備P(NBR-g-AM)P(NBR-g-AM)NBR與其制備的吸水樹(shù)P(NBR-g-AM)提高了材料的拉伸強(qiáng)度和吸水P(NBR-g-AM)具有改善共混組分相容性的作用。補(bǔ)強(qiáng)劑WSR性能的要求也越來(lái)越WSR具有一定的強(qiáng)度，特別是吸水膨脹后的強(qiáng)度。而目前已知橡膠PVCWSR又存在吸水慢、膨脹低、WSR吸水膨脹后，水具有增塑（增強(qiáng)劑周愛(ài)軍等[41]NBR/SAR復(fù)合膠的性能影NBR中分散不均勻，易使膠料硬WSR的吸水性能。而炭黑的分散性好，能提高材料的拉40份白炭黑、5N220WSR的質(zhì)量膨脹率最大，力學(xué)性能較[42]的研究中，在NBR402030份WSR的力學(xué)性能及吸水性能達(dá)到最佳值，并且具有一定的耐高溫、耐鹽等特性。SunXiaoHong等[43]EPDMWSR進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)4WSR中摻入白炭黑，WSRWSR的拉伸強(qiáng)度WSRWSR的力學(xué)性能WSR的力學(xué)性能會(huì)提高。白炭黑填料可以提高吸WSR，WSR(體積)WSRS.Bandyopadhyay等[44]-填料混合物的流變觀察，NBR和羧化丁腈橡膠（XNBR）兩種橡膠的相互作用。結(jié)果表明等[45,46]用沉淀法制備的白炭黑做增強(qiáng)相，并與其他組分混合制SEMCR中分散良好。研究還表明，[47]研究了有機(jī)改性蒙脫土（OMMT）對(duì)吸水膨脹橡膠的影響。研究BraggOMMT5OMMT10OMMT可以WSRH2SS.SadhuA.K.Bhowmick[48]NBRSBRBRXRD分析，得出了插層程度與橡膠極性是一函數(shù)關(guān)系的結(jié)論。并發(fā)現(xiàn)在4份改性蒙脫土的增強(qiáng)50%NBR的強(qiáng)度最大。S.Joly等[49]將粘土進(jìn)行有機(jī)改性，通過(guò)NRXRD測(cè)試了粘NRMMT，形成插層結(jié)A.A.Yehia等[50]研究了不同改性的納米粘土作為天然橡膠份的溶解端氨基丙烯腈-丁二烯改性粘土的增強(qiáng)效果與40份炭黑相同；而烷基胺類改性4~10HAF；由于烷基胺類的化學(xué)性質(zhì)，使得改性后的有機(jī)粘土更能與丁腈橡膠相容。R.Sengupta等[51]/橡膠的[52]用丙烯腈短纖維增SBR/CRWSRWSR的性能進(jìn)行研究，觀察到纖維易在橡膠混煉時(shí)取向且不同方向上力學(xué)性能相差很大；并得出當(dāng)SBR/CR7∶340134.8MPa1529.5。WSR研究應(yīng)用中存在的問(wèn)題WSR涉及的領(lǐng)域越來(lái)越廣，出現(xiàn)了許多研制及實(shí)際應(yīng)用上的問(wèn)題和難點(diǎn)。（一）WSR的親水組分和基體材料的相容性不好，浸水后親水組分WSR的接枝率低，工藝繁瑣，生產(chǎn)成本高。（二）在無(wú)約束情況下，WSR吸水后無(wú)方向性自由膨脹，止水密封效果不。WSRWSR的發(fā)展。（三）WSRpHWSR的膨脹倍率不能控制。WSR膨脹倍率不足就會(huì)失去膨脹止水的意義，而膨脹倍率過(guò)大則可能會(huì)導(dǎo)致工程事故。（四WSR比表面積大的吸WSR的膨脹速度是不明確的，給施工帶來(lái)了不便和隱患。結(jié)語(yǔ)20多年的發(fā)展，其研究中仍存在相參考文獻(xiàn)［1］張書(shū)香．吸水膨脹橡膠的研究進(jìn)展和應(yīng)用前景[J]．工程塑料應(yīng)用，2000，28（5：36~39［2］劉嵐，向潔，羅遠(yuǎn)芳，等．吸水膨脹橡膠研究進(jìn)展[J]．高分子通報(bào)，2006，（9：23~29［3］李葉柳，等．吸水膨脹橡膠制備技術(shù)及應(yīng)用研究進(jìn)展[J]．彈性體，2009，19（3：65~69［4］Practicalusesofswellablepackertechnologytoreducewatercut:casestudiesfromthemiddleeastandotherareas．Societyofpetroleumengineers，2007，4~7［5］Antoniopackertechnologyeliminatesproblemsindifficultzonalisolationintight-gasreservoircompletion．Societyofpetroleumengineers，2007，15~18［6］Brooksofswellableelastomerstoenhancecementationindeepwaterapplications[C]．Deepoffshoretechnologyconferenceinternational，Houston，TX，2008.7］李軍偉．淺談吸水膨脹橡膠的研究及應(yīng)用進(jìn)展[J]201（2）［8］溫柳娟，嚴(yán)志云．吸水膨脹橡膠的制備研究進(jìn)展[J]．彈性體，2010，20（3：72~76［］J2000，（2：27［10］ 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歧化松香酸鉀皂水0.06－0.12

4.62－0.06－0.12引發(fā)劑體系

活化劑緩沖劑終止劑

還原劑螯合劑

硫酸亞鐵雕白粉EDTA磷酸鈉二甲基二硫代氨基甲酸鈉聚合溫度，℃

0.010.04－0.100.01－0.0250.24－0.450.08－0.145反應(yīng)條件 轉(zhuǎn)化率，% 60聚合物料工段衡算

聚合時(shí)間9物料衡算是衡算的基礎(chǔ)，分為進(jìn)料計(jì)算和出料計(jì)算兩個(gè)步驟。進(jìn)料計(jì)算每小時(shí)產(chǎn)量：1×10000×1000÷7800=1282.05(kg/h)每小時(shí)消耗的烴含量：1282.05×0.92=1179.486(kg/h)丁二烯與苯乙烯的總量：1179.486÷0.6÷(1－0.6%)÷(1－0.2%)=1981.64(kg/h)由丁二烯和苯乙烯的配料比為72:28則有純丁二烯的進(jìn)料量為：1981.64×0.72=1426.78(kg/h)純苯乙烯的進(jìn)料量為：1981.64×0.28=554.86(kg/h)每小時(shí)丁二烯的混合進(jìn)料量為：1426.78÷0.94=1517.85(kg/h)每小時(shí)苯乙烯的混合進(jìn)料量為：554.86÷0.93=596.62(kg/h)單體BD的總損失量：1426.78×(0.2%+0.6%+2%)=39.95(kg/h)單體ST的總損失量：554.86×(0.2%+0.6%+0.1%+0.06%)=5.33(kg/h)BD的進(jìn)料量：[1426.78－(570.71－39.95)×90%]÷96%=988.64(kg/h)ST的進(jìn)料量：[554.86－(299.15－5.33)×90%]÷96.5%=300.96(kg/h)BDBD1460ppm，則純堿的耗量為(60×10-6－10×10-6)×1426.78÷1%=7.1334(kg/h)去離子水經(jīng)交換樹(shù)脂凈化后可循環(huán)使用，設(shè)損率為5%[15]，則去離子水的用量為：3864.20×5%=193.21(kg/h)堿M堿表3.4顯示了配方中所有物質(zhì)的流量。

=1426.78(kg/h)3.4配方的中物質(zhì)流量計(jì)算原料流量(