鲜胶乳熟化时间对天然橡胶组成及性能的影响.pdf

第 卷第 期 年 月应 用 化 工 .收稿日期:修改稿日期:基金项目:国家重点研发部省联动计划项目()国家天然橡胶产业技术体系建设专项()作者简介:李建伟()男河南灵宝人助理研究员硕士主要从事天然橡胶加工与改性研究 电话:.通信作者:桂红星研究员主要从事天然橡胶初加工及改性研究 电话:.鲜胶乳熟化时间对天然橡胶组成及性能的影响李建伟黄红海李云丁丽戴拓赵立广吴凡桂红星(.中国热带农业科学院橡胶研究所海南 海口.海南省天然橡胶栽培与加工工程研究中心海南 海口.勐腊田野橡胶销售有限责任公司云南 西双版纳)摘 要:采用复合保存剂/保存鲜胶乳 定期取样凝固制备成天然生胶以胶乳熟化时间为 的样品作对照样探究鲜胶乳熟化时间对天然橡胶组成、性能的影响 分别采用红外光谱仪、核磁共振交联密度仪、拉力试验机等仪器对天然橡胶进行表征 结果表明鲜胶乳熟化可以减少天然生胶中杂质、灰分、挥发物的含量提高塑性保持率及交联密度混炼胶的焦烧时间、正硫化时间、扭矩差值以及硫化胶的拉伸强度、撕裂强度、定伸应力等均有提高胶乳熟化 制备的天然橡胶综合性能最好其硫化胶的拉伸强度、撕裂强度分别达到.、./比对照样提高了.和.关键词:天然橡胶胶乳熟化非胶组分物理机械性能中图分类号:.文献标识码:文章编号:()(.):/./.:天然橡胶是一种被广泛应用的天然高分子材料 而国产天然橡胶难以满足高端制品用胶要求导致我国高端制品用胶长期依赖进口严重影响了我国工业原料的安全供给 为了提升国产天然橡胶的品质科研工作者分别研究了凝块熟化、挂片熟化等工艺对国产天然橡胶性能的影响但有关鲜胶乳熟化对天然橡胶性能影响的研究却鲜有报道 本文采用复合保存剂/来延长鲜胶乳的熟化时间定期取样凝固制备成生胶研究鲜胶乳熟化时间对天然橡胶组成、性能的影响掌握胶乳熟化时间与天然橡胶组成、性能的对应关系为国产天然橡胶品质提升提供理论依据和技术支撑 实验部分.材料与仪器 鲜胶乳(干胶含量)由广垦集团火星农场提供(质量分数为)由广州市翰弈源新材料有限公司提供氨水、甲酸、丙酮、硫酸、氢氧化钠等均为分析纯氧化锌()、硫磺、硬脂酸等均为应用化工第 卷工业品欧莱博 电子天平 电热鼓风 干 燥 箱 华 莱 士 快 速 塑 性 计 凯氏定氮仪 密闭式硫化仪 无转子流变仪 开放式炼胶机 平板硫化机 拉力试验机 傅里叶红外光谱测试仪型交联密度测定仪.实验方法.天然生胶制备 取适量鲜胶乳加入.和.(按胶乳质量计)后混合均匀将加有复合保存剂的鲜胶乳停放 每天取适量鲜胶乳加酸凝固胶乳凝固后凝块熟化 再压绉(脱水)、水洗、造粒并在 条件下干燥制备天然生胶样品样品编号为:、.混炼胶制备取 生胶按照/标准采用表 纯胶配方制备混炼胶表 天然橡胶纯胶配方 项目质量/生胶硬脂酸.氧化锌.促.硫磺.硫化胶制备 参照/标准测定混炼胶的正硫化时间()按照 的硫化条件在平板硫化机上制备硫化胶片.测试分析按照/、/.、/、/、/.、/标准测定天然生胶的理化指标及门尼黏度 按照/、/标准测定天然生胶的氮含量及丙酮溶物含量 采用交联密度测定仪测定样品的交联密度测试条件:磁感应强度为.频率为 温度为 采用傅里叶红外光谱测试仪进行红外光谱测试检测波数范围为 红外光谱的分辨率为 扫描次数为 次 按照/标准测定混炼胶的硫化特性 按照/、/标准测定硫化胶的物理机械性能拉力机的运行速率为 /结果与讨论.理化指标分析理化指标反映了天然生胶中杂质、灰分、挥发物含量的多少以及塑性初值()、塑性保持率()、门尼黏度的大小是标准天然橡胶分级的重要参考指标 由表 可知鲜胶乳熟化制备的天然生胶理化指标均符合/中 标准随着鲜胶乳熟化时间的延长其生胶的杂质、灰分含量呈现出先降低后升高的变化趋势说明胶乳熟化过程中部分杂质、无机盐等逐渐沉降到胶乳底层导致底层胶乳的杂质、灰分等含量偏高塑性保持率()逐渐增加说明鲜胶乳熟化可以提高天然生胶的耐热氧老化性能这是由于随着胶乳熟化时间的延长鲜胶乳中的氨含量逐渐降低制备成的天然生胶中铵盐含量也随之减少对橡胶中的天然抗氧老化剂破坏度减弱而塑性初值()与门尼黏度的变化趋势相同均为先增加后降低说明生胶的门尼黏度与其塑性呈负相关门尼黏度小塑性大反之则相同表 胶乳熟化时间对天然橡胶理化指标的影响 编号杂质含量/灰分含量/挥发分含量/塑性初值()塑性保持率()/门尼黏度.非胶组分分析天然橡胶中非胶组分的含量虽少但种类繁多对天然橡胶组成、性能有着显著影响 由图 可知随着鲜胶乳熟化时间的延长其生胶的氮含量逐渐增加丙酮溶物含量逐渐降低这是由于胶乳熟化过程中细菌、酶等不断降解蛋白质和丙酮溶物等为细菌等繁殖提供营养物质同时鲜胶乳中的 含有醛基可能与橡胶分子链上的醛基发生缩合反应形成分子间的交联使得 保留在橡胶分子链上而 是含氮杂环化合物从而使得天然生胶的氮含量增加图 胶乳熟化时间对天然橡胶非胶组分的影响.交联密度分析交联密度反映了天然生胶交联键的多少交联密度越大其交联程度越高反映了相邻交联点第 期李建伟等:鲜胶乳熟化时间对天然橡胶组成及性能的影响间的质量橡胶分子链上交联点数越多相邻交联点间的橡胶分子链就越短 由图 可知随着胶乳熟化时间的延长天然生胶的交联密度先增加后降低与其门尼黏度的变化趋势一致而相邻交联点间的质量先降低后增加与交联密度呈相反的变化趋势说明天然生胶的门尼黏度与其交联密度有关且鲜胶乳熟化过程中橡胶分子同时发生交联反应和降解反应胶乳熟化前期橡胶分子的交联反应占优势则所得生胶的交联密度增加而胶乳熟化后期橡胶分子的降解反应占主导则所得生胶的交联密度降低图 胶乳熟化时间对天然橡胶交联密度的影响.红外光谱分析由图 可知天然生胶样品的红外光谱基本一致 和 分别出现 双键基团的倍频峰以及不饱和 键伸缩振动峰 和 附近分别出现基团的反对称伸缩振动峰基团的对称伸缩振动峰以及 基团的非对称伸缩振动峰 和 附近分别出现 双键基团的伸缩振动峰与弯曲振动峰 和 附近分别出现 基团的变形振动吸收峰以及 基团的伸缩振动吸收峰此外 基 团 的 伸 缩 振 动 峰 出 现 在 波 数 附近由此说明胶乳熟化时间对天然生胶的结构影响不明显图 胶乳熟化时间对天然橡胶生胶结构的影响.硫化特性分析焦烧时间()反映了胶料的初始硫化时间正硫化时间()反映了胶料的最佳硫化时间扭矩差()反映了硫化胶的交联程度 由图、图 可知随着胶乳熟化时间的延长混炼胶的、逐渐增加说明鲜胶乳熟化增加了胶料的加工安全性降低了胶料的硫化速率这是因为鲜胶乳熟化过程中降解部分非胶组分导致橡胶中天然硫化促进剂的含量减少其硫化胶的交联程度呈现出先增加后降低的变化趋势与天然生胶的交联密度变化趋势相一致说明硫化胶的交联程度与其生胶的交联密度有关图 胶乳熟化时间对天然橡胶焦烧时间()和正硫化时间()的影响.()()图 胶乳熟化时间对天然橡胶扭矩差()的影响.().物理机械性能分析由图 图 可知随着胶乳熟化时间的延长其硫化胶的拉伸强度、撕裂强度先增加后降低而扯断伸长率先降低后增加呈负相关的变化趋势说明鲜胶乳熟化增加了天然橡胶的交联密度使得网络结构更加紧密其硫化胶的力学性能也随之提高而硫化胶的 定伸应力也呈现出先增加后降低的变化趋势 复合保存剂/保存鲜胶乳 制备成天然橡胶其硫化胶的拉伸强度、撕裂强度分别达到.、./与对照样相比分别提高了.和.应用化工第 卷图 胶乳熟化时间对天然橡胶硫化胶拉伸强度和撕裂强度的影响.图 胶乳熟化时间对天然橡胶硫化胶定伸应力的影响.图 胶乳熟化时间对天然橡胶硫化胶扯断伸长率的影响.结论()生胶组成及结构方面鲜胶乳熟化后制备成的天然生胶理化指标均符合/中 标准随着胶乳熟化时间的延长其生胶的杂质、灰分、挥发物以及丙酮溶物含量等逐渐降低塑性保持率和氮含量逐渐升高塑性初值、门尼黏度、交联密度等先增加后降低而 先降低后升高其生胶结构无明显变化()混炼胶硫化特性方面随着胶乳熟化时间的延长其混炼胶的焦烧时间及正硫化时间等逐渐增加扭矩差值先增加后降低()硫化胶物理机械性能方面随着胶乳熟化时间的延长其硫化胶的拉伸强度、撕裂强度以及定伸应力等先增加后降低扯断伸长率先降低后增加胶乳熟化 制备的天然橡胶综合性能最好其硫化胶的拉伸强度、撕裂强度分别达到.、./参考文献:李国华田耀华倪书邦等.橡胶树生理生态学研究进展.生态环境学报():.史甲张福全邓东华等.种典型加工工艺天然橡胶的结构与性能.热带作物学报():.何映平.天然橡胶加工学.海口:海南出版社:.():./:.黄红海李建伟丁丽等.高性能天然橡胶加工工艺探索.应用化工():.刘亚清胡福临黄翔等.均三嗪类衍生物的合成及应用进展.化学与生物工程():.:.董晶晶汪志芬贺继东等.微生物凝固天然橡胶交联密度的研究.弹性体():.():.刘彦妮刘宏超王启方等.酶凝固天然橡胶硫化特性及力学性能的研究.科学技术与工程():.:.佘晓东廖双泉李思东等.微生物凝固 和酸凝固 的性能对比.橡胶工业():.戴拓李建伟黄红海等.全乳胶质量一致性调控的研究.应用化工():.