合成橡膠膠乳高速機(jī)械穩(wěn)定性測(cè)定的研究

杜 燁，趙慧暉，王春龍，陳海華，楊玉瓊

（中國石油蘭州化工研究中心，國家合成橡膠質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，甘肅蘭州 730060）

膠乳的機(jī)械穩(wěn)定性是表征膠乳質(zhì)量的一項(xiàng)十分重要的指標(biāo)，與乳膠粒子大小、乳化劑、溫度、pH值以及攪拌速率等有關(guān)。膠乳在制備、貯存、運(yùn)輸及加工過程中，由于經(jīng)常采用泵送和攪拌等機(jī)械處理，從而受到劇烈的機(jī)械切應(yīng)力而失去穩(wěn)定性。機(jī)械力的作用加速了膠粒運(yùn)動(dòng)，增加膠粒的平均動(dòng)能，當(dāng)動(dòng)能增加到足以超過膠粒間的靜電斥力時(shí)，膠粒間的碰撞增加，從而破壞了膠粒之間的斥力，使得膠粒之間易于凝聚，最終導(dǎo)致膠乳的穩(wěn)定性發(fā)生變化，甚至失去穩(wěn)定性［1］。顯然，膠乳必須要有一定程度的抗機(jī)械力作用的穩(wěn)定性，才會(huì)在制備、貯存、運(yùn)輸及加工過程中保持原有的性質(zhì)。因此，準(zhǔn)確測(cè)定膠乳的機(jī)械穩(wěn)定性，對(duì)指導(dǎo)膠乳生產(chǎn)廠及用戶正確使用膠乳具有十分重要的意義。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑

表面活性劑溶液，5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），pH值為10±0.5的油酸鉀溶液。

1.2 試樣

羧基丁苯膠乳XSBRL，上海高橋巴斯夫分散體有限公司，Stryfan SD 417 ap。

1.3 儀器

高速機(jī)穩(wěn)儀，MS-101，日本小平制作所；電子天平：XS105，最小分度0.00001g，瑞士梅特勒-托利多儀器公司;電子天平：XP6002S，最小分度0.01g，瑞士梅特勒-托利多儀器公司;電熱鼓風(fēng)干燥箱：101A-1ET,上海實(shí)驗(yàn)儀器廠。

1.4 分析測(cè)試

按SH/T 1154[2]，測(cè)定羧基丁苯膠乳XSBRL的總固物含量。

按SH/T 1152[3]中規(guī)定的L型儀器測(cè)定膠乳的表觀黏度，如果超過200mPa.s（200cP)，則用適量的水稀釋至可測(cè)定表觀黏度范圍的濃度，但膠乳降低的濃度不能超過總固物含量的10%（質(zhì)量分?jǐn)?shù))。

將溫度調(diào)節(jié)至25℃±3℃膠乳通過預(yù)過濾器過濾到燒杯中，再準(zhǔn)確轉(zhuǎn)移50g±0.5g膠乳至膠乳容器中，并記錄其質(zhì)量m。牢固地將膠乳容器置于夾持器中，并開始攪拌膠乳，在此攪拌期間容器內(nèi)膠乳的升溫不應(yīng)超過60℃、高度不應(yīng)超過100mm。當(dāng)膠乳中含有氨時(shí)，應(yīng)限定攪拌時(shí)間，因?yàn)樵谠囼?yàn)過程中氨的蒸發(fā)損失可能會(huì)成為額外的不穩(wěn)定的原因。如果需要限制發(fā)泡，應(yīng)將一種糊狀有機(jī)硅消泡劑涂抹在容器內(nèi)表面的上部周圍。攪拌停止后立即移開膠乳容器，用表面活性劑溶液或水沖洗干凈攪拌軸和圓盤上的膠乳沉積物，并收集到燒杯中。用表面活性劑溶液或水潤(rùn)濕試驗(yàn)過濾器并將膠乳和沖洗液倒入試驗(yàn)過濾器中，確保全部膠乳和包括結(jié)皮在內(nèi)的沉積凝固物定量轉(zhuǎn)移，繼續(xù)沖洗試驗(yàn)過濾器上的殘余物直至其不再含有膠乳，然后用水沖洗直到?jīng)_洗液變清澈。小心移開含濕的固體物的試驗(yàn)過濾器，并用濾紙吸干底面，將過濾器置于表面皿中，在100℃±5℃下干燥盛放含有凝固物的試驗(yàn)過濾器的表面皿，干燥15min后，轉(zhuǎn)移至干燥器中冷卻至環(huán)境溫度，然后從表面皿上小心取下過濾器并稱量，以15min干燥時(shí)間為周期重復(fù)此干燥過程，直到兩次連續(xù)稱量之差小于1mg為止[4]。

1.5 結(jié)果

1.5.1 結(jié)果表示

試驗(yàn)結(jié)果有兩種方法表示。

方法A：膠乳的機(jī)械穩(wěn)定性以由形成的凝固物占膠乳試樣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)wc(A)計(jì)，單位以百分?jǐn)?shù)（%）表示，按公式（1）計(jì)算：

式（1）中：mc為形成的凝固物質(zhì)量，單位為克（g）；m為膠乳試樣質(zhì)量，單位為克（g）。計(jì)算結(jié)果表示到小數(shù)點(diǎn)后三位。

方法B：膠乳的機(jī)械穩(wěn)定性以由形成的凝固物占膠乳總固物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)wc(B)計(jì)，單位以百分?jǐn)?shù)（%）表示，按公式（2）計(jì)算：

式（2）中：mc為形成的凝固物質(zhì)量，單位為克（g）；m為膠乳試樣質(zhì)量，單位為克（g）；TSC為膠乳試樣中總固物質(zhì)量百分含量，單位為百分?jǐn)?shù)（%）。計(jì)算結(jié)果表示到小數(shù)點(diǎn)后三位。

1.5.2 膠乳總固物含量結(jié)果

按SH/T 1154，測(cè)定羧基丁苯膠乳XSBRL的總固物含量。結(jié)果見表1。

表1 膠乳的總固物含量測(cè)定結(jié)果Table 1 Results of total solid content in latex

1.5.3 膠乳表觀黏度測(cè)定結(jié)果

按SH/T 1152中規(guī)定的L型儀器，測(cè)定羧基丁苯膠乳XSBRL的表觀黏度。結(jié)果見表2。

表2 膠乳的表觀黏度測(cè)定結(jié)果Table 2 Results of viscosity in latex

2 結(jié)果與討論

2.1 網(wǎng)篩孔徑對(duì)膠乳高速機(jī)穩(wěn)測(cè)定結(jié)果的影響

在25℃±3℃下調(diào)節(jié)羧基丁苯膠乳XSBRL至預(yù)定溫度，預(yù)過濾器和試驗(yàn)用過濾器孔徑分別采用180μm-180μm、180μm-45μm 、45μm-45μm不銹鋼網(wǎng)篩，攪拌時(shí)間為15min，攪拌速度為14000 min-1±200min-1，按1.4和1.5進(jìn)行測(cè)定和計(jì)算，結(jié)果見表3。

表3 不同網(wǎng)篩孔徑下膠乳高速機(jī)械穩(wěn)定性測(cè)定結(jié)果Table 3 Results of high-speed mechanical stability of latex under different sieve aperture

從表3可以看出，采用不同孔徑的預(yù)過濾網(wǎng)篩和試驗(yàn)用過濾網(wǎng)篩對(duì)測(cè)定結(jié)果有較大的影響，孔徑較大，測(cè)定結(jié)果較低，孔徑較小，測(cè)定結(jié)果較高。

2.2 溫度對(duì)膠乳高速機(jī)穩(wěn)測(cè)定結(jié)果的影響

分別在18℃、22℃、25℃、28℃、32℃下調(diào)節(jié)羧基丁苯膠乳XSBRL至預(yù)定溫度，預(yù)過濾器和試驗(yàn)用過濾器采用45μm-45μm不銹鋼網(wǎng)篩，攪拌時(shí)間為15min，攪拌速度為14000 min-1±200min-1，按1.4和1.5進(jìn)行測(cè)定和計(jì)算，結(jié)果見表4和圖1。

表 4 不同溫度膠乳的高速機(jī)械穩(wěn)定性測(cè)定結(jié)果Table 4 Results of high-speed mechanical stability of latex under different temperature

圖 1 不同溫度膠乳的高速機(jī)械穩(wěn)定性測(cè)定結(jié)果Fig.1 Results of high-speed mechanical stability of latex under different temperature

由圖1和表4可看出，25℃測(cè)定結(jié)果的重復(fù)性最好。在實(shí)際貯運(yùn)中，膠乳處于5℃～30℃條件下比較穩(wěn)定，若溫度過低，由于水的結(jié)冰會(huì)導(dǎo)致膠乳破乳；溫度過高，由于水或是其他溶劑揮發(fā)導(dǎo)致結(jié)皮。因此調(diào)節(jié)膠乳溫度在25℃±3℃下對(duì)測(cè)定高速機(jī)械穩(wěn)定性的結(jié)果影響較小。

2.3 攪拌時(shí)間對(duì)膠乳高速機(jī)穩(wěn)測(cè)定結(jié)果的影響

在25℃±3℃下調(diào)節(jié)羧基丁苯膠乳XSBRL至預(yù)定溫度，預(yù)過濾器和試驗(yàn)用過濾器孔徑采用45μm～45μm不銹鋼網(wǎng)篩，攪拌時(shí)間分別為5min、10min、15min、20min、25min、30min、40min，攪拌速度為 14000min-1±200min-1,按1.4和1.5進(jìn)行測(cè)定和計(jì)算，結(jié)果見表5。

表5 不同攪拌時(shí)間下的膠乳高速機(jī)械穩(wěn)定性測(cè)定結(jié)果Table 5 Results of high-speed mechanical stability of latex under different stirring time

從表5可以看出，隨著攪拌時(shí)間的不斷延長(zhǎng)，膠乳的機(jī)械穩(wěn)定性逐漸變差。不同的膠乳由于結(jié)構(gòu)、粒徑大小、乳化劑等不同，其高速機(jī)械穩(wěn)定性也不一樣。

2.4 攪拌速度對(duì)膠乳高速機(jī)穩(wěn)測(cè)定結(jié)果的影響

在25℃±3℃下調(diào)節(jié)羧基丁苯膠乳XSBRL至預(yù)定溫度，預(yù)過濾器和試驗(yàn)用過濾器孔徑采用45μm～45μm不銹鋼網(wǎng)篩，攪拌時(shí)間15min，攪拌速度分別為13600 min-1±200min-1、13800 min-1±200min-1、14000 min-1±200min-1、14200 min-1±200min-1、14400 min-1±200min-1,按1.4和1.5進(jìn)行測(cè)定和計(jì)算，結(jié)果見表6和圖2。

表6 不同攪拌速度下的膠乳高速機(jī)械穩(wěn)定性測(cè)定結(jié)果Table 6 Results of high-speed mechanical stability of latex under different stirring speed

圖2 不同攪拌速度下的膠乳高速機(jī)械穩(wěn)定性測(cè)定結(jié)果Fig.2 Results of high-speed mechanical stability of latex under different stirring speed

由圖2和表6可看出，隨著攪拌速度的增加，膠乳的機(jī)械穩(wěn)定性逐漸變差。說明不同的攪拌速度對(duì)膠乳的剪切力大小不一，破壞膠乳表面穩(wěn)定的帶電層，使膠乳的穩(wěn)定性變差。因此，高速機(jī)穩(wěn)儀的轉(zhuǎn)速范圍為14000 min-1±200min-1不僅符合儀器在高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)速波動(dòng)變化范圍，而且兩次重復(fù)測(cè)定結(jié)果的絕對(duì)差值也較小。

3 結(jié)論

在合成橡膠膠乳高速機(jī)械穩(wěn)定性測(cè)定過程中，網(wǎng)篩孔徑、溫度、攪拌時(shí)間和攪拌速度均對(duì)膠乳高速機(jī)穩(wěn)測(cè)定結(jié)果有影響，網(wǎng)篩孔徑大，測(cè)定結(jié)果低，網(wǎng)篩孔徑小，測(cè)定結(jié)果高；溫度偏高或偏低，均會(huì)導(dǎo)致膠乳高速機(jī)穩(wěn)測(cè)定結(jié)果偏高，適宜的溫度條件為25℃±3℃；攪拌時(shí)間延長(zhǎng)，膠乳的高速機(jī)穩(wěn)測(cè)定結(jié)果越高；攪拌速度越快，膠乳的高速機(jī)穩(wěn)測(cè)定結(jié)果越高。