特种防水材料——遇水膨胀橡胶
      随着国民经济的发展，我国防水材料发生了突飞猛进的变化。历经多年的引进、开发、研究和推广，防水材料产品结构从单一产品发展为多品种、多规格、系列化配套体系。特别是高新技术的发展，多学科间的相互渗透与结合，促进了新产品的不断涌现。近10多年来，高分子聚合物在防水领域的应用越来越广，许多新颖独特的防水材料应运而生。被誉为“有魔力的防水材料”、“超级密封材料”的遇水膨胀橡胶在80年代一问世便很快引起人们的普遍重视。该产品既能适应结构变形，起到弹性密封止水作用，又具有遇水膨胀以水止水的特性。遇水膨胀橡胶必将成为基础工程变形缝、施工缝、各种管道接头密封、水坝嵌缝等处密封防水的理想材料，具有广阔的应用前景。世界一些发达国家在遇水膨胀橡胶研究开发方面起步较早，像日本的朝日、旭电化、三健等株式会社都己大量生产该类产品，西德1T C公司也生产出了高质量的硫化型及非硫化型的遇水膨胀橡胶，并己应用在大型工程建设中，取得了理想的效果。目前，我国也有类似产品问世，上海隧道公司、上海长宁橡胶厂、上海彭浦橡胶厂、北京橡胶塑料制品一厂等在硫化型遇水膨胀橡胶方面都做了许多工作。非硫化腻子型遇水膨胀橡胶的生产厂家有中建一局、常州遥观化工厂、北京橡胶塑料制品一厂等。但是国内生产的遇水膨胀橡胶与国外同类产品相比，在产品质量和性能方面仍存在一定差距，还需进一步研究和完善。 


1  遇水膨胀橡胶机理浅析
      橡胶主要是由高聚合度的碳、氢链节构成，本身是疏水性物质。如果橡胶中存在少量亲水性物质，遇水后就会因吸水而膨胀。使其具有遇水膨胀性，通常有两种途径：一种为物理共混法，将吸水性材料通过适当的混炼工艺均匀地分散在橡胶中；另一种为化学接枝改性法，使亲水性链段或基团接枝到橡胶大分子上。无论哪种方法制成的遇水膨胀橡胶，当与水接触时，水分子会通过扩散、毛细及表面吸附等物理作用进入遇水膨胀橡胶内，进而与橡胶中的亲水性基团(物质)形成极强的亲合力。亲水性物质不断吸收水分，致使橡胶发生形变，在抗形变力和渗透压差相当时达到平衡，吸水膨胀保持相对稳定。
2  遇水膨胀橡胶制备方法
      (1)物理共混法
      物理共混主要是采用物理方法在橡胶中填充高吸水性物质。像淀粉—丙烯腈接枝聚合物、纤维素—丙烯腈接枝聚合物、聚乙烯醇交联物、聚丙烯酸酯交联物、聚环氧乙烷类、无水顺丁烯二酸类、无机填料等都具有较强的吸水能力，有的树脂吸水率高达成百上千倍。遇水膨胀橡胶的吸水性能优于海绵，即使在外界挤压状态下仍能保持所吸液体的绝大部分。在干燥环境下能缓慢释放所吸水分。
    把吸水性树脂作为橡胶配合剂混入可采用两种方式：
    （1）机械共混。橡胶包辊后陆续加入吸水性树脂及其它配合剂，依靠辊筒的挤压、剪切作用使吸水性树脂宏观上均匀分散在橡胶中。适宜的混炼工艺能够改善均匀性和相容性，提高膨胀的均一性。
    （2）乳液共混。将胶乳、吸水性树脂等配合剂放入带有搅拌器的容器中，搅拌均匀后进行真空脱泡、熟成、浇模、硫化。
      以上两种方法比较起来，乳液共混法的产品分散性、均一性较高，相态分析的微区尺寸较小[1]。
      (2)化学接枝法
      把亲水性基团或链段如羟基、羧基、醚基等通过化学反应接枝到橡胶大分子上合成亲水性橡胶。亲水性分子链段接枝率愈高，橡胶分子中的亲水性基团就越多，橡胶膨胀率也就越大。
      接枝亲水性聚氨酯预聚体是应用化学接枝法制备的遇水膨胀橡胶的方法之一。亲水性聚氨酯预聚体是以聚醚多元醇为原料与异氰酸酯反应合成的带有一定数量异氰酸根的水溶性聚氨酯预聚体，当它与适当固化剂交联时可以制成腻子型遇水膨胀橡胶，或者部分交联固化后再与橡胶及其它配合剂进行混炼加工，经硫化制成制品型遇水膨胀橡胶。像氯磺化聚乙烯与乙醇或含端氨基的聚亚乙烯醚组成的接枝聚合物也是通过化学改性得到的遇水膨胀橡胶。


      用化学接枝法制备的遇水膨胀橡胶具有微观相容性好、强度高的特点。在吸水膨胀、脱水复原的反复过程中物理性能和膨胀性能比较稳定。而用物理共混法制备的遇水膨胀橡胶起始吸水迅速、膨胀率高。但是它与橡胶间相容性较差，不能与橡胶大分子间产生化学键合，遇水膨胀后会有少量树脂从橡胶网络中游离出来，经反复使用后膨胀率会降低，而且它的拉伸强度随着膨胀率的增高而急剧降低。在实际应用中，通常使用快速膨胀高吸水性树脂作为对提高膨胀率起协同作用的材料与化学接枝型遇水膨胀橡胶复合使用。
3  遇水膨胀橡胶的应用
      硫化型遇水膨胀橡胶
      硫化型遇水膨胀橡胶具有良好的回弹性，当有外力(如水压)作用使其发生形变时，它产生抗形变的抵抗力(回弹力)，塑性变形小，适宜在高水压条件下使用。与此同时，它还可以和水作用，在有限的空隙中扩张体积以膨胀张力来抵抗水压，达到高效密封阻水效果。此类产品主要用于盾构施工法装配式衬砌接缝防水及金属、混凝土等各类预制构件接缝防水，还可用做建筑物变形缝、施工缝的止水带。在实际应用中，为了有效地发挥遇水膨胀橡胶的止水功能，应从以下两个方面考虑。
     (1)从设计上要满足密封材料防水的两个条件：
      a)密封材料受压缩产生的回弹力(接触面应力)大于设计的水压力。
      b)密封材料因压缩产生的回弹力(接触面应力)会随着时间的延长出现应力松弛、老化，压缩疲劳后的回弹力不小于设计的水压力[2]。
     (2)在施工方面，针对具体情况选择适宜形状、尺寸、膨胀率和物理性能的遇水膨胀橡胶。在取得良好防水效果的同时兼顾施工方便、经济合理。例如，在盾构隧道施工中，预制构件的拼装缝长，接缝处往往成为渗漏的主要部分。近些年为更好地解决该问题，国内外都积极推荐采用遇水膨胀橡胶。传统的密封止水橡胶一般断面尺寸等于或略大于管片防水预留槽，以便挤压密实。因此在管片组装时橡胶体易受挤压、拉伸而剥离、断裂。另外材料经过长时间的压缩疲劳，弹性恢复力变差，导致防水可靠性降低。
      非硫化型遇水膨胀橡胶
      非硫化型遇水膨胀橡胶主要由膨润土、IIR及一些配合剂经混炼、挤出制成。不同于硫化型遇水膨胀橡胶的是它不能反复多次膨胀。遇水膨胀后会有吸水性物质析出进入微细空隙中形成不透水的可塑性胶体，阻断水的通路。非硫化型遇水膨胀橡胶一般用在对膨胀体有约束的地方，多为埋入式。使用时要根据具体情况选择相应产品。如混凝土裂缝漏水处理，必须选用膨胀速度快的产品，以便能迅速发挥防水、堵水作用。先将遇水膨胀橡胶放入己凿好的V型槽内，用速硬水泥砂浆封闭，速硬水泥砂浆要具有一定强度、厚度。据介绍采用此种方法处理渗水裂缝效果较好[4]。在现浇混凝土施工缝中使用遇水膨胀橡胶一定要选用慢速膨胀产品，避免材料在混凝土浇注期间出现预膨胀，造成混凝土终凝后出现更大的施工缝隙。