離心處理天然膠乳制備的天然橡膠性能研究

吳文康，袁 意，卓容燕，朱德創(chuàng)，唐海龍

（海南省先進天然橡膠復(fù)合材料工程研究中心有限公司，海南 澄邁 571924）

天然膠乳是一種生物合成產(chǎn)品，外觀為乳白色液體。在沒有加任何物質(zhì)的新鮮膠乳中，橡膠烴質(zhì)量分數(shù)僅為0.2～0.4，水質(zhì)量分數(shù)為0.55～0.75，蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)為0.015～0.028，類脂化合物質(zhì)量分數(shù)為0.010～0.025，水溶物質(zhì)量分數(shù)為0.01～0.02，灰分質(zhì)量分數(shù)小于0.01。膠乳中除了橡膠烴和水之外的非橡膠組分總質(zhì)量分數(shù)約為0.10，這些物質(zhì)對膠乳性能具有一定的影響。由于膠乳中橡膠粒子的相對密度小，而乳清的相對密度大，利用離心機對鮮膠乳進行離心處理可以使橡膠粒子與乳清分離，且大部分非橡膠組分存留在乳清中，從而將膠乳中的大部分非橡膠物質(zhì)除去。

本工作研究離心處理天然膠乳制得的天然橡膠（NR）性能，并與未離心處理天然膠乳制得的NR進行對比。

1 實驗

1.1 主要原材料

天然膠乳，海南天然橡膠產(chǎn)業(yè)集團股份有限公司金泉加工分公司產(chǎn)品。

1.2 試驗配方

NR 100，氧化鋅 6，硬脂酸 0.5，硫黃3.5，促進劑M 0.5。

1.3 主要設(shè)備和儀器

XK-150型開煉機，廣東省湛江機械廠產(chǎn)品；XLB-D型平板硫化機，湖州宏僑橡膠機械有限公司產(chǎn)品；LX-460型離心機，浙江輕機實業(yè)有限公司產(chǎn)品；GT-7080-S2型門尼粘度計和GT-M2000-A型密閉模無轉(zhuǎn)子硫化儀，高鐵檢測儀器有限公司產(chǎn)品；UT-2080型拉力試驗機和UA-2074型臭氧老化試驗機，優(yōu)肯科技股份有限公司產(chǎn)品；DR2-5D型馬弗爐，上海唐河實業(yè)發(fā)展有限公司產(chǎn)品；401A型老化試驗箱，江都市道純實驗機械廠產(chǎn)品。

1.4 試樣制備

1.4.1 天然膠乳的離心處理

天然膠乳離心處理工藝為：加氨新鮮天然膠乳→檢驗→過濾→澄清→調(diào)節(jié)→離心處理。

1.4.2 NR制備

將離心處理過的天然膠乳和未處理過的新鮮天然膠乳分別進行凝固和干燥，制得的NR分別命名為SCR-N和SCR-WF。

1.4.3 試樣制備

膠料混煉和硫化符合GB/T 6038—2006《橡膠試驗?zāi)z料 配料、混煉和硫化設(shè)備及操作程序》的規(guī)定。

塑煉和混煉工藝為：輥距調(diào)至0.2 mm→生膠過輥2次，不包輥→輥距調(diào)至1.4 mm→生膠包輥至表面平滑→輥距調(diào)至1.8 mm→塑煉4 min→氧化鋅、硬脂酸、硫黃和促進劑→混煉4 min→左右各3/4割刀3次（3 min）→輥距調(diào)至0.8 mm→膠料打卷并過輥6次（2 min）→下片待用。

混煉膠返煉后下片，在平板硫化機上硫化，硫化條件為140 ℃/15 MPa×25 min。

1.5 性能測試

生膠和膠料性能均按相應(yīng)國家標準測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 生膠性能

生膠性能如表1所示。

表1 生膠性能

從表1可以看出，與未離心處理天然膠乳制成的SCR-WF相比，離心處理天然膠乳制成的SCR-N的灰分含量、揮發(fā)分含量和氮含量明顯降低，塑性初值、塑性保持率指數(shù)和門尼粘度較小。分析認為，天然膠乳中相對密度大的金屬離子及蛋白質(zhì)在離心處理過程中被分離除去，導(dǎo)致生膠灰分含量、揮發(fā)分含量和氮含量降低。SCR-N的門尼粘度較小是因為其蛋白質(zhì)含量較低，其能與醛基縮合的基團相對較少。由于蛋白質(zhì)經(jīng)水解產(chǎn)生氨基酸可以增強NR的抗氧化性能[1-2]，而天然膠乳離心處理使部分蛋白質(zhì)被分離除去，導(dǎo)致SCR-N的抗氧化性能降低，因此其塑性初值和塑性保持率指數(shù)較小。

由此可見，離心處理天然膠乳制得的SCR-N門尼粘度小和塑性高，易于塑煉，混煉能耗降低。蛋白質(zhì)在NR加工（如密煉）過程中發(fā)生不完全降解，會產(chǎn)生難聞的氣體，而且蛋白質(zhì)易吸水而發(fā)霉，且吸水后導(dǎo)致NR絕緣性下降。離心處理天然膠乳制成的SCR-N蛋白質(zhì)含量極低，其可以減小密煉過程中膠料的異味，可以作為特種橡膠用于綠色輪胎及特種橡膠制品如減震橡膠制品和海洋用橡膠制品等。

2.2 混煉膠硫化特性

混煉膠硫化特性如表2所示。

表2 混煉膠硫化特性（140 °C）

從表2可以看出：SCR-N膠料的FL比SCR-WF膠料低，說明其流動性較好，在硫化成型過程中容易充滿模腔；SCR-N膠料的t10，t50，t90均比SCR-WF膠料長，說明膠料的加工安全性好。SCR-N膠料的t10，t50，t90長是由于SCR-WF蛋白質(zhì)含量較低，缺少某些能促進橡膠硫化的特殊的含硫蛋白質(zhì)[3]以及促進蛋白質(zhì)分解的羧酸基和胺基，而這些特殊蛋白質(zhì)及存在于蛋白質(zhì)分子中的基團與氧化鋅充分反應(yīng)，可使混煉膠的硫化誘導(dǎo)期和硫化時間縮短[4]。

2.3 硫化膠物理性能

硫化膠物理性能如表3所示。

表3 硫化膠物理性能

從表3可以看出，SCR-N膠料的拉伸強度略低于SCR-WF膠料，但拉斷伸長率較大，這是由于蛋白質(zhì)有利于NR的硫化交聯(lián)，天然膠乳中蛋白質(zhì)含量越高，其硫化膠的交聯(lián)密度越大，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)越完善，拉伸強度越高，拉斷伸長率越小。SCR-N膠料的耐老化性能比SCR-WF膠料稍差，這也是由于SCR-N的蛋白質(zhì)含量較低?？梢酝ㄟ^調(diào)整配方以提高膠料的物理性能和耐老化性能。

3 結(jié)論

（1）與未離心處理天然膠乳制成的SCR-WF相比，離心處理天然膠乳制成的SCR-N的門尼粘度較小，塑性較高，混煉加工成本較低。

（2）離心處理天然膠乳制成的SCR-N氮含量很低，蛋白質(zhì)含量極低，可以減小密煉過程中膠料的異味，避免蛋白質(zhì)易吸水而發(fā)霉及其吸水后膠料絕緣性下降的問題。低蛋白質(zhì)含量NR可以作為特種橡膠用于特種橡膠制品。

（3）離心處理天然膠乳制成的SCR-N膠料加工流動性和加工安全性較好，可以降低所生產(chǎn)的橡膠制品的廢品率。

（4）離心處理天然膠乳制成的SCR-N膠料的拉伸強度略低，拉斷伸長率較大，耐老化性能稍差，可以通過調(diào)整配方以提高膠料的綜合性能。