CN111423528A - 天然橡胶标准生胶的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种天然橡胶标准生胶的生产方法,包括以下步骤:步骤S100:按每吨干胶质量的0.4~7‰取菠萝胶乳凝固剂,将所述菠萝胶乳凝固剂与水按质量比为1:90~110混合,得到凝固剂溶液;步骤S200:取凝固剂溶液与天然橡胶胶乳混合均匀后,放置至胶乳完全凝固,得到胶乳;步骤S300:胶乳经过脱水、干燥,得到天然橡胶标准生胶;所述菠萝胶乳凝固剂按质量份计将10~15份菠萝果肉、20~25份菠萝果皮、7~8份菠萝植株茎秆、5~6份菠萝植株叶片作为原料,榨汁后过滤得到滤液为所述菠萝胶乳凝固剂;所述脱水步骤中包括依序进行的压薄脱水和压绉脱水,所述压薄脱水和压绉脱水中所用脱水辊为等速辊,脱水后干基含水率<18%。
Description
技术领域
本申请涉及一种天然橡胶标准生胶的生产方法,属于新型橡胶的合成技术及橡胶新材料制备技术领域。
背景技术
现有强酸类凝固剂在胶乳中添加量较大,凝固后所得乳胶产品强度低,产品一致性较差。同时甲酸本身腐蚀性强、采购成本高,且凝固后废液中含有大量酸,增加企业废水处理成本。
天然橡胶胶液中含有天然防老剂,在经过加碱保存和加酸凝固处理后会被破坏,同时生胶的抗氧指数不稳定,波动较大。
采用甲酸作为凝固剂,所得生胶干燥时,难以彻底干燥,极易出现夹生和过热现象,加速橡胶分子链氧化降解,导致产品性能差异大,强度降低。
国内外使用菠萝果汁或菠萝果皮作为天然橡胶的生物凝固剂,但存在菠萝酶提取成本高、提取物中菠萝酶活性低,菠萝果肉中提取的凝固剂含糖量高,不易保存的缺点。
以菠萝果皮榨汁后作为凝固剂使用时,所得凝固后生胶还存在塑性初值(P0)值偏高的问题,同时储存16小时后,凝固样胶的塑性保持率(或称抗氧指数,PRI)下降明显,影响储存后生胶的加工性能。
发明内容
本申请提供了一种天然橡胶标准生胶的生产方法,用于解决现有技术中存在的以甲酸为凝固剂成本高、腐蚀性强、天然防老剂被酸碱处理分解,影响储存时间较长橡胶的理化性能的技术问题。
本申请提供了一种天然橡胶标准生胶的生产方法,包括以下步骤:
步骤S100:按每吨干胶质量的0.4~7‰取菠萝胶乳凝固剂,将所述菠萝胶乳凝固剂与水按质量比为1:90~110混合,得到凝固剂溶液;
步骤S200:取凝固剂溶液与天然橡胶胶乳混合均匀后,放置至胶乳完全凝固,得到胶乳;
步骤S300:胶乳经过脱水、干燥,得到天然橡胶标准生胶;
所述菠萝胶乳凝固剂按质量份计将10~15份菠萝果肉、20~25份菠萝果皮、7~8份菠萝植株茎秆、5~6份菠萝植株叶片作为原料,榨汁后过滤得到滤液为所述菠萝胶乳凝固剂;
所述脱水步骤中包括依序进行的压薄脱水和压绉脱水,所述压薄脱水和压绉脱水中所用脱水辊为等速辊,脱水后干基含水率<18%。
将按上述比例混合的菠萝果肉、果皮、茎秆、叶片作为原料,经过粉碎后榨汁,所得滤液即可作为胶乳凝固剂使用。所得胶乳凝固剂中充分利用了菠萝果皮、茎秆、叶片中所含的矿质元素、总糖、粗纤维,增加凝固后生胶的韧性及加工特性,使其在满足GB/T8081-2018《天然生胶技术分级橡胶(TSR)规格导则》的同时,降低了生胶的P0值,保持生胶储存16小时内的PRI,从而有效保持其塑性,便于进行加工处理。
当天然胶乳与酶凝固混合后,一些非橡胶物质的含量,尤其是蛋白质的变化更为明显,对天然橡胶的各项技术指标产生影响,对天然橡胶蛋白质含量以及各种性能,例如理化性能、硫化特性、交联密度、力学性能、加工性能、内生热等均有改善。
菠萝植株的茎秆、叶、果皮中含有蛋白酶、糖类、有机酸、蛋白质,脂肪等,其中蛋白酶可以破坏胶粒表层的蛋白质,糖类、有机酸可以被细菌利用,产生的有机酸也可以破坏胶乳的稳定性,促进胶乳絮凝。菠萝的茎秆、叶片、果皮属于菠萝采收后的废弃物,从中提取的天然橡胶生物凝固剂可以有效节约生产成本,而且菠萝茎秆、叶、果皮中含糖量较低,可以延长保存时间,方便储存。菠萝植株的茎秆、叶片、果皮的再利用还可为果农增加收入。
同时采用等速转动的辊进行压薄脱水和压绉脱水,能防止差速辊筒产生的剪切力对乳胶凝块中的橡胶分子链造成破坏。从而保持胶乳中所形成的长链分子结构,进一步增强所得生胶的加工理化性能。以协同菠萝叶片的加入,共同弥补将菠萝植株提取物作为凝固剂使用后,所得生胶P0 值偏高的问题。
其中干胶是指步骤c中干燥后所得天然橡胶标准生胶。
优选地,所述压薄脱水步骤中不用清水冲洗乳胶。能避免乳胶中非胶组份流失,有效保留乳胶中所含天然防老剂,延长所得生胶的保存时间及存储性能。
优选地,所述干燥步骤包括:将压绉脱后所得片状胶,挂晒的操作,挂晒后得到胶片;挂晒所用挂片杆表面设置惰性材料层。具体地所用惰性材料可以为四氟乙烯聚合物。采用具有惰性材料层的挂片杆能有效避免片状胶与挂片杆粘连。
优选地,所述干燥步骤中包括:将胶片在热空气吹扫环境中干燥24 小时,所用热空气温度为70~80℃,含氧量低于12%。
采用此含氧量的热分吹扫干燥胶片,能避免胶片内部夹生或外表烧焦,同时较低的含氧量,还能避免干燥过程中乳胶分子受热氧化,导致生胶抗老化性能降低。
干燥用的热空气使用燃烧后除去粉尘的热空气作为干燥热源,不能使用含有大量氧气的热空气作为热源。
采用上述方法制备得到的生胶折断伸长率可达到800%以上,拉伸强度达到25MPa以上。同时采用本申请提供方法生产的天然橡胶标准生胶P0 值得到降低,PRI值在储存中得到有效保持,提高生胶的加工性能保持时间,使其能在转运至加工产所前保持所需加工能力。采用上述方法所得生胶SCR WF产品理化性能均达到国家标准GB/T8081-2018《天然生胶技术分级橡胶(TSR)规格导则》。
优选地,所述菠萝胶乳凝固剂中原料为按质量份计的13份菠萝果肉、 22份菠萝果皮、8份菠萝植株茎秆、6份菠萝植株叶片。按此比例婚后菠萝果肉、果皮、茎秆及叶片后,凝固后生胶的P0值最低。
优选地,所述菠萝胶乳凝固剂中原料为按质量份计的10份菠萝果肉、 20份菠萝果皮、7份菠萝植株茎秆、5份菠萝植株叶片。按此比例婚后菠萝果肉、果皮、茎秆及叶片后,凝固后生胶的储存1月的PRI值变化最小。
优选地,所述菠萝胶乳凝固剂中原料为按质量份计的15份菠萝果肉、25份菠萝果皮、7份菠萝植株茎秆、6份菠萝植株叶片。该组合中,菠萝植株叶片包含:纤维素、木质素、果胶质、蜡状物。其中所含果胶质、蜡状物能增加凝固后生胶的柔韧性和塑性保持性,从而提高所得生胶中门尼应力松弛系数,获得较好地加工流动性。
优选地,所述胶乳凝固剂中加入胶乳凝固剂质量0.05%的苯甲酸钠,并充分搅拌均匀后进行保存。通过在所得滤液中加入苯甲酸钠,能有效延长滤液的凝固剂效果保质期,避免蛋白酶失活。
通过加入苯甲酸钠,可以保证所得滤液在制得后的7天内,凝固效果与新鲜榨取的凝固剂凝固效果一致。为确保凝固效果,所得滤液的最长存放期不宜超过7天。
优选地,所述原料经过混合、清洗、粉碎后,进行所述榨汁操作。
优选地,所述菠萝胶乳凝固剂的过滤步骤中,榨汁操作所得液体依序经过孔径为60目和400目的滤网进行过滤,得到所述滤液。依序采用此孔径滤网进行过滤,能减少杂质,提高有效植物纤维含量。
实际生产中,胶乳在放入凝固槽待表面凝固后,可用不透气薄膜覆盖,减少凝块表面氧化变色,同时减少胶乳凝块发出的芳香气味吸引昆虫污染橡胶,还可加快凝块的熟化速度,减少熟化时间。
本申请能产生的有益效果包括:
1)本申请所提供的天然橡胶标准生胶的生产方法,以该比例混合菠萝果肉、果皮、叶、茎秆,并采用所榨取的汁液作为胶乳凝固剂,能有效提取菠萝中所含膳食纤维,在蛋白酶分解胶粒表层蛋白质的同时,膳食纤维缠绕进入氨基酸絮凝物中,从而增强凝固后乳胶的强度、并降低生胶的 PO值,保持存储16小时内生胶的PRI值变化较小。
2)本申请所提供的天然橡胶标准生胶的生产方法,以菠萝叶片为原料,菠萝叶片中所含果胶质、蜡状物能增加凝固后生胶的柔韧性和塑性保持性,从而提高所得生胶中门尼应力松弛系数,获得较好地加工流动性。
3)本申请所提供的天然橡胶标准生胶的生产方法,菠萝的茎秆、叶片、果皮属于菠萝采收后的废弃物,再利用还可为果农增加收入,有效节约生产成本。
4)本申请所提供的天然橡胶标准生胶的生产方法,冲洗残酸使用差速辊筒对胶料进行搓洗,产生的剪切力破坏了橡胶分子,改进后使用等速辊筒进行压薄脱水或者螺杆挤压脱水,没有剪切力破坏橡胶分子,橡胶分子链更完整。
5)本申请所提供的天然橡胶标准生胶的生产方法,干燥所用热源为含粉尘低氧含量热空气,由于氧气被消耗,干燥过程中胶料不会氧化,能有效保持生胶性能和抗老化性。
具体实施方式
下面结合实施例详述本申请,但本申请并不局限于这些实施例。
实施例
如无特别说明,本申请的实施例中的原料、溶剂和天然橡胶胶乳均通过商业途径购买,不进行处理。
实施例1含菠萝植株提取物的胶乳凝固剂样品1~3的制备
称取菠萝果肉、菠萝果皮、菠萝植株茎秆、菠萝植株叶片作为原料,将原料进行混合、清洗、粉碎后,进行所述榨汁操作,榨汁后,以孔径为60 目的滤网过滤得到第一滤液,再以400目的滤网过滤所述第一滤液得到胶乳凝固剂。
胶乳凝固剂样品1~3所用原料的质量份数计如表1所示。
对比例1胶乳凝固剂样品D1的制备
与实施例1的区别在于,所用原料为10重量份的菠萝果皮。
实施例2天然橡胶标准生胶样品1~3的制备
a、按每吨干胶质量的4~7‰取实施例1中所得胶乳凝固剂样品1~3,将所述胶乳凝固剂与水按质量比为1:100混合,得到凝固剂溶液;
b、取凝固剂溶液与天然橡胶胶乳混合均匀后,放置4小时至胶乳完全凝固,得到胶乳;
c、胶乳经过脱水、干燥,得到天然橡胶标准生胶。
所述脱水步骤中包括依序进行的压薄脱水和压绉脱水,所述压薄脱水和压绉脱水中所用脱水辊为等速辊,脱水后干基含水率<18%。压薄脱水步骤中不用清水冲洗乳胶。
所述干燥步骤包括:将压绉脱后所得片状胶,挂晒的操作,挂晒后得到胶片;挂晒所用挂片杆表面设置四氟乙烯层。
所述干燥步骤中包括:将胶片在热空气吹扫环境中干燥24小时,所用热空气温度为70~80℃,含氧量低于12%。
天然橡胶标准生胶样品1~3中所用胶乳凝固剂样品如表1所列。
表1
对比例2天然橡胶标准生胶样品D1的制备
与实施例2的区别在于,所用胶乳凝固剂为胶乳凝固剂样品D1,得到天然橡胶标准生胶样品D1。
实施例3天然橡胶标准生胶样品1~3及D1性能测试
按现有测试方法对所得生胶样品1~3及D1进行测试,测试项目及所得结果如表2所示。
其中PRI值变化率按下式计算:
PRI值变化率=(生胶凝固后0时的PRI值—生胶凝固后1个月的PRI值)/ 生胶凝固后0时的PRI值。
门尼粘度机测试:按照GB/T1232-2016进行门尼粘度测试,测试结束后,快速将转子停止,记录Zmin内门尼粘度数值随时间延长的衰减现象,结果见表2。
表2中,Rlx_X30是从马达停止后1s经过30s后,门尼粘度值的变化(%); Rlx_a是指数a(测定的松弛应力比率)数值。Rlx_X30值越大,门尼粘度的松弛速率越快,Rlx_a指数a越小,生胶在加工中的流动性越好。
表2
a、所示国标为GB/T8081-2018《天然生胶技术分级橡胶(TSR)规格导则》
由表2可见,按现有技术中公开的成分仅使用菠萝皮榨取汁液,作为凝固剂后,生胶P0值较高,远高于甲酸凝固所得34。而采用本申请提供凝固剂后,充分利用菠萝茎杆和菠萝植株叶片中所含大量植物纤维,提高了塑性初值,便于对生胶进行分离储存,能实现较好的凝固效果同时,所得生胶的各项理化性能指标,均能达到国标要求,充分证明了该凝固剂可以替代现有甲酸凝固剂使用。
同时本申请提供凝固剂还能有利于保持储存过程中,所得生胶的PRI 值,变化较小,有利于保持其塑性,有利于生产。
由表2可见,采用本申请提供的凝固剂,能有效提高所得生胶的加工流动性,门尼应力松弛测试中所得结果均优于D1中所得生胶,说明采用本申请提供凝固剂,由于加入了富含果胶质、蜡状物的菠萝液,能有效提高凝固后所得生胶的流动性。
生胶的拉伸强度、断裂伸长率测试按GB/T528-2009(硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定)的规定执行。所得结果列于表3中。
表3
生胶样品编号 | 断裂伸长率(%) | 拉伸强度(MPa) |
1 | 815 | 25 |
2 | 864 | 28 |
3 | 950 | 26 |
D1 | 732 | 21 |
由上表可见,本申请提供方法制得的生胶断裂伸长率可达到 800~950%,拉伸强度达到25MPa以上。而未仅以菠萝果皮为原料得到的榨汁,作为凝固剂使用后,生胶样品D1的拉伸强度、断裂伸长率均低于本申请提供方法所得生胶性能。
因而本申请提供方法能有效提高凝固后生胶的拉伸强度、断裂伸长率,改善生胶的加工理化性能和力学性能。
在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”、“优选实施例”等,指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说,结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时,所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本申请的范围内。
尽管这里参照本申请的多个解释性实施例对本申请进行了描述,但是,应该理解,本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式,这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说,在本申请公开和权利要求的范围内,可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变形和改进外,对于本领域技术人员来说,其他的用途也将是明显的。
Claims (8)
1.一种天然橡胶标准生胶的生产方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤S100:按每吨干胶质量的0.4~7‰取菠萝胶乳凝固剂,将所述菠萝胶乳凝固剂与水按质量比为1:90~110混合,得到凝固剂溶液;
步骤S200:取凝固剂溶液与天然橡胶胶乳混合均匀后,放置至胶乳完全凝固,得到胶乳;
步骤S300:胶乳经过脱水、干燥,得到天然橡胶标准生胶;
所述菠萝胶乳凝固剂按质量份计将10~15份菠萝果肉、20~25份菠萝果皮、7~8份菠萝植株茎秆、5~6份菠萝植株叶片作为原料,榨汁后过滤得到滤液为所述菠萝胶乳凝固剂;
所述脱水步骤中包括依序进行的压薄脱水和压绉脱水,所述压薄脱水和压绉脱水中所用脱水辊为等速辊,脱水后干基含水率<18%。
2.根据权利要求1所述的天然橡胶标准生胶的生产方法,其特征在于,所述压薄脱水步骤中不用清水冲洗乳胶。
3.根据权利要求1所述的天然橡胶标准生胶的生产方法,其特征在于,所述干燥步骤包括:将压绉脱后所得片状胶,挂晒的操作,挂晒后得到胶片;挂晒所用挂片杆表面设置惰性材料层。
4.根据权利要求3所述的天然橡胶标准生胶的生产方法,其特征在于,所述干燥步骤中包括:将胶片在热空气吹扫环境中干燥24小时,所用热空气温度为70~80℃,含氧量低于12%。
5.根据权利要求1所述的天然橡胶标准生胶的生产方法,其特征在于,所述菠萝胶乳凝固剂中原料为按质量份计的13份菠萝果肉、22份菠萝果皮、8份菠萝植株茎秆、6份菠萝植株叶片。
6.根据权利要求1所述的天然橡胶标准生胶的生产方法,其特征在于,所述菠萝胶乳凝固剂中原料为按质量份计的10份菠萝果肉、20份菠萝果皮、7份菠萝植株茎秆、5份菠萝植株叶片。
7.根据权利要求1所述的天然橡胶标准生胶的生产方法,其特征在于,所述菠萝胶乳凝固剂中原料为按质量份计的15份菠萝果肉、25份菠萝果皮、7份菠萝植株茎秆、6份菠萝植株叶片。
8.根据权利要求1所述的天然橡胶标准生胶的生产方法,其特征在于,所述菠萝胶乳凝固剂的过滤步骤中,榨汁操作所得液体依序经过孔径为60目和400目的滤网进行过滤,得到所述滤液。
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