CN113265015A - 一种天然橡胶胶乳的凝固方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种天然橡胶胶乳的凝固方法，属于橡胶加工技术领域，解决了传统工艺需要加酸，而产生大量酸性污水的问题，天然橡胶胶乳的脱蛋白处理：脱蛋白剂0.8‑1.2份、离子水95‑106份、天然橡胶胶乳150‑170份；无机填料水分散体的制备：离子水90‑150份、无机填料32‑105份、表面活性剂0.1‑0.2份、防沉降剂0.1‑0.2份、防霉剂0.1‑0.2份；天然橡胶胶乳与无机填料的连续动态混合、凝固：将已经制备好的脱蛋白胶乳和无机填料浆料按1︰1.19的重量比同时加入到动态混合机中；由于没有用酸进行凝固，不需要用清水脱酸洗胶，可节省大量的水资源，同时也大幅度地减少了污水的排放。

Description

一种天然橡胶胶乳的凝固方法

技术领域

本发明属于橡胶加工技术领域，涉及一种天然橡胶胶乳的凝固方法。

背景技术

天然橡胶因其具有很强的弹性和良好的绝缘性、可塑性、隔水隔气、抗拉和耐磨等特点，广泛地运用于工业、农业、国防、交通、运输、机械制造、医药卫生领域和日常生活等方面。天然橡胶在我国的用量超过800万吨/年，仅仅用于汽车轮胎的天然橡胶就在400万吨左右。

天然橡胶与天然橡胶/无机填料复合胶的获取是从天然橡胶树上经割胶，得到天然胶乳液，再经加入所需的各种化学助剂和凝固剂，常用甲酸或乙酸使用胶乳凝固，再经过脱酸清洗、脱水和干燥工序最终得到商用的天然橡胶。

传统的生产工艺采用了化学加酸凝固的方式，由于作为凝固剂的甲酸或乙酸只起到了工艺助剂的作用，对产品的性能没有贡献，反而会对产品的耐老化性能有极大的危害。因此，需要把加入到胶料中的酸用清水淬取出来。每生产1吨天然橡胶，就需清洗水20～30吨。同样也在排放等量的污水。此外，天然橡胶胶乳的化学凝固是一个十分缓慢的化学反应过程，需要胶料停放较长的时间才能达到均匀凝固且符合后序加工的性能要求，也就是在生产的中间段需要较长的时间停留。所以，化学凝固工艺的生产效率低、场地占用大。由于需要静置停放，只能采用间隙式生产方式，无法实现联动化和自动化生产，生产的劳动强度大，产品质量一至性差；为解决上述缺陷，现提供一种解决方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种天然橡胶胶乳的凝固方法，是一种无需对胶料进行清洗并可连续凝固胶乳的生产工艺。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种天然橡胶胶乳的凝固方法,包括天然橡胶胶乳的脱蛋白处理、无机填料水分散体的制备和天然橡胶胶乳与无机填料的连续动态混合、凝固，天然橡胶胶乳的脱蛋白处理的工艺步骤：

按照组分的重量份：脱蛋白剂0.8-1.2份、离子水95-106份、天然橡胶胶乳150-170份；

首先将脱蛋白剂加入去离子水中，机械搅拌混合至脱蛋白剂完全溶解，配制成为脱蛋白剂水溶液，接着将天然橡胶胶乳加入上述脱蛋白剂水溶液中，机械搅拌30-45min后，胶料停放1.5-2.5h，停放温度控制在15-55℃，制成脱蛋白胶乳；

通过采用上述技术方案：在天然橡胶胶乳加入脱蛋白剂，使得上述胶乳粒子之间的蛋白质分解为小分子的氨基酸，ζ电位降低,双电层变薄，同时对胶乳进行机械剪切力，加速橡胶粒子这间的运动和碰撞，达到快速凝固胶乳的目的；

本发明的进一步方案：无机填料水分散体的制备工艺步骤：

按照组分的重量份：离子水90-150份、无机填料32-105份、表面活性剂0.1-0.2份、防沉降剂0.1-0.2份、防霉剂0.1-0.2份；首先将表面活性剂、防沉降剂和防霉剂加入去离子水中，机械搅拌溶解，再将无机填料其中，通过机械搅拌的方式混合均匀，再经研磨机研磨，制成沉降量小于50mg/h、pH值9-11的无机填料的浆料；

通过采用上述技术方案：在天然橡胶胶乳加入表面活性剂，利用表面活性剂的双亲性质，降低水的表面张力。

本发明的进一步方案：天然橡胶胶乳与无机填料的连续动态混合、动态凝固工艺：将已经制备好的脱蛋白胶乳和无机填料浆料按1︰1.19的重量比同时加入到动态混合机中，通过动态混合机中的高速混合和高剪切，使胶乳与填料充分混合并均匀分散，同时产生絮凝而导致固化，从而获得天然橡胶/无机填料复合的湿凝胶料；

本发明的进一步方案：表面活性剂为：阴离子表面活性剂或非离子表面活性剂，其中，阴离子表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、丁基萘磺酸钠、木质素磺酸钠中的一种；

非离子表面活性剂为聚氧乙烯失水山梨醇单月桂酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇单硬脂酸酸酯、烷基酚聚氧乙烯醚中的一种；

脱蛋白剂为：胰蛋白酶木瓜蛋白酶中的一种；

无机填料为：陶土、炭酸钙、二氧化硅、氢氧化铝、氢氧化镁中的一种；

防沉剂为：聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、酪素中的一种；

防霉剂为：硼砂、氨水、乙酸氨、双乙酸氨中的一种。

本发明的有益效果：

1、由于没有用酸进行凝固，不需要用清水脱酸洗胶，可节省大量的水资源，同时也大幅度地减少了污水的排放。

2、无需对胶料进行清洗并可连续凝固胶乳的生产，生产效率可提高50％，生产所占场地可减少40％。

3、解决了生产中段的停留时间长，变异性大的问题，生产可实现联动化或自动化，产品质量一至性提高。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明的工艺流程示意图；

图2为传统生产工艺流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的一种天然橡胶胶乳的凝固方法，包括天然橡胶胶乳的脱蛋白处理、无机填料水分散体的制备和天然橡胶胶乳与无机填料的连续动态混合、凝固；

所用到的天然橡胶胶乳中橡胶的含量为60％；

表面活性剂为：阴离子表面活性剂或非离子表面活性剂，其中，阴离子表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、丁基萘磺酸钠、木质素磺酸钠中的一种；

非离子表面活性剂为聚氧乙烯失水山梨醇单月桂酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇单硬脂酸酸酯、烷基酚聚氧乙烯醚中的一种；

脱蛋白剂为：胰蛋白酶木瓜蛋白酶中的一种；

无机填料为：陶土、炭酸钙、二氧化硅、氢氧化铝、氢氧化镁中的一种；

防沉剂为：聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、酪素中的一种；

防霉剂为：硼砂、氨水、乙酸氨、双乙酸氨中的一种。

本发明的详尽技术内容将在下列实施例中给予进一步说明。

实施例1

35％二氧化硅天然橡胶复合胶料制备

1、脱蛋白天然胶乳制备：

a.取0.015Kg的木瓜蛋白酶溶于1.5Kg的水中，制成1％的木瓜蛋白酶溶液；

b.取60％天然胶乳166.7Kg(天然橡胶含量为100Kg),加入配制好的1％的木瓜蛋白酶溶液100Kg并进行充分搅拌30分钟；

c.胶料停放2小时左右，停放温度在15-55℃。制成脱蛋白胶乳；

2.二氧化硅水分散体的制备(20％)

a.取0.1Kg十二烷基苯磺酸钠、0.13Kg聚乙烯醇和0.13Kg乙酸氨溶于140Kg水中并使其充分溶解；

b.取35Kg二氧化硅粉料，加入到a所述的溶液中；

c.用研磨机对配制好的二氧化硅溶液进行研磨两次制成沉降量小于50mg/h、pH值9-11的二氧化硅浆料。

3.胶料的混合与凝固

将脱蛋白胶乳和二氧化硅水分散体按1︰1.04的重量比同时加入到动态混合机中，动态混合机的转速在300-1200转/分范围内。在动态混机出口处可获得已凝固的胶料。

实施例2

50％炭酸钙天然橡胶复合胶料制备

1、脱蛋白天然胶乳制备：

a.取0.015Kg的木瓜蛋白酶溶于1.5Kg的水中，制成1％的木瓜蛋白酶溶液；

b.取60％天然胶乳166.7Kg(天然橡胶含量为100Kg),加入配制好的1％的木瓜蛋白酶溶液并进行充分搅拌30分钟；

c.胶料停放2小时左右，停放温度在15-55℃。制成脱蛋白胶乳。

2、碳酸钙水分散体的制备(50％)

a.取0.1Kg十二烷基苯磺酸钠、0.1Kg聚乙烯醇和0.13Kg乙酸氨溶于100Kg水中并使其充分溶解；

b.取100Kg炭酸钙粉料，加入到a所述的溶液中；

c.用研磨机对配制好的二氧化硅溶液进行研磨两次制成沉降量小于30mg/h、pH值9-11的炭酸钙浆料。

3、胶料的混合与凝固

将脱蛋白胶乳和炭酸钙水分散体按1︰1.19的重量比同时加入到动态混合机中，动态混合机的转速在300-1200转/分范围内。在动态混机出口处可获得已凝固的胶料。

胶料性能检测：

将各实施例的胶料以及对比样，以表1中的基本配方制成检测胶料试片。对比样胶料分为两种，对比样采用湿法混炼酸法凝固的工艺所制备的胶料样。

1.试验胶料基本配方

各试验胶料基本配方表表1

2.试样胶料炼胶工艺及硫化条件

a.炼胶工艺：按表1配方分别称取各种胶料和各橡胶助剂，胶料在开发式炼胶机上簿通过6次，使胶料完全包辊后，缓慢加入氧化锌、硬脂酸、防老剂4010。待各种配合剂完全混入胶料后，打八字刀六次，打卷四次再使胶料包辊，加入S、促进剂Cz和促进剂D，待完全吃料后，簿通四次并打三角包，然后放开辊距出片下料待用。

b.硫化工艺：将出片胶料好的胶料放入试片模中，按145℃×30分钟、模具压力10Mpa进行检测试片的硫化。

3.胶料的检测

胶料机械性能及滚动性能测试结果 表2

其中，项目8-9在橡胶功率损耗仪上，按测试时间30min、转速1200rpm、负荷30Kg进行测试。

从上述性能测试结果和比对可以看出，采用无酸凝固工艺所制取的湿法混炼方法的胶料在胶料的拉伸性能，滚动阻力和滚动生热等方面与酸法凝固的胶料略有提高，但在耐热老化方面优于酸法凝固的胶料。

原理说明：

天然胶乳是浓度很高的胶体分散体系,只有当足够量的稳定剂在胶粒表面形成保护层时才能稳定(不会凝固)。胶乳中胶粒表面吸附的蛋白质即起这一作用。胶粒表面的蛋白质实际是以“蛋白质-磷脂”络合物形式存在。这一络合物中憎水性的磷脂靠近橡胶烃,而亲水性的蛋白质和肥皂则形成外层,薄膜呈双层。当新鲜胶乳达到蛋白质等电点,胶乳就增稠,形成均匀的具有架构的凝块。在胶乳中已确定有多种蛋白质,如橡胶蛋白质、α-球蛋白质、纤维状蛋白质等。从胶粒电泳行为认为,胶乳胶粒吸附层薄膜主要由蛋白质A组成。此种蛋白质与α-谷蛋白组分相近。α-谷蛋白是胶粒表面吸附层中的蛋白质之一,并且在很大程度上决定胶体稳定性。

将天然胶乳进行电泳试验,证实胶乳粒子带有负电荷,这是由胶粒保护层的蛋白质造成的。蛋白质是两性物质,同时存在碱性基(NH2)和酸性基(COOH)。用NH2—Pr—COOH来表示蛋白质分子式(Pr为蛋白质分子链)。由于带负电荷的胶乳粒子与周围的反离子形成双电层的缘故,所以尽管胶乳粒子带电,但胶乳整体仍不带电。被吸附在胶粒表面的亲水性蛋白质与水分子还可以构成水合层,因为在蛋白质静电场和分子的极性偶极引力的影响下,水分子也是偶极排列,这就形成与水分子偶极的双电层,胶粒表面的双电层应该是这两方面的综合结果。这两层电位差就是电动电位,也称做ζ电位。胶乳的稳定性与胶粒表面电荷(ζ电位)以及分散相与分散介质的溶剂化有关,ζ电位以及溶剂化程度越高则体系越稳定,显然胶粒电荷越少,ζ电位降低,双电层变薄,造成胶粒之间接近的机会。而械力的作用可加速胶粒运动,增加胶粒的平均动能,当动能增加到足以超过胶粒间的静电斥力,有利于胶粒间的碰撞,就使胶乳的稳定性发生变化,甚至失去稳定性，从而使胶乳凝固。

因此，本发明是通过在胶乳中加入脱蛋白剂，使胶乳粒子之间的蛋白质分解为小分子的氨基酸，ζ电位降低,双电层变薄，同时对胶乳进行机械剪切力，加速橡胶粒子这间的运动和碰撞，达到快速凝固胶乳的目的。在整个工艺过程之中，由于没有用到酸，所以也不用大量的清水对胶料进行脱酸清洗。目前国内的产胶量约在80万吨左右，可节省近1600万吨的水资源，同样也可减排1600万吨污水。按一个年产2万吨天然橡胶的工厂来计，可省去近2000平米的生产面积。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种天然橡胶胶乳的凝固方法,包括天然橡胶胶乳的脱蛋白处理、无机填料水分散体的制备和天然橡胶胶乳与无机填料的连续动态混合、凝固，其特征在于以下步骤：

a、所述天然橡胶胶乳的脱蛋白处理的工艺步骤：

按照组分的重量份：脱蛋白剂0.8-1.2份、离子水95-106份、天然橡胶胶乳150-170份；

首先将脱蛋白剂加入去离子水中，机械搅拌混合至脱蛋白剂完全溶解，配制成为脱蛋白剂水溶液，接着将天然橡胶胶乳加入上述脱蛋白剂水溶液中，机械搅拌30-45min后，胶料停放1.5-2.5h，停放温度控制在15-55℃，制成脱蛋白胶乳；

b、所述无机填料水分散体的制备工艺步骤：

按照组分的重量份：离子水90-150份、无机填料32-105份、表面活性剂0.1-0.2份、防沉降剂0.1-0.2份、防霉剂0.1-0.2份；

首先将表面活性剂、防沉降剂和防霉剂加入去离子水中，机械搅拌溶解，再将无机填料加入其中，通过机械搅拌的方式混合均匀，再经研磨机研磨，制成沉降量小于50mg/h、pH值9-11的无机填料的浆料；

c、所述天然橡胶胶乳与无机填料的连续动态混合、动态凝固工艺：将已经制备好的脱蛋白胶乳和无机填料浆料按1︰1.19的重量比同时加入到动态混合机中，通过动态混合机中的高速混合和高剪切，使胶乳与填料充分混合并均匀分散，同时产生絮凝而导致固化，从而获得天然橡胶/无机填料复合的湿凝胶料。

2.根据权利要求1所述的一种天然橡胶胶乳的凝固方法，其特征在于，所述表面活性剂为：阴离子表面活性剂或非离子表面活性剂，其中，阴离子表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、丁基萘磺酸钠、木质素磺酸钠中的一种；

非离子表面活性剂为聚氧乙烯失水山梨醇单月桂酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇单硬脂酸酸酯、烷基酚聚氧乙烯醚中的一种；

所述脱蛋白剂为：胰蛋白酶、木瓜蛋白酶中的一种；

所述无机填料为：陶土、炭酸钙、二氧化硅、氢氧化铝、氢氧化镁中的一种；

所述防沉剂为：聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、酪素中的一种；

所述防霉剂为：硼砂、氨水、乙酸氨、双乙酸氨中的一种。

3.根据权利要求1所述的一种天然橡胶胶乳的凝固方法，其特征在于，所述天然橡胶胶乳中橡胶含量为55％-63％。

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