淀粉/丙烯酸钠/氯丁橡胶吸水复合材料的制备及性能研究

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吸水膨胀橡胶是一种新型吸水复合材料,具有独有的双重密封止水功能,即弹性密封性能和遇水吸水膨胀性能,它的出现拓展了以橡胶为代表的弹性体材料在吸水密封领域的作用,是一种新型功能高分子弹性体材料。与同类吸水材料相比其具有五大优势:机械强度高,吸水性能高,反复膨胀收缩性能好,水压承受能力强,无毒无味。吸水膨胀橡胶已经被广泛使用在了工业领域,农业领域,和医用生物材料领域等。本论文目的在于制备一种具有优异性能的新型吸水膨胀橡胶——淀粉/丙烯酸钠/氯丁橡胶吸水复合材料,对制备工艺,影响其性能的因素,吸水机理进行了研究。主要工作如下:1、采用乳液共沉法(LCM)制备了WSR,讨论了NaAA用量对性能的影响。结果表明,最佳性能的配方为含30份NaAA,ΔV和Δm分别可以达到970%和700%;吸水性能和吸水速率都由于NaAA增加而提高,份数超过30份,析出很多,对性能影响很大;析出物是NaAA和PNaAA;经LCM法制备的材料,淀粉粒径小,分散好,试样吸水后表面平整,使用性能好;吸水组分是PNaAA。2、在淀粉/NaAA/CR吸水复合材料体系中,NaAA与CR基体之间发生了脱去羧酸盐上的钠离子和氯丁橡胶上的氯离子的亲核取代反应。这个反应增强了复合物的网络结构,使PNaAA的网络结构和氯丁橡胶自身的网络结构穿插起来,提升材料整体的交联密度,从而获得更加优异的吸水性能。3、采用乳液共沉法制备淀粉/NaAA/CR吸水复合材料,考察了复合材料盐响应行为和酸碱响应行为。结果表明:在去离子水中浸泡的力学性能低于在盐溶液中浸泡的,高于在酸碱溶液中浸泡的;随着NaAA份数的增多,吸水率和质量损失率升高;在去离子水中浸泡的吸水率要高于在盐溶液和酸碱溶液中的吸水率,这是由渗透压,电荷屏蔽效应和酸碱腐蚀作用共同影响的结果;淀粉/NaAA/CR吸水复合材料有很高的盐敏感性和酸碱敏感性,利用材料的这种特性,可将材料用于水敏传感器、干燥地区的保水材料等领域;通过总结出的公式可以预测材料在不同浓度盐溶液中的吸水率;水分通过网络结构吸水和PNaAA离子作用吸水进入橡胶基体,并以自由水和结合水两种方式存在。4、采用机械共混法(DCM)制备了淀粉/NaAA/CR吸水复合材料,研究了将试样浸泡在去离子水和盐溶液中,复合材料力学性能和吸水性能的差异,以期为材料在实际环境中的应用提供支持。结果表明:在离子溶液中的吸水性能大幅降低;渗透压的作用可以使吸水复合材料反复膨胀收缩;采用一种新的手段直观观察吸水现象——接触角测试;交联密度越大,吸水性能越好;扫描电子显微镜(SEM)显示,淀粉、NaAA在拉伸过程中会因为外力作用与橡胶基体分离,在拉伸断面上形成缺陷,这是材料力学性能下降的主因,吸水前后,淀粉颗粒并没有太多的变化,而PNaAA颗粒发生了明显的变化,其是吸水组分。5、采用机械共混法制备了吸水复合材料,对淀粉/NaAA/CR吸水复合材料的反复使用性能进行研究,考察其是否可以达到实际使用的标准。结果表明:淀粉/NaAA/CR吸水复合材料在反复使用过程中,能够很好地保持其力学性能和吸水性能,不会随使用而降低,表面形貌保持完好,具有很好的反复使用性能。6、对比机械共沉法和乳液共沉法制备得到的吸水复合材料,两种方法制备得的吸水复合材料在力学性能上差异并不大,乳液共沉法的扯断伸长率更高,二者都具有很好的反复使用性能,但是吸水性能乳液共沉法远高于机械共混法制备的材料,淀粉在基体中分散的更加均匀,所以从综合性能来看,乳液共沉法比机械共混法更加优异。
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