CN113024902B - 一种生物环保酶解粉及其制备方法、及在提高改性环保胶抗撕裂性能中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种生物环保酶解粉及其制备方法、及在提高改性环保胶抗撕裂性能中的应用，所述生物环保酶解粉的成分的重量百分含量为：玉米芯粉90‑95％；硬脂基三甲基氯化铵2.0‑5.0％；硅氧烷三醇藻酸酯1.0‑2.0％；木聚糖酶2.0‑3.0％，经清洗烘干、粉碎过筛、活化酶解及喷雾干燥步骤制备而成。该生物环保酶解粉，可使胶乳在交联中构建星形网络的结构，使改性橡胶增强增韧，富有高弹性和坚固耐用性。该生物环保酶解粉制备工艺简单，应用于橡胶改性仅需按规定计量加入后在充分搅匀即可。采用该生物环保酶解粉改性的抗撕裂改性环保胶，具有高抗撕裂强度性能。

Description

一种生物环保酶解粉及其制备方法、及在提高改性环保胶抗 撕裂性能中的应用

技术领域

本发明属于天然橡胶生产技术领域，尤其涉及一种生物环保酶解粉及其制备方法、及在提高改性环保胶抗撕裂性能中的应用。

背景技术

天然橡胶是重要的战略资源和基础工业原料，直接关系国计民生和国家安全。中国拥有海南、云南等天然橡胶种植区，由于我国生产天然橡胶的地理位置差，导致国产天然橡胶质量稳定性低，批次之间质量性能差异较大。非胶组分及橡胶分子链上的基团会发生局部物理化学变化，使橡胶分子链发生支化或交联，导致橡胶拉伸强力、撕裂强力、定伸等发生变化，尤其是抗撕裂强度性能差，具体应用上表现为：在寒冷地区、煤矿、铁矿、深坑等恶劣环境下，轮胎、巨型轮胎的胎面、胎侧产生裂纹、崩花、掉块、大面积撕裂等突出问题，困扰着生产者和使用者。我国天然橡胶进口量非常大，因此，在增加天然橡胶产出率的基础上，提高天然橡胶的品质和质量稳定性尤为重要，尤其是提高天然橡胶的抗撕裂性能是我国天然橡胶产业发展的一个迫在眉睫的问题。

发明内容

本发明针对我国天然橡胶抗撕裂性能差的技术问题，提出一种生物环保酶解粉，使用该生物环保酶解粉改性后的橡胶制造出的轮胎抗撕裂强度高、不崩花掉块现象。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种生物环保酶解粉，其成分的重量百分含量为：玉米芯粉90-95％；硬脂基三甲基氯化铵2.0-5.0％；硅氧烷三醇藻酸酯1.0-2.0％；木聚糖酶2.0-3.0％。

作为优选，其成分的重量百分含量为：玉米芯粉93.60％；硬脂基三甲基氯化铵2.70％；硅氧烷三醇藻酸酯1.50％；木聚糖酶2.20％。

一种生物环保酶解粉的制备方法，包括如下步骤：

(1)清洗烘干：将玉米芯清洗后脱水，放入60-80℃的烘干炉中烘干至含水率≤0.5％；

(2)粉碎过筛：烘干后的玉米芯用粉体包覆改性机进行空气分级研磨，并用500目标准筛筛选，得玉米芯粉；

(3)活化酶解：按照玉米芯粉90-95％、硬脂基三甲基氯化铵2.0-5.0％、硅氧烷三醇藻酸酯1.0-2.0％、木聚糖酶2.0-3.0％的百分含量加入生物反应器中，在80～100℃下活化酶解1-2h。

(4)喷雾干燥：将酶解后的样品经喷雾干燥机进行混合均匀干燥，得酶解粉。

作为优选，步骤(4)中干燥机采用中入气流式，空压机出气压力为0.20Mpa，蠕动泵控制物料流速15ml/min，喷头转速10000r/min。

作为优选，步骤(4)设定中入气流式干燥机温度120℃-150℃，加热时间30-60S。

一种上述的生物环保酶解粉在提高改性环保胶抗撕裂性能中的应用。

作为优选，该生物环保酶解粉按质量分数占天然橡胶干质量的2-3％加入橡胶乳中。

作为优选，按照酶解粉10-15％，悬浮剂0.8-1.0‰，水85-90％的百分含量加入至高速研磨机中，研磨速度500-800r/min，时间5-10min，研磨混合制得浓度为10-15％的生物环保酶解水溶液，将生物环保酶解水溶液加入橡胶乳中。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

本发明生物环保酶解粉是由3种苯丙烷单元通过醚键和碳碳键相互连接形成具有三维网状结构的生物高分子复杂酚类聚合物，含有丰富的芳环结构、脂肪族和芳香族羟基以及醌基等活性基，是天然橡胶交叉链接的酚聚合物，具有多反应位点，可使胶乳在交联中构建星形网络的结构，使改性橡胶增强增韧，富有高弹性和坚固耐用性。该生物环保酶解粉制备工艺简单，应用于橡胶改性仅需按规定计量加入后在充分搅匀即可。

采用该生物环保酶解粉改性的抗撕裂改性环保胶，无刺激性、无副作用、无毒害性，具有高抗撕裂强度性能，寒冷、煤矿、铁矿、深坑等恶劣环境下使用的轮胎、巨型轮胎抗撕裂强度远远好于使用其它天然橡胶。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合实施例做具体说明。

实施例1：

一种生物环保酶解粉的制备方法,包括如下步骤：

(1)清洗烘干：将玉米芯(穗轴)用清水清洗干净，脱水，放入60-80℃的烘干炉中烘干。大约烘4-5h后取出样品测含水率，含水率≤0.5％即可出炉，备用

(2)粉碎过筛：将烘干后的玉米芯用粉体包覆改性机进行空气分级研磨，并选用500目标准筛筛选样品将筛选出的玉米芯粉收集，备用

(3)活化酶解：按照玉米芯粉93.3％、硬脂基三甲基氯化铵2.50％、硅氧烷三醇藻酸酯1.50％、木聚糖酶2.70％的百分含量将原料加入生物反应器中，在80-100℃下活化酶解1-2h。经酶解处理的玉米芯粉呈褐色，具有水果香味。

(4)喷雾干燥：将酶解后的样品经喷雾干燥机进行混合均匀并干燥，设置空压机出气压力为0.20Mpa，蠕动泵控制物料流速15ml/min,喷头转速10000r/min，温度120℃-150℃，加热时间30-60S，抽检挥发物≤0.5％即可，得酶解粉。

(5)研磨悬浮：按照酶解粉10-15％，悬浮剂0.8-1.0‰，水85-90％的百分含量加入至高速研磨机中，研磨速度500-800r/min，时间5-10min，研磨混合制得浓度为10-15％的生物环保酶解粉水溶液。将该酶解粉水溶液停放2-3h测沉降体积，2-3h内不沉降即合格，可用于环保橡胶的改性。

将上述浓度为10-15％生物环保酶解水溶液加入到天然橡胶乳液溶液中，制得改性胶乳溶液，并进一步制备改性天然橡胶，对制备的改性天然橡胶进行性能测试，具体三个样品的制备过程如下：

样品一：

步骤1：加入生物防凝剂

将生物防凝剂在40-50℃的温水中搅拌稀释，按生物防凝剂与水质量比为1:9的比例混合，得到浓度为10％的生物防凝剂水溶液。从割胶至收胶的时间大约5-8小时，一般胶桶规格为25-30公斤，根据需要割胶时在胶桶内放入10％生物防凝剂水溶液，加入量按天然鲜胶乳(天然鲜胶乳中胶乳干含量为20％-25％)含量的3-8‰；根据季节不同适当调整加入量。本例中先将天然橡胶乳1000g质量份数加入胶池中，再加10％生物防凝剂水溶液50g于胶池中，并搅拌，使生物防凝剂充分、均匀的与胶乳混合。

步骤2：加入生物环保酶解粉水溶液

将20g按照上述制备方法制备的浓度为10％的生物环保酶解水溶液加入天然橡胶乳液溶液中，用搅拌机搅拌5-10min，设置转速为200-300r/min，制得改性胶乳溶液。

步骤3：加入生物促凝剂

在凝固池内加入天然橡胶生物促凝剂，按胶乳质量的5-10‰加入浓度为10％的促凝剂水溶液70g，常温机械搅拌分散3min-5min，充分混合均匀；用pH试纸测定凝固槽内胶乳的pH值，应在5.0-6.0之间，胶乳均匀絮凝10-16h；胶乳完全凝固，颜色乳白，乳清“清而不浊，浑而不白”，形状似乳白色豆腐块。

步骤4：起绉、造粒、干燥工序

将促凝后的胶料依次经过起绉、水洗、造粒、再水洗后经造粒机切割成大小为3-5mm左右的颗粒再水洗，测水洗液pH＝6-7即可进入脱水甩干工序，脱水甩干10-20min入干燥室，温度为70℃-85℃，干燥时间为2-3h，抽样测挥发分含量≤0.5％即可出干燥室，制得高抗撕裂改性环保胶NRX-N1。

样品二：

一种具有高抗撕裂改性环保胶制备方法，包括：

步骤1：加入生物防凝剂

将生物防凝剂在40-50℃的温水中搅拌稀释，按生物防凝剂与水质量比为1:9的比例混合，得到浓度为10％的生物防凝剂水溶液。将天然橡胶乳1000g加入胶池中，再加生物60g浓度为10％的防凝剂水溶液，搅拌使生物防凝剂与胶乳混匀。

步骤2：加入生物环保酶解粉水溶液

将25g按照上述制备方法制备的浓度为10％的生物环保酶解水溶液加入天然橡胶乳中，用搅拌机转速200-300r/min搅拌5-10min，制得改性胶乳溶液。

步骤3：加入生物促凝剂

在凝固池内加入天然橡胶生物促凝剂，按胶乳质量的5-10‰加入浓度为10％的促凝剂水溶液80g，常温机械搅拌分散3min-5min，充分混合均匀；用pH试纸测定凝固槽内胶乳的pH值，应在5.0-6.0之间，胶乳均匀絮凝10-16h；胶乳完全凝固，颜色乳白，乳清“清而不浊，浑而不白”，形状似乳白色豆腐块。

步骤4：起绉、造粒、干燥工序

将促凝后的胶料依次经过起绉、水洗、造粒、再水洗、经造粒机切割成大小为3-5mm左右的颗粒再水洗，测水洗液pH＝6-7即可进入脱水甩干工序，脱水甩干10-20min入干燥室，温度为70℃-85℃，干燥时间为2-3h，抽样测挥发分含量≤0.5％即可出干燥室，制得高抗撕裂改性环保胶NRX-N1。

样品三：

一种具有高抗撕裂改性环保胶制备方法，包括：

步骤1：加入生物防凝剂：将生物防凝剂在40-50℃的温水中搅拌稀释，按生物防凝剂与水质量比为1:9的比例混合，得到10％生物防凝剂水溶液。将1000g天然橡胶乳加入胶池中，再加入70g浓度10％的生物防凝剂水溶液，搅拌使生物防凝剂与胶乳混匀。

步骤2：加入生物环保酶解粉水溶液

将30g按照上述制备方法制备的浓度为10％的生物环保酶解水溶液加入天然橡胶乳中，用搅拌机转速200-300r/min搅拌5-10min，制得改性胶乳溶液。

步骤3：加入生物促凝剂

在凝固池内加入天然橡胶生物促凝剂，按胶乳质量的5-10‰加入浓度为10％的促凝剂水溶液90g，常温机械搅拌分散3min-5min，充分混合均匀；用pH试纸测定凝固槽内胶乳的pH值，应在5.0-6.0之间，胶乳均匀絮凝10-16h；胶乳完全凝固，颜色乳白，乳清“清而不浊，浑而不白”，形状似乳白色豆腐块。

步骤4：起绉、造粒、干燥工序

将促凝后的胶料依次经过起绉、水洗、造粒、再水洗、经造粒机切割成大小为3-5mm左右的颗粒再水洗，测水洗液pH＝6-7即可进入脱水甩干工序，脱水甩干10-20min入干燥室，温度为70℃-85℃，干燥时间为2-3h，抽样测挥发分含量≤0.5％即可出干燥室，制得高抗撕裂改性环保胶。

上述生物防凝剂和生物促凝剂的成分配比和制备方法分别公开在申请号为202010038047.2和202010037080.3的发明专利中，此处不再赘述。

对上述高抗撕裂改性环保胶样品进行性能测试，测试执行标准：GB/T8081-2018天然生胶技术分级橡胶(现行)，结果见表1。

表1抗撕裂改性环保胶测试数据

表2抗撕裂改性环保胶物理性能测试结果

(执行标准：NY/T1403-2007天然橡胶评价方法(现行))

由上述表1-2可知，本申请制备的抗撕裂改性环保胶具有较高的抗撕裂强度性能，均优于正常生产胶或等同于正常胶，尤其是撕裂强度远远高于正常生产胶，其它性能也高于国家标准。

本发明生物环保酶解粉是由3种苯丙烷单元通过醚键和碳碳键相互连接形成具有三维网状结构的生物高分子复杂酚类聚合物，含有丰富的芳环结构、脂肪族和芳香族羟基以及醌基等活性基，是天然橡胶交叉链接的酚聚合物，具有多反应位点，可使胶乳在交联中构建星形网络的结构，使改性橡胶增强增韧，富有高弹性和坚固耐用性。该生物环保酶解粉制备工艺简单，应用于橡胶改性仅需按规定计量加入后在充分搅匀即可。采用该生物环保酶解粉改性的抗撕裂改性环保胶，无刺激性、无副作用、无毒害性，具有高抗撕裂强度性能，寒冷、煤矿、铁矿、深坑等恶劣环境下使用的轮胎、巨型轮胎抗撕裂强度远远好于使用其它天然橡胶。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种生物环保酶解粉，其特征在于，其成分的重量百分含量为：玉米芯粉90-95%；硬脂基三甲基氯化铵2.0-5.0%；硅氧烷三醇藻酸酯1.0-2.0%；木聚糖酶2.0-3.0%；

制备步骤包括如下：

（1）清洗烘干：将玉米芯清洗后脱水，放入60-80℃的烘干炉中烘干至含水率≤0.5%；

（2）粉碎过筛：烘干后的玉米芯用粉体包覆改性机进行空气分级研磨，并用500目标准筛筛选，得玉米芯粉；

（3）活化酶解：按照玉米芯粉90-95%、硬脂基三甲基氯化铵2.0-5.0%、硅氧烷三醇藻酸酯1.0-2.0%、木聚糖酶2.0-3.0%的百分含量加入生物反应器中，在80~100℃下活化酶解1-2h；

（4）喷雾干燥：将酶解后的样品经喷雾干燥机进行混合均匀干燥，得酶解粉。

2.根据权利要求1所述的生物环保酶解粉，其特征在于：其成分的重量百分含量为：玉米芯粉93.60%；硬脂基三甲基氯化铵2.70%；硅氧烷三醇藻酸酯1.50%；木聚糖酶2.20%。

3.根据权利要求1所述的生物环保酶解粉，其特征在于：步骤（4）中干燥机采用中入气流式，空压机出气压力为0.20Mpa，蠕动泵控制物料流速15ml/min，喷头转速10000r/min。

4.根据权利要求3所述的生物环保酶解粉，其特征在于：步骤（4）设定中入气流式干燥机温度120℃-150℃，加热时间30-60S。

5.一种权利要求1-2任意一项所述的生物环保酶解粉在提高改性环保胶抗撕裂性能中的应用。

6.根据权利要求5所述的生物环保酶解粉在提高改性环保胶抗撕裂性能中的应用，其特征在于：该生物环保酶解粉按质量分数占天然橡胶干质量的2-3%加入橡胶乳中。

7.根据权利要求6所述的生物环保酶解粉在提高改性环保胶抗撕裂性能中的应用，其特征在于：按照酶解粉10-15%，悬浮剂0.8-1.0‰，水85-90%的百分含量加入至高速研磨机中，研磨速度500-800r/min，时间5-10min，研磨混合制得浓度为10-15%的生物环保酶解水溶液，将生物环保酶解水溶液加入橡胶乳中。