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        新型抗沉淀劑KM-S的應用研究

        2016-07-29 08:25:12張雅妮歐陽維潘顯智
        橡膠科技 2016年5期
        關(guān)鍵詞:沉淀劑膠乳炭黑

        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(jié)。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(jié),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(lǐng)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(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(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,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(jié)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。

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