吸水膨脹橡膠(WSR)是由具有高回彈、高彈性、高韌性和高拉伸能力的橡膠組分與具有超強吸水能力的吸水組分構成,其被廣泛應用于建筑密封、地下工程、石油開采和管道防漏等領域。

工作原理

當與水接觸時，水分子通過擴散、毛細和表面吸附等物理作用進入吸水膨脹橡膠中，與其中添加的親水組分或接枝的親水基團形成強大的作用力，導致橡膠體積和質量成倍膨脹，從而達到止水和堵漏的效果。

吸水膨脹橡膠的核心在于其內部的吸水性聚合物（SAP）。SAP是一種高分子材料，能夠吸收自身重量數百倍至上千倍的水分，并將其鎖定在分子結構中。這一吸水過程會導致材料體積顯著增加，從而實現填補縫隙和密封的功能。通過調整SAP的類型和含量，可以控制吸水膨脹橡膠的膨脹速度和膨脹量，滿足不同場景的需求。

主要特性

1. 強吸水能力

吸水膨脹橡膠能夠迅速吸收水分，體積顯著增加，在潮濕環境中表現出卓越的密封效果。

2. 可控膨脹性能

通過優化配方，吸水膨脹橡膠可以實現膨脹速率和膨脹量的精準控制。

3. 高密封性

在吸水膨脹狀態下，材料能夠完全填充縫隙，形成持久的水密性或氣密性屏障。

4. 優異的耐久性

吸水膨脹橡膠在長時間的潮濕或浸水環境中仍能保持其膨脹和密封性能。

典型應用

1. 建筑工程

用于隧道、橋梁、地鐵和地下室的接縫密封，防止水滲漏和結構損壞。

2. 管道密封

在管道接口處應用吸水膨脹橡膠，可有效避免液體或氣體泄漏。

3. 水利工程

在水壩、堤防等水利設施中用作密封材料，提升工程的防水性能。

4. 防水密封件

用于生產防水圈、密封墊等產品，廣泛應用于家居、工業和電子設備。

5. 礦山與環保工程

吸水膨脹橡膠可用于礦山廢水處理和防滲工程中，為環境保護提供可靠的技術支持。

SAP在吸水膨脹橡膠中的關鍵作用

SAP作為吸水膨脹橡膠的核心成分，其性能直接決定了材料的吸水效率和膨脹能力。通過優化SAP的分子結構，吸水膨脹橡膠可以在不同環境下展現優異的適應性。例如：

隧道工程：使用SAP含量高的吸水膨脹橡膠，能快速響應水滲入，防止漏水。

地下工程：低膨脹速率的SAP橡膠適用于需要長期穩定性的場景。

此外，環保型SAP的研發使吸水膨脹橡膠能夠滿足可持續發展的要求，減少對環境的影響。

吸水膨脹橡膠的市場前景

隨著對高性能防水材料需求的增加，吸水膨脹橡膠的市場正在快速增長。從傳統的建筑密封到新能源和環保領域，其應用范圍不斷擴展。未來，結合先進的材料技術和環保理念，吸水膨脹橡膠將進一步提升其市場競爭力。

對吸水組分進行改性,提高其吸水率;

通過添加增容劑,改善吸水組分和橡膠基體之間的相容性;

采用互穿網絡聚合物技術提高橡膠組分和吸水組分相結合的緊密程度;

加入改性填料:增強其機械性能

1.吸水材料的改性

通過接枝或與其它高吸水物質共混等方法,制備高吸水性樹脂組分,從而提高 WSR 的性能。

Nakason等采用間歇反應工藝,制備了木薯淀粉-g-聚丙烯酸鈉高吸水性樹脂(SAP),然后將膨潤土與上述高吸水性樹脂共混,制備了高吸水性樹脂復合材料(SAPC)。最后將SAPC與橡膠基體、聚環氧乙烷(PEO)和三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)共混,制備了綜合性能優異的遇水膨脹天然橡膠(WSNR)

2.增溶劑的使用

增容劑是指與被混合的聚合物具有相似結構或相近溶解度參數的嵌段或接枝共聚物。增容劑的作用是降低兩種聚合物之間的界面張力,增加相之間的粘附力,降低相疇尺寸,從而達到較好的分散效果。

3.添加改性填料

改性填料通常用于提高吸水膨脹橡膠的性能，如硬度、拉伸強度、抗撕裂性、耐磨性等,是提升WSR機械性能的有效途徑之一。

4.互穿網絡聚合物技術

互穿網絡聚合物(IPN)是一種獨特的高分子共混物,它是以一個已經交聯的聚合物為基體,將第二種單體、交聯劑、引發劑一起加入到之前交聯的基體中進行原位聚合,這樣兩個聚合物網絡相互透,貫穿成網絡結構。

WSR發展至今其制備工藝和表征手段已經越來越成熟,各國科學工作者已開發出多種不同結構和性能的WSP。但從實際應用的角度來看,WSP仍存在一些需要解決的問題,如吸水膨脹率和吸水膨脹速度還有待提高,其機械性能和穩定性還不能完全滿足使用要求等。目前,在該領域3D打印技術是一個很有發展潛力的技術,通過3D打印工藝可逐層打印橡膠和吸水樹脂,從而使橡膠和吸水樹脂的結合更加緊密和高效,其預期性能應明顯強于傳統方法所制備的WSP。