合成橡膠膠乳高速機械穩(wěn)定性測定的研究

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)督檢驗中心，甘肅蘭州 730060）

膠乳的機械穩(wěn)定性是表征膠乳質(zhì)量的一項十分重要的指標，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、運輸及加工過程中，由于經(jīng)常采用泵送和攪拌等機械處理，從而受到劇烈的機械切應力而失去穩(wěn)定性。機械力的作用加速了膠粒運動，增加膠粒的平均動能，當動能增加到足以超過膠粒間的靜電斥力時，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械力作用的穩(wěn)定性，才會在制備、貯存、運輸及加工過程中保持原有的性質(zhì)。因此，準確測定膠乳的機械穩(wěn)定性，對指導膠乳生產(chǎn)廠及用戶正確使用膠乳具有十分重要的意義。

1 實驗部分

1.1 試劑

表面活性劑溶液，5%（質(zhì)量分數(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;電熱鼓風干燥箱：101A-1ET,上海實驗儀器廠。

1.4 分析測試

按SH/T 1154[2]，測定羧基丁苯膠乳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)量分數(shù))。

將溫度調(diào)節(jié)至25℃±3℃膠乳通過預過濾器過濾到燒杯中，再準確轉(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)膠乳的升溫不應超過60℃、高度不應超過100mm。當膠乳中含有氨時，應限定攪拌時間，因為在試驗過程中氨的蒸發(fā)損失可能會成為額外的不穩(wěn)定的原因。如果需要限制發(fā)泡，應將一種糊狀有機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濕試驗過濾器并將膠乳和沖洗液倒入試驗過濾器中，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干燥時間為周期重復此干燥過程，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

試驗結(jié)果有兩種方法表示。

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

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）。計算結(jié)果表示到小數(shù)點后三位。

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

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，單位為百分數(shù)（%）。計算結(jié)果表示到小數(shù)點后三位。

1.5.2 膠乳總固物含量結(jié)果

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

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

1.5.3 膠乳表觀黏度測定結(jié)果

按SH/T 1152中規(guī)定的L型儀器，測定羧基丁苯膠乳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)篩孔徑對膠乳高速機穩(wěn)測定結(jié)果的影響

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

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

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

2.2 溫度對膠乳高速機穩(wěn)測定結(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至預定溫度，預過濾器和試驗用過濾器采用45μm-45μm不銹鋼網(wǎng)篩，攪拌時間為15min，攪拌速度為14000 min-1±200min-1，按1.4和1.5進行測定和計算，結(jié)果見表4和圖1。

表 4 不同溫度膠乳的高速機械穩(wěn)定性測定結(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械穩(wěn)定性測定結(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℃測定結(jié)果的重復性最好。在實際貯運中，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)冰會導致膠乳破乳；溫度過高，由于水或是其他溶劑揮發(fā)導致結(jié)皮。因此調(diào)節(jié)膠乳溫度在25℃±3℃下對測定高速機械穩(wěn)定性的結(jié)果影響較小。

2.3 攪拌時間對膠乳高速機穩(wěn)測定結(jié)果的影響

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

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

從表5可以看出，隨著攪拌時間的不斷延長，膠乳的機械穩(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，其高速機械穩(wěn)定性也不一樣。

2.4 攪拌速度對膠乳高速機穩(wěn)測定結(jié)果的影響

在25℃±3℃下調(diào)節(jié)羧基丁苯膠乳XSBRL至預定溫度，預過濾器和試驗用過濾器孔徑采用45μm～45μm不銹鋼網(wǎng)篩，攪拌時間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進行測定和計算，結(jié)果見表6和圖2。

表6 不同攪拌速度下的膠乳高速機械穩(wěn)定性測定結(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械穩(wěn)定性測定結(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，膠乳的機械穩(wěn)定性逐漸變差。說明不同的攪拌速度對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)動時轉(zhuǎn)速波動變化范圍，而且兩次重復測定結(jié)果的絕對差值也較小。

3 結(jié)論

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