聚丁二烯膠乳結構凝膠含量測定影響因素分析

張健群

(大慶華科股份有限公司化工分公司，黑龍江大慶163714)

在ABS生產中，有10項技術指標分別從膠乳的內在性能和應用性能實現對其最終性能的控制;隨著研究的進一步深入，發現10項指標中，結構凝膠含量、粒徑對ABS沖擊和外觀的影響程度遠遠大于其它各項，成為聚丁二烯膠乳生產中最重要的技術控制指標之一［1］。

聚丁二烯膠乳的結構凝膠含量反映了膠乳粒子的交聯程度，而膠乳粒子的交聯程度決定了它本身的強度、接枝反應特性和接枝粒子結果，從而影響ABS性能［2］。結構凝膠含量過高或過低都不利于沖擊性能的改善:結構凝膠含量過高，交聯度過高，使得橡膠模量過高，失去彈性，不利于誘發銀紋;結構凝膠含量過低，交聯度過低，不利于發揮橡膠增韌的作用。

因此，聚丁二烯膠乳的結構凝膠含量測試的準確性直接影響聚丁二烯膠乳生產工藝的調整。本文通過實驗探討聚丁二烯膠乳的結構凝膠含量測定過程中影響測試結果的因素。

1 實驗部分

1.1 主要材料與儀器

聚丁二烯膠乳:工業級，大慶石化公司;溶劑:丙酮、苯、甲苯。

過濾器:孔徑為50目、100目、200目的不銹鋼籠網;50目、100目、200目不銹鋼篩網;電子天平:FA2104N，0.000 1 g，上海民橋精密科學儀器有限公司;真空干燥箱:DZF－6020，上海博訊實業有限公司;干燥器、燒杯、玻璃板、量筒等。

1.2 實驗原理

凝膠又稱凍膠。溶膠或溶液中的膠體粒子或高分子在一定條件下互相連接，形成空間網狀結構，結構空隙中充滿了作為分散介質的液體(在干凝膠中也可以是氣體)，這樣一種特殊的分散體系稱作凝膠。

聚丁二烯膠乳的結構凝膠含量測試方法為溶脹法，即將試樣放入一定量有機溶劑中，浸泡一段時間，使其未交聯的高聚物完全溶解，未溶解的物質就是交聯的聚合物，將未溶解的物質進行烘干，稱量，可計算出試樣的結構凝膠含量。

1.3 試樣制備

將少量聚丁二烯膠乳經篩網過濾后，均勻涂在玻璃片表面上，制成厚度為0.3～0.6 mm的薄膜。將薄膜取下，放入容器中，在真空干燥箱中干燥2 h，取出放入干燥器中冷卻，備用。

1.4 測定方法

將準確稱量的試樣置于溶劑中，在規定的溫度下靜置溶解一定時間后，取出、干燥、烘干恒重，計算結構凝膠含量。

1.5 凝膠含量計算公式

聚丁二烯膠乳結構凝膠含量計算公式:

式中w為凝膠的質量分數，%;m0為試樣的質量，g;m1為過濾器質量，g;m為過濾器加凝膠質量，g。

2 結果與討論

在聚丁二烯膠乳的結構凝膠含量測試過程中，測試方法，溶劑種類，試樣溶解時間和溶劑加入量等因素對于測定結果均有影響。

2.1 測試方法的選擇

方法1:將準確稱量0.3±0.005 g(精確至0.0001 g)的試樣放入恒質量、潔凈的不銹鋼網籠中;將網籠浸入盛有一定量溶劑的廣口瓶中，塞緊瓶塞，于暗處靜置一段時間;取出網籠，蒸去溶劑，在真空烘箱中干燥2 h，冷卻至室溫，稱取質量，計算結果。

方法2:將將準確稱量0.3±0.005 g(精確至0.000 1 g)的試樣放入200 mL燒杯中;將一定量的溶劑倒入燒杯中，用鋁箔封口，于暗處靜置一段時間;稱取一塊篩網，記重，并用其過濾已靜置的燒杯中的液固混合物;將不溶于溶劑篩網上的聚合物蒸去溶劑，在真空烘箱中干燥2 h，冷卻至室溫，稱取質量，計算結果。

實驗過程中，將兩種實驗方法測試的結果進行比較，如表1所示。

表1 不同測試方法測定結果Table 1 Determination results of different measuring methods

由表1可知，方法1的測試結果相對誤差較小，重復性較好。這是由于在方法1中不銹鋼網和試樣一同進行浸泡，與方法2中浸泡后的試樣進行轉移相比較，操作簡便，避免了操作過程中人員操作誤差對測試結果的影響。因此認為方法1比較適合用于聚丁二烯膠乳結構凝膠含量的測定。

2.2 溶劑

溶劑的選擇是影響測定結果準確性的重要因素，選用丙酮、苯、甲苯3種溶劑進行聚丁二烯膠乳結構凝膠含量的測定實驗，考察溶劑對測試結果的影響，結果如表2所示。

表2 不同溶劑測試結果Table 2 Test results of different solvents

實驗中使用的聚丁二烯膠乳的結構凝膠含量理論值在85% ～87%之間，由表2可知，丙酮的測試結果比甲苯和苯的測試結果偏高。依據高分子聚合物“相似相容”原理，由于聚丁二烯膠乳與丙酮之間極性的差異引起部分非交聯聚丁二烯未溶解，因此使得測定的結構凝膠含量高于真實值，而極性較弱的苯和甲苯為溶劑測得的結果比較接近真實值。通過表2比較，苯和甲苯都可作為溶劑進行結構凝膠含量測試，測試結果與理論值相接近，但是從環保、健康的角度考慮，苯的毒性較大，對操作人員危害較大，同時廢液處理對環境影響較大，因此選用甲苯作為聚丁二烯膠乳結構凝膠含量測試的溶劑。

2.3 試樣的溶解時間

試樣的浸泡時間也是聚丁二烯膠乳結構凝膠含量測試過程中的影響因素之一。對同一聚丁二烯膠乳，測量相同質量的試樣，溶劑的加入量也相同，考察不同浸泡時間對聚丁二烯膠乳結構凝膠含量測試結果準確性的影響，研究最佳浸泡時間，實驗結果見圖1。

圖1 浸泡時間對結構凝膠含量的影響Figure 1 Effect of soaking time on the structural gel content

由圖1可知，當試樣溶脹時間較短時，試樣的結構凝膠含量較高，這是因為未交聯的高聚物溶解不完全;當溶解時間越長，試樣在溶劑中溶解越徹底，測得的結構凝膠含量就越準確;當溶解時間超過24 h，凝膠測定結果趨于恒定，未交聯的高聚物已經完全溶解，因此，測試聚丁二烯結構凝膠含量溶劑溶解時間以24 h為宜。

2.4 溶劑加入量

對同一聚丁二烯膠乳，測量相同質量的試樣，加入不同量溶劑，考察不同溶劑加入量對聚丁二烯膠乳結構凝膠含量測試結果準確性的影響，實驗結果見表3。

表3 溶劑用量測試結果Table 3 Solvent consumption test results

由表3可知，甲苯溶液為100 mL和150 mL時，測定的結構凝膠結果與理論值更接近。這是由于取50 mL甲苯溶液時，溶劑相對較少，試樣浸泡不充分，試樣中未交聯的高聚物溶解不完全，測定結果偏大;甲苯溶液取100 mL和150 mL，試樣浸泡完全，測定結果無明顯差異。但從節能降耗角度考慮，選用溶劑量為100 mL，可以保證測定結果的準確性。

2.5 過濾器的孔徑

過濾器作為結構凝膠測定實驗的一個主要工具，使用不同孔徑的過濾器，可能對結構凝膠量含量測定有影響。本實驗采用50目(282 μm)、100目(154 μm)、200 目(74 μm)不銹鋼網分別測定同一聚丁二烯膠乳樣品的結構凝膠含量，實驗結果見表4。

表4 不同孔徑過濾器測試結果Table 4 Different aperture filter test results

由表4可知，采用不同孔徑的不銹鋼網進行聚丁二烯膠乳的結構凝膠含量測試，實驗結果無明顯差異。

3 結論

聚丁二烯膠乳結構凝膠含量測定方法采用實驗方法1，操作簡便，可避免操作過程中人員操作誤差對測試結果的影響;選用極性較弱、毒性較小的甲苯作為聚丁二烯膠乳結構凝膠含量測定的溶劑;聚丁二烯結構凝膠含量測定過程中溶劑溶解時間以24 h為宜;聚丁二烯結構凝膠含量測定過程中溶劑加入量為100 mL，完全保證測定結果的準確性;在聚丁二烯結構凝膠含量測定過程中，不銹鋼網的孔徑尺寸對測定結果無明顯影響。

［1］王貴恒.高分子材料成型加工原理［M］.北京:化學工業出版社，1982:18.

［2］黃立本.ABS樹脂及其應用［M］.北京:化學工業出版社，2001:202.