張雅妮，劉 華，歐陽(yáng)維，潘顯智，肖 媚

（中國(guó)化工株洲橡膠研究設(shè)計(jì)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(jié)。分散劑一般具有兩個(gè)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(hù)作用，防止被分散粒子重新聚結(jié)，即高分子位阻效應(yīng)；二是提高被分散粒子的表面電荷，增強(qiáng)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(guò)試驗(yàn)確定，用量過(guò)大或過(guò)小都會(huì)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(lǐng)域。它適用的pH值范圍較寬，在體系pH值為9～10時(shí)分散效果更加顯著，不會(huì)影響膠乳表面張力或發(fā)泡工藝。當(dāng)需要降低膠乳表面張力時(shí)，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(shí)不會(huì)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(bǔ)強(qiáng)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(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

天然膠乳和氧化鋅，湛江市長(zhǎng)江橡膠化工有限公司產(chǎn)品；防老劑D和半補(bǔ)強(qiáng)炭黑，株洲中南化機(jī)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(jìn)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(biāo)如表1所示），美國(guó)GEO公司產(chǎn)品。

表1 抗沉淀劑KM-S的性能指標(biāo)

1.2 主要設(shè)備與儀器

U488Y80-220型SF智能型分散砂磨機(jī)，上海貝微電機(jī)有限公司產(chǎn)品；JM-50型膠體磨，上海科勞機(jī)械設(shè)備有限公司產(chǎn)品；NDJ-8S型數(shù)顯粘度計(jì)，上海衡平儀器儀表廠產(chǎn)品；TG328B型光電自動(dòng)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(yáng)化工印染機(jī)械有限公司產(chǎn)品。

1.3 性能測(cè)試

各項(xiàng)性能測(cè)試均按相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

2 結(jié)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(jī)進(jìn)行抗沉淀劑KM-S研磨碳酸鈣的試驗(yàn)，分散砂磨機(jī)轉(zhuǎn)速為600 r·min-1，研磨時(shí)間為15 h，卸罐后檢測(cè)分散體沉降量。研磨碳酸鈣配方（以干比計(jì)，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(yàn)中，未加入抗沉淀劑KM-S研磨碳酸鈣，分散砂磨機(jī)運(yùn)行30 min時(shí)，機(jī)體內(nèi)水分全部揮發(fā)，分散砂磨機(jī)發(fā)熱，導(dǎo)致無(wú)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(dòng)燒杯底部沉積的碳酸鈣，其中抗沉淀劑KM-S用量為1份時(shí)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(shí)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(shí)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(jié)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(shì)，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?yàn)榭钩恋韯㎏M-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(gè)粒子絮凝的沉降率。進(jìn)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(dāng)雙電層的動(dòng)電電位處在一個(gè)合適的值時(shí)，分散體中的團(tuán)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(shí)因?yàn)榉垠w粒子吸附了分散劑，粒子大小接近于膠體粒子，受布朗運(yùn)動(dòng)影響，分散體將在一定時(shí)間內(nèi)呈懸浮狀態(tài)，如果分散劑加入量過(guò)大，反而會(huì)破壞雙電層電位的動(dòng)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(jī)進(jìn)行分散劑研磨半補(bǔ)強(qiáng)炭黑的試驗(yàn)，分散劑分別為擴(kuò)散劑NF、拉開粉BX、聚乙烯醇和抗沉淀劑KM-S，分散砂磨機(jī)轉(zhuǎn)速為600 r·min-1，研磨時(shí)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(kuò)散劑NF、拉開粉BX和聚乙烯醇研磨10份炭黑時(shí)，分散體較稀，分散均勻，流動(dòng)性較好；研磨20份炭黑時(shí)，分散體很稠，無(wú)法流動(dòng)，影響使用；用抗沉淀劑KM-S研磨30份炭黑時(shí)，分散體較稀，分散均勻，流動(dòng)性好；研磨40份炭黑時(shí)，分散體很稠，即總固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4時(shí)，分散體很稠，影響使用。總體而言，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?jǐn)?shù)最大可達(dá)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(duì)乳膠制品物理性能的影響

用分散砂磨機(jī)進(jìn)行抗沉淀劑KM-S研磨混合分散體的試驗(yàn)，分散砂磨機(jī)轉(zhuǎn)速為500 r·min-1，研磨時(shí)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(kù)。工藝條件為：浸膠乳時(shí)間 3.5 min，浸熱水溫度 （60±2）℃，浸熱水時(shí)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(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率與D3配方氣球相近，爆破直徑、老化后拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率均大于D3配方氣球，由此可見，加入適量抗沉淀劑KM-S對(duì)氣球的物理性能無(wú)不利影響。

表5 氣球物理性能

2.4 抗沉淀劑KM-S對(duì)膠乳粘度及穩(wěn)定性的影響

為了考察抗沉淀劑KM-S對(duì)膠乳體系的影響，將D1，D2，D3配合膠乳放置一段時(shí)間，觀察配合膠乳變化情況，監(jiān)測(cè)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(shí)間延長(zhǎng)，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(shì)，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(shuō)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(shí)，不影響膠乳凝固過(guò)程。

表6 配合膠乳粘度和氯仿值

3 結(jié)論

（1）抗沉淀劑KM-S用于研磨碳酸鈣時(shí)，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(bǔ)強(qiáng)炭黑的分散效果比擴(kuò)散劑NF、拉開粉BX和聚乙烯醇好，其分散體總固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高可達(dá)0.3，而其他分散劑分散體總固體質(zhì)量分?jǐn)?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。