CN103897229A - 一种防粘气象气球及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种防粘气象气球及其制备方法，本发明的防粘气象气球的制备方法中，采用防粘剂聚乙烯蜡乳液及后续的水性防粘处理工序。本发明的气象气球的粉尘含量低于2.0g，远远小于对比例的粉尘含量20.5g，且其拉断伸长率、拉伸强度和定伸应力都很好，老化前和老化后的拉断伸长率、拉伸强度区别不大，耐老化性能强。其升空高度达到了29094米以上，升空高度高，达到目前对气象气球的要求。
Description
技术领域
本发明属于气象探测领域，尤其涉及一种防粘气象气球及其制备方法。
背景技术
气象气球是携带探空仪器进行空中气象要素探测的一种运载工具。主要用于气象部门进行天气预报、气候观测和气候变化预估等气象研究和业务工作，以及为国防科研和军事行动提供气象保障。
目前，我国常规用气象气球的制备方法中，其球胶膜在生产、贮存过程中发生粘连而导致产品报废，生产时必须大量使用滑石粉作隔离剂，每个气球（以常规750g气象气球为例）用粉量高达1.5-2kg，气象气球的残余粉末达130多克，生产现场粉尘浓度最高达66.3mg/m3，大大超过了国家标准。该制备方法存在以下问题：
（1）生产现场大量的滑石粉飞扬，对生产环境有很大的污染，对生产人员的身体健康有一定的危害（如过敏）；
（2）探空台站施放气球时粉尘对施放人员健康和施放环境也有一定的影响；
（3）随着科学技术的进步，我国人工施放气球将逐步被自动施放系统替代，气球所带粉尘将影响气象仪器的精度，继而影响探测精度；
（4）废水、废工业材料的排放运输、环保成本高，难以满足我国建设环境友好型、资源节约型的社会要求和气象探空行业的发展需要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有的气象气球在生产、贮存过程中发生粘连而导致产品报废，需要大量使用滑石粉作隔离剂的缺陷，提供一种在生产、贮存过程中不会发生粘连、不需要使用滑石粉作隔离剂的防粘气象气球及其制备方法。
本发明一种防粘气象气球的制备方法，包括如下步骤：
S1、将不溶于水的固体原料研磨制成水分散体；
S2、将溶于水的固体原料配制成溶液；
S3、将石蜡和油性原料配制成乳状液；
S4、将溶液与水分散体分别加入胶性原料中后，然后加入乳状液进行混合，将所得混合物与防粘剂混合，得到原料胶乳；
S5、模型浸渍凝固剂、浸渍原料胶乳、停放胶凝、浸热水、脱模、清洗胶膜、充气定型、水性防粘处理和硫化，即得到所述的气象气球；
其中，所述防粘剂为聚乙烯蜡乳液。
本发明提供了一种防粘气象气球，所述气象气球由本发明所述的方法制备得到。
本发明的防粘气象气球中含有防粘剂聚乙烯蜡，在气象气球的制备过程中，随着气球胶膜的定型干燥，聚乙烯蜡迁移到胶膜表层，与石蜡等其他组分形成一个“蜡化”表层，这个表层不仅可以有效降低气象气球的制备过程中气象气球胶膜的自粘性能，还可提高气球胶膜的耐热性和耐臭氧老化性能，大大减小了气球胶膜在没有粉剂隔离剂存在的情况下发生粘连的概率，避免粉剂隔离剂的大量使用，从而解决气象气球生产中的粉尘污染问题，以及对生产人员身体健康造成的危害。
本发明在常规气象气球生产工艺中增加了水性防粘处理工序，水性防粘处理工序使水性防粘物可以在气球胶膜表面均匀分散，随着胶膜的干燥，水分的蒸发，则有一层薄而均匀的膜层附着于气球胶膜表面，实现了在不使用大量粉剂隔离剂的同时，可以进一步保证气象气球在硫化及以后的贮存期中不会产生粘连。
本发明的防粘气象气球，不管是在防粘气象气球的制备过程中还是在防粘气球的储存中，都不需要使用滑石粉进行防粘处理，从而解决气象气球生产中的粉尘污染问题，以及对生产人员身体健康造成的危害。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供了一种防粘气象气球的制备方法，包括如下步骤：
S1、将不溶于水的固体原料研磨制成水分散体；
S2、将溶于水的固体原料配制成溶液；
S3、将石蜡和油性原料配制成乳状液；
S4、将溶液与水分散体分别加入胶性原料中后，然后加入乳状液进行混合，将所得混合物与防粘剂混合，得到原料胶乳；
S5、模型浸渍凝固剂、浸渍原料胶乳、停放胶凝、浸热水、脱模、清洗胶膜、充气定型、水性防粘处理和硫化，即得到所述的气象气球；
其中，所述防粘剂为聚乙烯蜡乳液。
本发明所提供的一种防粘气象气球的制备方法中，所述胶性原料为离心浓缩天然胶乳和氯丁胶乳；所述固体原料为氢氧化钾、酪素、平平加O、硫磺、防老剂、乙基-苯基-二硫代氨基甲酸锌和氧化锌；所述油性原料为葵二酸二辛酯和机械油。
本发明所提供的一种防粘气象气球的制备方法，不溶于水的固体原料为硫磺、防老剂、乙基-苯基-二硫代氨基甲酸锌和氧化锌。溶于水的固体原料为氢氧化钾、酪素和平平加O。
本发明所提供的一种防粘气象气球的制备方法，为了保证防粘气象气球的性能，优选地，所述气象气球中的各组分含量如下：
离心浓缩天然胶乳100份，
氯丁胶乳10份，
氢氧化钾0-0.2份，
酪素0-0.15份，
平平加O 0-0.1份，
硫磺1-3份，
防老剂1-2份，
乙基-苯基-二硫代氨基甲酸锌1.5-3份，
氧化锌0.2份，
葵二酸二辛酯 2.5-5份，
机械油0-2.5份，
石蜡0.125份，
聚乙烯蜡乳液1-9份。
本发明所提供的一种防粘气象气球的制备方法，为了保证防粘气象气球的升空高度，优选地，所述气象气球的质量为700-800g，球身长度为205-265cm，球柄宽度为9-10cm，球柄长度为10-14cm。
本发明所提供的一种防粘气象气球的制备方法，所述步骤S4为将溶液与水分散体分别加入离心浓缩天然胶乳中后，然后加入乳状液，再加入氯丁胶乳进行混合，将所得混合物与防粘剂混合，得到原料胶乳。
根据本发明所提供的一种防粘气象气球的制备方法，所述步骤S5中的水性防粘处理包括胶膜清洗润湿、浸泡隔离剂和干燥胶膜。为了使防粘效果更好，优选地，所述隔离剂为白炭黑的悬浮水溶液；以白炭黑的悬浮水溶液的总重量为基准，所述白炭黑含量为2-10%。所用的隔离剂为白炭黑的悬浮水溶液，白炭黑的粒径小，具有巨大的比表面积，白炭黑悬浮水溶液均匀分散于气球胶膜表面后，随着水分的蒸发，则有一层薄而均匀的白炭黑附着于气球胶膜表面，实现了在不使用大量粉剂隔离剂的同时，可以进一步保证气象气球在硫化及以后的贮存期中不会产生粘连。
本发明所提供的一种防粘气象气球的制备方法，优选地，所述隔离剂的温度为30-60℃。本发明的隔离剂的温度为30-60℃，使气球胶膜在浸泡隔离剂的同时部分收缩，减少了气球胶膜在硫化过程中的收缩量，从而进一步减少粘连的产生。
本发明的防粘气象气球的制备方法，其生产现场粉尘浓度低，不会对生产人员的身体健康造成危害，所生产的气球残余粉尘含量少，能满足测探27000m以上高空气象要素的要求。
本发明还提供了一种防粘气象气球，所述气象气球由本发明所述的方法制备得到。
本发明所提供的方法制备得到的防粘气象气球，能够适应于探测27000m以上高空气象要素的要求，残余粉尘含量少（750克少粉气象气球的残余粉尘含量小于5g），不会对施放人员的健康及探测仪器的精度产生影响，同时具有升空高度高，气球使用时间长，耐老化性能好等优点。
下面通过具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
1、原料胶乳组成及含量
离心浓缩天然胶乳100份，氯丁胶乳10份，氢氧化钾0.2份、酪素0.15份，平平加O（十二烷基聚氧乙烯醚） 0.1份，硫磺1份，防老剂1份，促PX（乙基-苯基-二硫代氨基甲酸锌） 1.5份，氧化锌0.2份，石蜡0.125份，DOS(葵二酸二辛酯)5份，聚乙烯蜡乳液2份。
2、制备防粘气象气球
（1）制备原料胶乳
先将各种的不溶于水的固体粉末原料制成水分散体，将溶于水的固体粉末原料配制成溶液，将油性原料配制成乳状液，然后将溶液与水分散体分别加入离心浓缩天然胶乳中，然后加入乳状液，再与氯丁胶乳混合，最后将所得混合物与防粘剂混合。
（2）制备防粘气象气球
将模型先浸渍凝固剂，然后浸到上述配合胶乳槽中，浸渍5分钟后，提出，停放胶凝，浸渍到50度热水中3分钟，把胶膜从模型上脱下，胶膜洗涤干净，充气到2.7米直径后定型1小时，放气后整理润湿球皮，浸泡到40℃的白炭黑含量3%热隔离剂悬浮水溶液中，取出干燥后停放硫化，得到成品防粘气象气球A1。
实施例2
1、原料胶乳组成及含量
离心浓缩天然胶乳100份，氯丁胶乳10份，氢氧化钾0.2份，酪素0.15份，平平加O（十二烷基聚氧乙烯醚） 0.1份，硫磺1份，防老剂1份，促PX（乙基-苯基-二硫代氨基甲酸锌） 1.5份，氧化锌0.2份，石蜡0.125份，DOS(葵二酸二辛酯)2.5份，机械油2.5份，聚乙烯蜡乳液2份。
2、制备防粘气象气球
（1）制备原料胶乳
先将各种的不溶于水的固体粉末原料制成水分散体，将溶于水的固体粉末原料配制成溶液，将油性原料配制成乳状液，然后将溶液与水分散体分别加入离心浓缩天然胶乳中，然后加入乳状液，再与氯丁胶乳混合，最后将所得混合物与防粘剂混合。
（2）制备防粘气象气球
将模型先浸渍凝固剂，然后浸到上述配合胶乳槽中，浸渍5分钟后，提出，停放胶凝，浸渍到50度热水中3分钟，把胶膜从模型上脱下，胶膜洗涤干净，充气到2.7米直径后定型1小时，放气后整理润湿球皮，浸泡到40℃的白炭黑含量3%热隔离剂悬浮水溶液中，取出干燥后停放硫化，得到成品防粘气象气球A2。
实施例3
1、原料胶乳组成及含量
离心浓缩天然胶乳100份，氯丁胶乳10份，酪素0.15份，平平加O（十二烷基聚氧乙烯醚） 0.1份，硫磺1份，防老剂1份，促PX（乙基-苯基-二硫代氨基甲酸锌） 1.5份，氧化锌0.2份，石蜡0.125份，DOS(葵二酸二辛酯)5份，聚乙烯蜡乳液9份。
2、制备防粘气象气球
（1）制备原料胶乳
先将各种的不溶于水的固体粉末原料制成水分散体，将溶于水的固体粉末原料配制成溶液，将油性原料配制成乳状液，然后将溶液与水分散体分别加入离心浓缩天然胶乳中，然后加入乳状液，再与氯丁胶乳混合，最后将所得混合物与防粘剂混合。
（2）制备防粘气象气球
将模型先浸渍凝固剂，然后浸到上述配合胶乳槽中，浸渍5分钟后，提出，停放胶凝，浸渍到50度热水中3分钟，把胶膜从模型上脱下，胶膜洗涤干净，充气到2.7米直径后定型1小时，放气后整理润湿球皮，浸泡到30℃的白炭黑含量3%热隔离剂悬浮水溶液中，取出干燥后停放硫化，得到成品防粘气象气球A3。
实施例4
1、原料胶乳组成及含量
离心浓缩天然胶乳100份，氯丁胶乳10份，氢氧化钾0.2份平平加O（十二烷基聚氧乙烯醚） 0.1份，硫磺1份，防老剂1份，促PX（乙基-苯基-二硫代氨基甲酸锌） 1.5份，氧化锌0.2份，石蜡0.125份，DOS(葵二酸二辛酯)5份，聚乙烯蜡乳液1份。
2、制备防粘气象气球
（1）制备原料胶乳
先将各种的不溶于水的固体粉末原料制成水分散体，将溶于水的固体粉末原料配制成溶液，将油性原料配制成乳状液，然后将溶液与水分散体分别加入离心浓缩天然胶乳中，然后加入乳状液，再与氯丁胶乳混合，最后将所得混合物与防粘剂混合。
（2）制备防粘气象气球
将模型先浸渍凝固剂，然后浸到上述配合胶乳槽中，浸渍5分钟后，提出，停放胶凝，浸渍到50度热水中3分钟，把胶膜从模型上脱下，胶膜洗涤干净，充气到2.7米直径后定型1小时，放气后整理润湿球皮，浸泡到60℃的白炭黑含量2%热隔离剂悬浮水溶液中，取出干燥后停放硫化，得到成品防粘气象气球A4。
实施例5
1、原料胶乳组成及含量
离心浓缩天然胶乳100份，氯丁胶乳10份，氢氧化钾0.2份，酪素0.15份，硫磺3份，防老剂2份，促PX（乙基-苯基-二硫代氨基甲酸锌） 3份，氧化锌0.2份，石蜡0.125份，DOS(葵二酸二辛酯)2.5份，机械油2.5份，聚乙烯蜡乳液1份。
2、制备防粘气象气球
（1）制备原料胶乳
先将各种的不溶于水的固体粉末原料制成水分散体，将溶于水的固体粉末原料配制成溶液，将油性原料配制成乳状液，然后将溶液与水分散体分别加入离心浓缩天然胶乳中，然后加入乳状液，再与氯丁胶乳混合，最后将所得混合物与防粘剂混合。
（2）制备防粘气象气球
将模型先浸渍凝固剂，然后浸到上述配合胶乳槽中，浸渍5分钟后，提出，停放胶凝，浸渍到50度热水中3分钟，把胶膜从模型上脱下，胶膜洗涤干净，充气到2.7米直径后定型1小时，放气后整理润湿球皮，浸泡到40℃的白炭黑含量10%热隔离剂悬浮水溶液中，取出干燥后停放硫化，得到成品防粘气象气球A5。
对比例1
1、原料胶乳组成及含量
离心浓缩天然胶乳100份，氯丁胶乳10份，氢氧化钾0.2份，酪素0.15份，平平加O（十二烷基聚氧乙烯醚） 0.1份，硫磺1份，防老剂1份，促PX（乙基-苯基-二硫代氨基甲酸锌） 1.5份，氧化锌0.2份，石蜡0.125份，DOS(葵二酸二辛酯)2.5份，机械油2.5份，聚乙烯蜡乳液2份。
2、制备防粘气象气球
（1）制备原料胶乳
先将各种的不溶于水的固体粉末原料制成水分散体，将溶于水的固体粉末原料配制成溶液，将油性原料配制成乳状液，然后将溶液与水分散体分别加入离心浓缩天然胶乳中，然后加入乳状液，再与氯丁胶乳混合，最后将所得混合物与防粘剂混合。
（2）制备防粘气象气球
将模型先浸渍凝固剂，然后浸到上述配合胶乳槽中，浸渍5分钟后，提出，停放胶凝，浸渍到50度热水中3分钟，把胶膜从模型上脱下，胶膜洗涤干净，充气到2.7米直径后定型1小时，放气后整理球皮，停放硫化，得到成品气象气球CA1。
对比例2
制备常规的气象气球CA2。
1、原料胶乳组成及含量
离心浓缩天然胶乳100份，氯丁胶乳10份，氢氧化钾0.2份，酪素0.15份，平平加O（十二烷基聚氧乙烯醚） 0.1份，硫磺1份，防老剂1份，促PX（乙基-苯基-二硫代氨基甲酸锌） 1.5份，氧化锌0.2份，石蜡0.125份，DOS(葵二酸二辛酯)5份。
2、制备气象气球
（1）制备原料胶乳
先将各种的不溶于水的固体粉末原料制成水分散体，将溶于水的固体粉末原料配制成溶液，将油性原料配制成乳状液，然后将溶液与水分散体分别加入离心浓缩天然胶乳中，然后加入乳状液，最后将所得混合物与氯丁胶乳混合。
（2）制备气象气球
将模型先浸渍凝固剂，然后浸到上述配合胶乳槽中，浸渍5分钟后，提出，停放胶凝，浸渍到50度热水中3分钟，把胶膜从模型上脱下，胶膜洗涤干净，在胶膜外部涂满滑石粉，胶膜内部填充适量滑石粉，充气到2.7米直径后定型1小时，放气后整理球皮，停放硫化，即得到成品常规气象气球的产品CA2。
测试方法及结果
1、拉断伸长率
按GB/T528规定的试验方法进行。从每个气球中部（把气象气球沿浸渍方向四等分，取中间两部分），用I型裁刀裁取三个哑铃状试片，每片试片间距不小于50cm。每项试验结果以三个试片测试结果的中值表示。热空气老化试验按GJB987A中方法400规定的试验方法进行。结果见表1。
2、拉伸强度
按GB/T528规定的试验方法进行。从每个气球中部（把气象气球沿浸渍方向四等分，取中间两部分），用I型裁刀裁取三个哑铃状试片，每片试片间距不小于50cm。每项试验结果以三个试片测试结果的中值表示。热空气老化试验按GJB987A中方法400规定的试验方法进行。结果见表1。
3、残余粉尘含量
测试方法：
a. 打开气球包装，小心将气球从包装中取出；
b. 用在检定有效期内、分度值不大于0.5g的天平或电子称称量气球的重量mb（g）；
c. 抖去球内和外表面多余的粉尘；
d. 排出球内空气，再用同一天平或电子称称量气球的重量ma（g）；
e. 测量结果精确到 0.5g；
f. 残余粉尘含量为mb-ma；
g. 每个气象气球的粉尘重量取一次测量值。
结果见表1。
4、升空高度
升空高度获取方法参考《常规高空气象观测业务规范》。结果见表1。
表1
从表1中可以看出，本发明的防粘气象气球的粉尘含量低于2.0g，远远小于对比例2的粉尘含量20.5g，且其拉断伸长率、拉伸强度和定伸应力都很好，老化前和老化后的拉断伸长率、拉伸强度区别不大，耐老化性能强。其升空高度达到了29094米以上，升空高度高，达到目前对气象气球的要求。从实施例2和对比例1的对比中可以看出，在硫化之前浸泡隔离剂比没有浸泡隔离剂的含粉量相同，但是对比例1的防粘效果不及实施例2的好，气球胶膜有粘连产生，说明必须在硫化之前做水性防粘处理，即浸泡隔离剂，才可以在不大量使用粉剂隔离剂的时候起到防粘的效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种防粘气象气球的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将不溶于水的固体原料研磨制成水分散体；
S2、将溶于水的固体原料配制成溶液；
S3、将石蜡和油性原料配制成乳状液；
S4、将溶液与水分散体分别加入胶性原料中后，然后加入乳状液进行混合，将所得混合物与防粘剂混合，得到原料胶乳；
S5、模型浸渍凝固剂、浸渍原料胶乳、停放胶凝、浸热水、脱模、清洗胶膜、充气定型、水性防粘处理和硫化，即得到所述的气象气球；
其中，所述防粘剂为聚乙烯蜡乳液。
2.根据权利要求1所述的防粘气象气球的制备方法，其特征在于，所述胶性原料为离心浓缩天然胶乳和氯丁胶乳；所述固体原料为氢氧化钾、酪素、平平加O、硫磺、防老剂、乙基-苯基-二硫代氨基甲酸锌和氧化锌；所述油性原料为葵二酸二辛酯和机械油。
3.根据权利要求2所述的防粘气象气球的制备方法，其特征在于，所述气象气球中的各组分含量如下：
离心浓缩天然胶乳100份，
氯丁胶乳10份，
氢氧化钾0-0.2份，
酪素0-0.15份，
平平加O 0-0.1份，
硫磺1-3份，
防老剂1-2份，
乙基-苯基-二硫代氨基甲酸锌1.5-3份，
氧化锌0.2份，
葵二酸二辛酯 2.5-5份，
机械油0-2.5份，
石蜡0.125份，
聚乙烯蜡乳液1-9份。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的防粘气象气球的制备方法，其特征在于，所述气象气球的质量为700-800g，球身长度为205-265cm，球柄宽度为9-10cm，球柄长度为10-14cm。
5.根据权利要求1所述的防粘气象气球的制备方法，其特征在于，所述步骤S4为将溶液与水分散体分别加入离心浓缩天然胶乳中后，然后加入乳状液，再加入氯丁胶乳进行混合，将所得混合物与防粘剂混合，得到原料胶乳。
6.根据权利要求1所述的防粘气象气球的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中的水性防粘处理包括胶膜清洗润湿、浸泡隔离剂和干燥胶膜。
7.根据权利要求6所述的防粘气象气球的制备方法，其特征在于，所述隔离剂为白炭黑的悬浮水溶液；以白炭黑悬浮水溶液的总重量为基准，所述白炭黑含量为2-10%。
8.根据权利要求7所述的防粘气象气球的制备方法，其特征在于，所述隔离剂的温度为30-60℃。
9.一种防粘气象气球，其特征在于，所述气象气球由权利要求1-8任一项所述的方法制备得到。
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