新型抗沉淀劑KM-S的應用研究

張雅妮，劉 華，歐陽維，潘顯智，肖 媚

（中國化工株洲橡膠研究設計院有限公司，湖南 株洲 412003）

抗沉淀劑是一種分散劑，它被吸附在固-液界面上，能顯著降低固-液界面的表面張力，使固體顆粒均勻而穩(wěn)定地分散在液體中而不重新聚結。分散劑一般具有兩個作用，一是能在被分散的固體粒子表面形成水合層，起屏蔽保護作用，防止被分散粒子重新聚結，即高分子位阻效應；二是提高被分散粒子的表面電荷，增強粒子間的排斥力，使粒子保持穩(wěn)定的分散狀態(tài)，即電荷排斥原理[1]。分散劑適宜用量取決于被分散物質(zhì)的種類、粒子大小、表面性質(zhì)及分散體pH值等，因此分散劑用量必須通過試驗確定，用量過大或過小都會產(chǎn)生不良影響[2]。

新型抗沉淀劑KM-S是一種鈉中和性凝聚萘磺酸的噴霧干燥型粉末，是高度磺化的低分子聚合物，屬于高效分散劑，可用于橡膠合成加工領域。它適用的pH值范圍較寬，在體系pH值為9～10時分散效果更加顯著，不會影響膠乳表面張力或發(fā)泡工藝。當需要降低膠乳表面張力時，它也可以用作陰離子型或非離子型表面活性劑。其外觀呈淺琥珀色，用量較小時不會影響膠乳體系顏色。

本工作采用抗沉淀劑KM-S研磨填料碳酸鈣和半補強炭黑以及用于膠乳混合分散體，研究抗沉淀劑KM-S的分散效果。

1 實驗

1.1 主要原材料

天然膠乳和氧化鋅，湛江市長江橡膠化工有限公司產(chǎn)品；防老劑D和半補強炭黑，株洲中南化機橡膠化工有限公司產(chǎn)品；硫黃，株洲廣利橡膠化工有限公司產(chǎn)品；促進劑TMTD，河北佰斯特化工有限公司產(chǎn)品；輕質(zhì)碳酸鈣，湖南吉瑞祥化工科技發(fā)展有限公司產(chǎn)品；抗沉淀劑KM-S（性能指標如表1所示），美國GEO公司產(chǎn)品。

表1 抗沉淀劑KM-S的性能指標

1.2 主要設備與儀器

U488Y80-220型SF智能型分散砂磨機，上海貝微電機有限公司產(chǎn)品；JM-50型膠體磨，上?？苿跈C械設備有限公司產(chǎn)品；NDJ-8S型數(shù)顯粘度計，上海衡平儀器儀表廠產(chǎn)品；TG328B型光電自動天平，上海天平儀器廠產(chǎn)品；DN1700×4000型直接汽硫化罐（臥式），泰興市泰陽化工印染機械有限公司產(chǎn)品。

1.3 性能測試

各項性能測試均按相應國家標準進行。

2 結果與討論

2.1 抗沉淀劑KM-S研磨碳酸鈣的分散效果

用分散砂磨機進行抗沉淀劑KM-S研磨碳酸鈣的試驗，分散砂磨機轉(zhuǎn)速為600 r·min-1，研磨時間為15 h，卸罐后檢測分散體沉降量。研磨碳酸鈣配方（以干比計，下同）及碳酸鈣沉降量如表2所示。

表2 研磨碳酸鈣配方及碳酸鈣沉降量

試驗中，未加入抗沉淀劑KM-S研磨碳酸鈣，分散砂磨機運行30 min時，機體內(nèi)水分全部揮發(fā)，分散砂磨機發(fā)熱，導致無法正常研磨，而加入0.5，1或2份抗沉淀劑KM-S的碳酸鈣分散體可正常研磨。研磨后的碳酸鈣分散體在燒杯中放置14 d后，用玻璃棒攪動燒杯底部沉積的碳酸鈣，其中抗沉淀劑KM-S用量為1份時底部沉積的碳酸鈣最少且容易攪起，抗沉淀劑KM-S用量為2份時底部沉積的碳酸鈣最多且難以攪起；抗沉淀劑KM-S用量為0.5份時底部沉積的碳酸鈣量介于兩者之間。這與表2的分散體沉降量結果一致。

從表2可以看出，隨著抗沉淀劑KM-S用量增大，碳酸鈣分散體沉降量呈先減小后增大的趨勢，加入0.5份抗沉淀劑KM-S的碳酸鈣分散體沉降量為79 mg·h-1，加入1份抗沉淀劑KM-S的碳酸鈣分散體沉降量最小，為20 mg·h-1，而加入2份抗沉淀劑KM-S的碳酸鈣分散體沉降量為135 mg·h-1。由此可見，加入抗沉淀劑KM-S可以降低碳酸鈣沉降量，防止碳酸鈣快速沉降的效果良好。這是因為抗沉淀劑KM-S作為陰離子型表面活性劑，可抗絮凝粒子聚集，降低填料單個粒子絮凝的沉降率。進一步分析，抗沉淀劑KM-S在水中電離形成陰離子，并具有一定的表面活性，被填料粉體表面吸收后形成雙電層，當雙電層的動電電位處在一個合適的值時，分散體中的團聚體破裂，阻止固體微粒重新聚集，使分散體處于穩(wěn)定狀態(tài)；同時因為粉體粒子吸附了分散劑，粒子大小接近于膠體粒子，受布朗運動影響，分散體將在一定時間內(nèi)呈懸浮狀態(tài)，如果分散劑加入量過大，反而會破壞雙電層電位的動態(tài)平衡[3-6]。這也是加入2份抗沉淀劑KM-S的碳酸鈣沉降量大于加入1份抗沉淀劑KM-S的碳酸鈣沉降量的原因。因此，抗沉淀劑KM-S的適宜用量為0.05～1份。

2.2 不同分散劑研磨炭黑的分散效果

用分散砂磨機進行分散劑研磨半補強炭黑的試驗，分散劑分別為擴散劑NF、拉開粉BX、聚乙烯醇和抗沉淀劑KM-S，分散砂磨機轉(zhuǎn)速為600 r·min-1，研磨時間為15 h，卸罐后觀察分散體狀態(tài)。不同分散劑研磨炭黑配方及分散體狀態(tài)如表3所示。

從表3可以看出：用擴散劑NF、拉開粉BX和聚乙烯醇研磨10份炭黑時，分散體較稀，分散均勻，流動性較好；研磨20份炭黑時，分散體很稠，無法流動，影響使用；用抗沉淀劑KM-S研磨30份炭黑時，分散體較稀，分散均勻，流動性好；研磨40份炭黑時，分散體很稠，即總固體質(zhì)量分數(shù)為0.4時，分散體很稠，影響使用?？傮w而言，抗沉淀劑KM-S的分散效果比其他分散劑好，分散體總固體質(zhì)量分數(shù)最大可達0.3。

表3 不同分散劑研磨炭黑配方及分散體狀態(tài)

2.3 抗沉淀劑KM-S對乳膠制品物理性能的影響

用分散砂磨機進行抗沉淀劑KM-S研磨混合分散體的試驗，分散砂磨機轉(zhuǎn)速為500 r·min-1，研磨時間為12 h?；旌戏稚Ⅲw配方如表4所示，其中C3配方為目前混合分散體常用配方。

表4 混合分散體配方 份

混合分散體研磨完畢后卸罐消泡，將C1，C2，C3配方混合分散體分別加入膠乳中，配制成D1，D2，D3配合膠乳，制作氣球。

氣球生產(chǎn)流程為：凝固劑、膠乳制備→浸膠乳→停放膠凝→浸熱水脫膜→清洗膠膜→泡水→充氣定型→硫化干燥→檢查→包裝入庫。工藝條件為：浸膠乳時間 3.5 min，浸熱水溫度 （60±2）℃，浸熱水時間 4 min，定型條件 38 ℃×40 min，直接蒸汽硫化110 ℃×15 min，間接蒸汽硫化90 ℃×90 min。

氣球物理性能如表5所示。從表5可以看出：使用0.05份抗沉淀劑KM-S的D1配方氣球物理性能最好，拉伸強度和拉斷伸長率與D3配方氣球相近，爆破直徑、老化后拉伸強度和拉斷伸長率均大于D3配方氣球，由此可見，加入適量抗沉淀劑KM-S對氣球的物理性能無不利影響。

表5 氣球物理性能

2.4 抗沉淀劑KM-S對膠乳粘度及穩(wěn)定性的影響

為了考察抗沉淀劑KM-S對膠乳體系的影響，將D1，D2，D3配合膠乳放置一段時間，觀察配合膠乳變化情況，監(jiān)測其粘度和氯仿值。

配合膠乳的粘度和氯仿值如表6所示。從表6可以看出：隨著放置時間延長，加入抗沉淀劑KM-S的D1和D2配合膠乳的粘度呈先減小后增大的趨勢，粘度變化幅度比D3配合膠乳小，穩(wěn)定性好；D1和D2配合膠乳的氯仿值變化與D3配合膠乳相同。這說明用抗沉淀劑KM-S研磨的混合分散體制備的配合膠乳不但分散效果較好，而且固體顆粒的水溶性增大，膠乳可以更好保存。而且抗沉淀劑KM-S在改善膠乳穩(wěn)定性的同時，不影響膠乳凝固過程。

表6 配合膠乳粘度和氯仿值

3 結論

（1）抗沉淀劑KM-S用于研磨碳酸鈣時，其用量為1份的分散體沉降量最小。

（2）抗沉淀劑KM-S研磨半補強炭黑的分散效果比擴散劑NF、拉開粉BX和聚乙烯醇好，其分散體總固體質(zhì)量分數(shù)最高可達0.3，而其他分散劑分散體總固體質(zhì)量分數(shù)最高為0.1。

（3）抗沉淀劑KM-S研磨混合分散體配制的膠乳粘度低，穩(wěn)定性好，制備的氣球物理性能優(yōu)良。