本發(fā)明涉及高分子密封材料領(lǐng)域，特別涉及一種含聚天冬氨酸的遇水膨脹防水橡膠密封材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
吸水膨脹橡膠(Water Swelling Rubber，簡稱WSR)是上世紀70 年代末期由日本開發(fā)出的新型功能高分子材料。它吸水后可膨脹至自身重量或體積的數(shù)倍乃至數(shù)百倍，遇水時，能吸水發(fā)生體積膨脹并產(chǎn)生較大的膨脹壓力，在保持橡膠特有的彈性和強度的同時，還具有保持水的能力。吸水膨脹的特性使該材料在有效體積膨脹范圍內(nèi)可以起止水作用，與傳統(tǒng)的受壓封縫材料相比，既具備常規(guī)止水材料的密封作用，又可以在建筑縫變形時有效填充縫隙，起到以水止水的作用。在堵漏工程方面吸水膨脹橡膠已逐漸取代了傳統(tǒng)的水泥灌漿、鉀鈉水玻璃灌漿和環(huán)氧樹脂堵漏等做法，它已成功應用于工程變形縫、施工縫、各種管道接頭、水壩等處的密封止水，并被防水界譽為“超級密封材料”和“雙保險止水材料”。
我國從80 年代開始有吸水膨脹橡膠的報道，最早應用于上海地鐵盾構(gòu)法施工中。國外在WSR 研究方面起步較早，已生產(chǎn)出大量的高質(zhì)量產(chǎn)品，并已成功應用于大型土木工程建設中。國內(nèi)也有類似產(chǎn)品問世，但質(zhì)量和性能都與國外存在一定差距, 尚需進一步研究與完善。橡膠構(gòu)成WSR 的基體，其彈性和強度會影響到WSR 的機械性能，同時由于在結(jié)構(gòu)和性質(zhì)上的差異，傳統(tǒng)吸水橡膠普遍存在親水性物質(zhì)在橡膠基體中分散性差的問題，親水性物質(zhì)容易從橡膠網(wǎng)絡中脫落，從而影響WSR 的吸水膨脹性能及其密封性。目前制備的WSR材料大多存在吸水率低、吸水速度慢、吸水后力學性能下降明顯及反復吸水能力差等缺點。
聚天冬氨酸，分子式是C4H6NO3(C4H5NO3)nC4H6NO4，是一種可生物降解、無毒、不破壞生態(tài)環(huán)境、被人們譽為“綠色”品的新型生物基高分子材料。作為吸水材料，要求其具有較高的相對分子質(zhì)量，一般為8000-200000，此分子量范圍內(nèi)的聚天冬氨酸具有吸水倍率高、吸水速率快等特點。中國專利CN 1869100A中敘述了一種高分子量聚天冬氨酸的制備方法。該發(fā)明以天冬氨酸為原料，加入催化劑，在一定溫度下，真空縮聚生成聚天冬氨酸，將其碾碎，再聚合，重復該過程，可制得重均分子量在20000-200000的高分子量聚天冬氨酸。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)上的不足，提供一種含聚天冬氨酸的遇水膨脹防水橡膠密封材料及其制備方法。
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
一種含聚天冬氨酸的遇水膨脹防水橡膠密封材料，含有以下重量份的原料組成：丁腈橡膠100份，聚天冬氨酸20-30份，膨潤土-碳酸鈣微球15-25份，SAP樹脂6-12份，白炭黑8-12份，苯乙烯/馬來酸酐共聚物3-5份，N-苯基-β-萘胺4-6份，聚乙二醇5-10份。
所述的膨潤土-碳酸鈣微球是由下述重量份的原料組成的：氯化鈣50-60份，碳酸鈉50-60份，十二烷基磺酸鈉5-12份，聚丙烯酰胺5-12份。
具體步驟如下：
（1）膨潤土-碳酸鈣微球的制備：
①、配制氯化鈣溶液、碳酸鈉溶液、十二烷基磺酸鈉水溶液以及聚丙烯酰胺水溶液，其中氯化鈣和碳酸鈣溶液為相同濃度，其摩爾濃度在0.1-0.3mol/L之間，十二烷基磺酸鈉水溶液的摩爾濃度在10-20mmol/L之間，聚丙烯酰胺水溶液的質(zhì)量百分比濃度在1%-3%之間；
②、將膨潤土加入到適量去離子水中，攪拌均勻，邊攪拌邊加入聚丙烯酰胺水溶液，30-40℃下攪拌均勻；
③、在配制好的氯化鈣溶液中，加入十二烷基磺酸鈉水溶液以及步驟②得到的混合溶液，在15-20℃溫度下超聲攪拌0.5-2小時，再加入碳酸鈉溶液繼續(xù)攪拌2-4小時，反應結(jié)束后離心得到沉淀物，用去離子水洗滌，干燥得到膨潤土-碳酸鈣微球，其中，氯化鈣溶液、碳酸鈉溶液、十二烷基硫酸鈉水溶液和聚丙烯酰胺水溶液的體積比為10：10：（1-3）：（1-3）；
（2）煉膠：
①、將丁腈橡膠、聚天冬氨酸投入到密煉機中進行混煉，混煉溫度控制在125-160℃，混煉時間10-30分鐘；
②、繼續(xù)加入苯乙烯/馬來酸酐共聚物、N-苯基-β-萘胺、白炭黑到密煉機中進行混煉，混煉溫度控制在100-140℃，混煉時間20-40分鐘，
③、接著加入步驟（1）得到的膨潤土-碳酸鈣微球填料繼續(xù)混煉，控制混煉溫度在140-180℃，混煉60-90分鐘，得到混煉膠，混煉膠出料后送入開煉機進行散熱；
（3）濾膠：將散熱后的混煉膠下條后送入濾膠機濾膠，濾網(wǎng)為80-100目，得到母膠；
（4）捏合：
①、將混煉膠投入到捏合機中，投入SAP樹脂捏合共混40-90分鐘，控制溫度在125-150℃；
②、將捏合機的室溫降至70-80℃，投入聚乙二醇繼續(xù)捏合共混20-30分鐘；將捏合后的混料經(jīng)捏合機下部的螺桿排料裝置過濾，排料。
所述的聚天冬氨酸相對分子質(zhì)量在100000-200000之間。
本發(fā)明有如下優(yōu)點：（1）負載聚丙烯酰胺的膨潤土與氯化鈣溶液中鈣離子形成絡合離子，再與碳酸鈉溶液中的碳酸根離子反應生成膨潤土-碳酸鈣微球，提高吸水組分與橡膠基體的相容性，制備的防水橡膠密封材料具有優(yōu)異的吸水膨脹密封性能，同時具有較高的穩(wěn)定性；（2）本發(fā)明加入聚天冬氨酸與膨潤土-碳酸鈣微球和SAP樹脂組合作為吸水組分，優(yōu)化了吸水膨脹防水橡膠的配方，得到的遇水膨脹防水橡膠密封材料具有吸水性能優(yōu)異、吸水速率高、反復吸水能力強、力學性能優(yōu)異等優(yōu)點，而且具有良好的環(huán)境相容性，達到環(huán)保目的。
具體實施方式
通過實施例對本發(fā)明作進一步說明。
實施例1
稱?。憾‰嫦鹉z100公斤，聚天冬氨酸25公斤，膨潤土-碳酸鈣微球20公斤，SAP樹脂12公斤，白炭黑9公斤，苯乙烯/馬來酸酐共聚物4公斤，N-苯基-β-萘胺5公斤，聚乙二醇6公斤。
所述的膨潤土-碳酸鈣微球是由下述重量份的原料組成的：氯化鈣60份，碳酸鈉60份，十二烷基磺酸鈉8份，聚丙烯酰胺8份。
具體步驟如下：
（1）膨潤土-碳酸鈣微球的制備：
①、配制氯化鈣溶液、碳酸鈉溶液、十二烷基磺酸鈉水溶液以及聚丙烯酰胺水溶液，其中氯化鈣和碳酸鈣溶液為相同濃度，其摩爾濃度在0.2mol/L之間，十二烷基磺酸鈉水溶液的摩爾濃度在15mmol/L之間，聚丙烯酰胺水溶液的質(zhì)量百分比濃度在2%之間；
②、將膨潤土加入到適量去離子水中，攪拌均勻，邊攪拌邊加入聚丙烯酰胺水溶液，35℃下攪拌均勻；
③、在配制好的氯化鈣溶液中，加入十二烷基磺酸鈉水溶液以及步驟②得到的混合溶液，在20℃溫度下超聲攪拌1.5小時，再加入碳酸鈉溶液繼續(xù)攪拌3小時，反應結(jié)束后離心得到沉淀物，用去離子水洗滌，干燥得到膨潤土-碳酸鈣微球，其中，氯化鈣溶液、碳酸鈉溶液、十二烷基硫酸鈉水溶液和聚丙烯酰胺水溶液的體積比為10：10：2：2；
（2）煉膠：
①、將丁腈橡膠、聚天冬氨酸投入到密煉機中進行混煉，混煉溫度控制在130℃，混煉時間20分鐘；
②、繼續(xù)加入苯乙烯/馬來酸酐共聚物、N-苯基-β-萘胺、白炭黑到密煉機中進行混煉，混煉溫度控制在135℃，混煉時間35分鐘，
③、接著加入步驟（1）得到的膨潤土-碳酸鈣微球填料繼續(xù)混煉，控制混煉溫度在160℃，混煉80分鐘，得到混煉膠，混煉膠出料后送入開煉機進行散熱；
（3）濾膠：將散熱后的混煉膠下條后送入濾膠機濾膠，濾網(wǎng)為80-100目，得到母膠；
（4）捏合：
①、將混煉膠投入到捏合機中，投入SAP樹脂捏合共混80分鐘，控制溫度在140℃；
②、將捏合機的室溫降至75℃，投入聚乙二醇繼續(xù)捏合共混25分鐘；將捏合后的混料經(jīng)捏合機下部的螺桿排料裝置過濾，排料。
經(jīng)測試：拉伸強度18.0MPa ；拉斷伸長率613% ；強度80度；吸水膨脹率401%。