溴化丁基胶乳浓缩工艺的研究

    丁基胶乳作为一种人造胶乳，其制品具有良好的耐老化、耐臭氧、耐天候、耐化学晶和阻气阻水性能，因此用途较为广泛。BIIR是IIR的溴化改性产物，具备IIR的基本性能，由于分子链上引入了溴原子，因此其硫化速度快、加工性能好、易于与其它橡胶并用。以BIIR为原料制备的溴化丁基胶乳更具应用优势。人造胶乳制备过程中常引人大量水作为分散介质，若不将多余的水分除去，会导致胶乳浓度过低，难以满足实际应用要求，且不利于贮存和运输，因此脱水浓缩是胶乳生产中重要的工艺步骤。

    本工作研究离心法、蒸发法和膏化法3种浓缩工艺对溴化丁基胶乳粒径和性能的影响，以期为实际生产选择适宜的浓缩方法提供参考。

    1  实验

    1.1  主要原材料

    溴化丁基胶乳(未浓缩)，固形物质量分数为0.068 4，乳化剂质量分数为0.007 5，平均粒径为0.579/.tm，自制；海藻酸钠，化学纯，成都市联合化工试剂研究所产品。

    1.2  浓缩工艺

    (1)离心浓缩

    将一定量的溴化丁基胶乳用离心机两次离心  (转速分别为8 000和15 000r·min^-1)，分液后  合并上层胶乳，调节固形物质量分数至约0.5。

    (2)蒸发浓缩

    将一定量的溴化丁基胶乳加入三口瓶中，在70℃下搅拌，减压蒸发，浓缩至一定体积后再转移至旋转蒸发仪中继续浓缩，当固形物质量分数达到约0.5时停止。

    (3)膏化浓缩

    取一定量的摹化丁基胶乳，加人海藻酸钠水溶液(质量分数为0.03)，搅拌均匀后移人带刻度66膏化罐中，密闭静置，待上层胶乳固形物质量分数达到约0.5时小心分出下层乳清。

    1.3  测试分析

    2  结果与讨论

    2.1  浓缩工艺对胶乳粒径及其分布的影响

    2.1.1  离心浓缩

    离心浓缩是目前使用较为广泛的胶乳浓缩方法。溴化丁基胶乳中胶粒与乳清之间存在密度差，在重力的作用下胶粒有上浮趋势，但由于胶粒在乳清中存在布朗运动，因此体系仍呈现一定的稳定性，不易分层，而离心浓缩则是通过离心机提供的加速度来加速胶粒上浮。采用离心浓缩，由于体系受到外界影响较小，因此浓缩后胶乳粒径变化不大，且大部分非橡胶成分和杂质保留在下层乳清中，浓缩胶乳的质量较好。离心浓缩胶乳的粒径分布如图1(略)所示。从图1可以看出，离心浓缩胶乳粒径分布较窄，计算得出胶乳的平均粒径为0.645μm。

    2.1.2  蒸发浓缩

    蒸发法浓缩胶乳所需时间较长，且胶乳本身存在一定的热不稳定性和机械不稳定性，在长时间加热和搅拌的情况下，部分胶乳粒子发生聚集，导致体系的平均粒径增大。随着水分蒸发，胶乳的粘度增大，当水从胶乳表面脱除时，胶乳表面会形成局部高浓度和高粘度层，若水蒸发过快，甚至可在胶乳表面形成较薄的结皮层，在搅拌的情况下结皮层混人体系又被破碎成粒径相对较大的粒子，从而导致体系粒径分布较宽，平均粒径较大。蒸发浓缩胶乳的粒径分布如图2所示。从图2可以看出，蒸发浓缩胶乳的最大粒径接近100μm，计算得出胶乳的平均粒径为7.029μm。

    2.1.3  膏化浓缩

    采用膏化法浓缩，在膏化剂的作用下，体系内形成的胶粒聚集体布朗运动减弱，胶粒由于与乳清间存在密度差而缓慢上浮，缓慢分出乳清即得到膏化浓缩胶乳。通过多次试验发现海藻酸钠对溴化丁基胶乳浓缩效果明显。膏化浓缩胶乳的粒径分布如图3(略)所示。

    从图3可以看出，采用膏化浓缩工艺，大部分胶乳粒子粒径大于1μm，计算得出胶乳的平均粒径为49.090μm。膏化浓缩胶乳平均粒径较大的原因可能是在膏化剂的作用下，胶乳粒子间形成一定程度的松散聚集体，在测试粒径时聚集体未能分散开，导致粒径测试值较大。

    经涂布试验发现，膏化浓缩胶乳胶膜表面光滑，平整均匀，外观质量较好。与蒸发浓缩和离心浓缩相比，膏化浓缩在动力消耗和设备投资方面具有明显的成本优势。膏化浓缩工艺简单，加入膏化剂后只需静置一段时间即可达到浓缩效果。但膏化浓缩时间较长，部分残留的膏化剂会产生后膏化效应，且胶乳的粘度较大，体系中小气泡不易脱除。

    2.2  浓缩工艺对胶乳基本性能的影响

    浓缩工艺对胶乳基本性能的影响如表1所示。从表1可以看出，蒸发浓缩胶乳的机械稳定性较好，pH值略高；离心浓缩胶乳的平均粒径最小，浓缩时间最短；采用离心法或膏化法时，一部分乳化剂和碱类物质随乳清被分离出体系，因此浓缩胶乳的机械稳定性相对较差。采用膏化法浓缩所需时间最长，且由于体系内残留的膏化剂有增稠作用，导致胶乳粘度较大。浓缩前胶乳的平均粒径为0.579μm，浓缩后胶乳粒径有所增大。

    表1  浓缩工艺对胶乳基本性能的影响

    此外，在制备过程中，一些杂质颗粒可能会混入胶乳中，这些杂质悬浮于胶乳内较难除去，而离心和膏化工艺可将大部分杂质沉降于下层乳清中，因此所得胶乳更为洁净。

    3  结论

    (1)离心法、蒸发法和膏化法均可实现溴化丁基胶乳的浓缩。

    (2)浓缩后胶乳的粒径明显增大，离心浓缩胶乳的平均粒径最小，浓缩所需时间最短；蒸发浓缩胶乳的机械稳定性最好；膏化浓缩胶乳的平均粒径和粘度最大，浓缩所需时间最长。