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胶乳的最低成膜温度测定及其成膜性

来源:中国石油兰州石化公司石油化工研 作者:谈敦礼 时间:2013-12-27 点击:
导读:以浸渍用羧基丁腈胶乳为例论述了最低成膜温度的测定方法及其在成膜过程中随环境温度而发生的变化,并与其它类型胶乳相对比,试验证实了羧基丁腈胶乳所特有的优良成膜性。讨论了成膜性能与生产工艺的关系。

胶乳的成膜过程乃是由粒子间的水—水接触过渡到保护层—保护层的接触,最后过渡到聚合物—聚合物接触的过程[1 ] 。在成膜过程中,温度起着重要的作用。尤其是最低成膜温度(MFT) ,它不仅是胶乳能够成膜的最低成膜温度,同时反映出胶乳的使用性能(耐寒性,成膜性) 。因此,MFT 的测定对胶乳的研究、生产和使用具有重要的指导意义。笔者通过MFT 的测定来观察胶乳的成膜现象,表征成膜性能。

1  实验部分
1. 1  原 料
浸渍用羧基丁腈胶乳(XNBRL) :兰州石化公司合成橡胶厂产品;EBR :兰州石化公司合成橡胶厂产品;丁苯胶乳:兰州石化公司合成橡胶厂产品;丁腈26 胶乳:兰州石化公司合成橡胶厂产品。
1. 2  实验仪器

最低成膜温度测定装置,东京丰岛高林理化株式会社制造;XLL - 250 型橡胶拉力机,上海化工机修四厂制造;XS - B1 生物显微镜(光镜) ,江南光学仪器制造厂制造。

1. 3  最低成膜温度的计算
在成膜板上共有5 根温度计来指示温度梯度,从左到右依次是- 2 ℃、1 ℃、4 ℃、6 ℃。测定所需要的区间是- 2 ℃~4 ℃,各温度计间温差是3 ℃,温度计之间的距离相等(10cm) ,因此可以得出如下实际操作计算公式:
MFT = - 2 + (L - 2. 1) ×0. 3
式中:2. 1 为左侧第一根温度计至左端的距离,cm;0. 3 为温度梯度变化, ℃/ cm;L 为成膜温度不再随时间发生变化的临界线至最左端的距离。

1. 4  干胶膜的制备方法
用长方形(44 cm×22 cm) 有机玻璃模具放置于仪器成膜板上(已调过水平) ,浇注一定量的胶乳,室温下自然干燥,使干胶膜的厚度达到约1 mm。

2  结果与讨论
2. 1  测定MFT
在实际测试观察中,当成膜临界点在1 h 内不再发生变化(移动) 的界面点即为最后测定的MFT ,所测定数据见表1 所示。由表1 的数据可以看出,不加盖时,MFT 测定时间明显缩短。当气流通过时,由于热而干燥的空气不断置换,整个成膜板表面的温度已不再是温度计所指示的温度。也就是说成膜板表面的温度偏高,结果使得成膜板上所有温度区域内的胶乳全部成膜。因此,在低温成膜时,应加盖进行实验。此外,影响MFT 其他因素也不容忽视。聚合工艺及配方是起关键性作用的内因。由成膜理论可以分析,最终是否成膜或成膜的好坏是由粒子间的相互作用决定的,而且这种作用是比较稳定的化学作用。笔者曾经做过实验,1 cm 厚胶膜放入水中浸泡3 d 以上,并无断裂等异常现象。其次是内部应力的作用。把胶乳涂沫到成膜板上干燥时,随着水分的不断挥发,除了粒子间的接触结合作用外,还有水平方向与成膜板接触而粘接时,伴随体积收缩产生的应力[2 ] 。

 1) 表中2h 、3h 、4h 、6h 、8h 均为成膜时间。

2. 2  成膜现象
尽管MFT 略有差异,但所有实验,有一个共同的现象: 一是在低于- 1. 28 ℃的区域全部“冻结”,但这种现象不是像冰块那样均匀,而是有机相与水分层,下层的水冻结,上层呈白色;其二是在- 1. 2 8 ℃和- 0. 38 ℃这个区域,呈树枝形或杂草形的图案。它们的光镜结果如图1 、图2 所示。


2. 3  成膜性
浸渍丁腈胶乳与其它胶乳在室温以下成膜情况,如表2 所示。

从表2 的结果可以看出,浸渍丁腈胶乳的成膜性在室温以下明显优于其它种类的胶乳,这与引入的甲基丙烯酸有很大的关系,由于羧基的存在,分子链中引入极性基团,增加了分子链的耐低温性,因此成膜的MFT 最低。由于在MFT 的测定中,膜不可能涂得很厚,往往是薄薄的一层,而且在整个MFT 测定实验中没有发现所成的膜有异常情况,因此有必要进行一些具有一定厚度的成膜及其性能实验。

胶膜有两种,一是硫化胶膜,另一种是干胶膜。前者需要一定的设备和助剂,而后者比较简单,用合适的模具干燥即可。根据情况选用自然干胶膜。测试结果如表3 所示。
从表3 可以看出,胶乳质量对成膜的影响较大。由于46 - 47 批上存在一定问题,在自然干燥成膜过程中产生裂纹,光镜照片见图3 所示(无异常厚胶膜的光镜照片见图4) 。伸长率与同类工艺稳定产品相比很低。另外,工业放大的两批胶乳在成膜前,摇荡使其产生大量气泡,再浇铸到模具内,自然干燥成膜,这样就能形成类似网状的胶膜,其伸长率仍然比较高。至于强度,因胶膜是非硫化胶膜,强度很低,不在实验所用的仪器测试范围内,也不是必要因素,故没有深入研究。


3  结 论
(1) 测定环境对MFT 的影响比较大。
(2) 浸渍丁腈胶乳的低温成膜性是其它胶乳所不能代替的。
(3) 浸渍丁腈胶乳的最低成膜温度约在- 1.28 ℃。
(4) 胶乳的质量决定膜的质量.

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