雾化喷射干燥技术制备防老化天然干胶的性能_曲圣琪.pdf
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1、加工应用弹性体,():基金项目:山东省重点研发计划项目();青创科技计划项目();山东省自然科学基金资助项目()作者简介:曲圣琪(),女,山东禹城人,工学研究生,主要从事高分子材料加工技术与装备方面的研究工作。通讯联系人:汪传生(),男,安徽安庆人,教授,工学博士研究生,主要从事高分子材料加工机械的研究工作。收稿日期:雾化喷射干燥技术制备防老化天然干胶的性能曲圣琪,梁金周,聂万富,洪雨飞,郝英杰,边慧光,汪传生,(青岛科技大学 机电工程学院,山东 青岛 ;青岛科技大学 山东省高分子材料先进制造技术重点实验室,山东 青岛 )摘要:采用雾化喷射干燥技术进行制备防老天然干胶,并研究了防老干胶性能方面
2、的特点。结果表明,通过 效应、扫描电镜、炭黑分散度等测试发现,添加了防老剂的雾化干胶,在高压作用下雾化,减少防老剂团聚,同时在压缩空气的作用下胶乳保护膜破裂,防老剂与胶乳进行二次分散结合,减少了后期防老剂在天然橡胶中的迁移和分散不均匀问题;雾化防老干胶较酸絮凝制备的干胶塑料保持率()提升了,撕裂强度提升了,抗张积提升了,滚动阻力提升了 ,老化变化率抗张积提升了。关键词:雾化;防老;干胶;分散中图分类号:文献标识码:文章编号:()橡胶及其制品在加工、贮存和使用过程中,会受到自身或者外部因素的影响,使其结构或组分发生破坏,逐渐失去原有的优良性能和使用价值,这一变化过程叫做老化。橡胶的老化过程是一种
3、不可逆的现象,引起老化的因素多种多样,例如温度、气候、化学物质等,受此影响而引起橡胶及其制品外观和性能等方面的变化。橡胶及其制品是我国重要的战略资源和广泛的工业原材料,同时与我们日常生活用品联系紧密,作为促进人类社会快速发展的重要高分子材料,其老化特性是实际生产和应用的重点关注问题。不同环境下对橡胶的破坏机理有所不同。橡胶老化现象的本质在于:橡胶的分子链结构在化学、物理和生物学因素的影响下具有不稳定的化学键。在这些因素的影响下,橡胶大分子化学键断裂或者分子链产生降解和破坏,橡胶基团脱落,从而导致橡胶的综合性能变差。防老剂 是目前轮胎行业胶料需求最大的防老剂品种,对热氧老化和天候老化有较好的防护
4、作用,且对变价金属有钝化作用,与石蜡并用可增强静态防护作用,且防老剂 耐水抽提性能较好,可达到长效防护的效果。等通过液相沉积法对天然橡胶()表面进行处理,覆盖 薄膜并增加其厚度来改进 老化性能。等研究铝粉参与橡胶降解行为,结果表明老化后其力学性能依旧很好地保持,且提高了对热和臭氧的抵抗性能。邓春梅所研究的纳米碳酸钙改性天然橡胶,发现纳米碳酸钙改善了胶膜的耐热老化性能和热降解性能。等以聚乙二胺树枝状聚合物()为连接体,合成具有树枝状结构和受阻酚类官能团的新型抗氧剂,增大了其相对分子质量,使聚烯烃具有优异的抗氧化性能。等通过硅烷偶联剂将防老剂接枝到纳米填料表面,制成表面接枝型防老剂。高温雾化干燥工
5、艺的机理是通过高压喷射,填料天然胶乳()混合液的粒子与空气柱存在速度差,混合乳液受到气体的摩擦和切向应力作用发生破碎分裂现象,达到雾化的目的。填料 混合溶液在高压雾化后,分散效果明显,同时粒子表面受到气体摩擦振动的作用,粒DOI:10.16665/ki.issn1005-3174.2022.06.004子的蛋白质外壳进一步破坏,致使填料和橡胶烃分子在运动过程中增大接触机会,填充到橡胶分子中去,从而通过后续干燥稳定地结合在一起。当填料 滴以一定速度撞击后,会发生破碎溅射现象,大部分蛋白质外壳在这一过程中挤压位移,在高温环境下迅速被破坏,从而实现填料与橡胶烃的二次分散结合过程;在液滴冲撞过程中,伴
6、随着水分的迅速蒸发,蛋白质外壳的破坏致使 粒子内部的水分暴露,粒子内外水分同步蒸发,防止了填料的二次团聚问题发生,使填料在橡胶基体中保持高分散状态,避免了传统酸絮凝带来的一系列问题。本文通过雾化干燥法混炼制备防老剂 复合材料,探究老化机理,从橡胶高分子结构本身入手缓解橡胶高分子的老化现象;同时与传统酸絮凝制备干胶复合材料进行对比,探究雾化干燥法混炼优势,制备高品质的防老化橡胶复合材料。实验部分原料 :质量分数为 ,海南天然橡胶产业集团股份有限公司;防老剂 :江苏圣奥化学科技有限公司;炭黑 、白炭黑、硅烷偶联剂 、氧化锌、硬脂酸、防老剂、促进剂 、增塑剂、微晶蜡、硫磺均为市售工业级产品。仪器及设
7、备 型电热鼓风干燥箱:上海合恒仪器设备有限公司;哈克密炼机:青岛科技大学;()型 开 炼 机:上 海 橡 胶 机 械;型橡胶 动态 加 工分 析仪、型门尼黏度仪:美国阿尔法科技有限公司;型拉力试验机:高铁科技股份有限公司;型无转子流变仪、型平板 硫 化 机:青 岛 亿 朗 橡 胶 装 备 有 限 公 司;型 动 态 力 学 分 析 仪:德 国 公 司;型 邵 氏 硬 度 计:英 国 公司;热风老化试验箱:松恕检测仪器有限公司;型集热式恒温加热磁力搅拌器:上海力辰邦西仪器科技有限公司;型快速塑性计:英国华莱士公司;型扫描电子显微镜():日本电子公司。实验配方实验配方见表。表实验材料与试剂成分用量
8、份成分用量份 炭黑 白炭黑微晶蜡氧化锌增塑剂 硬脂酸硫磺 促进剂 实验方法酸絮凝干胶制备在烧杯中加入定量的,用玻璃棒边搅拌边向烧杯中加入马来酸,直至 完全絮凝,随后将其取出,用去离子水清洗多次,通过电热鼓风干燥箱将其水分烘干,获得酸絮凝干胶,作为对照组实验。防老化天然干胶制备()防老剂制备:在烧杯中加入定量防老剂 ,加入去离子水制备质量分数为 的防老剂溶液,放置在 的烘箱中加热 ,得到熔融状态的防老剂。()防老剂干胶的制备:将定量 加入防老剂溶液,磁力搅拌器搅拌均匀后,得到 防老剂 混合溶液。制备好的混合溶液倒入容器罐,在一定压力下通过气相辅助喷射雾化枪进行喷射雾化并高温干燥,得到干胶。无防老
9、剂的干胶制备方法相同。防老化天然干胶制备流程图见图。图防老化天然干胶制备流程图第期曲圣琪,等 雾化喷射干燥技术制备防老化天然干胶的性能混炼与硫化分别将三种干胶与其他小料在的哈克密炼机内密炼,初始转速为 ,初始温度为 ,密炼过程如下:()将制备的干胶放入密炼机内塑炼;()将小料、白炭黑和炭黑,放入密炼机内密炼;()将剩余的炭黑放入密炼机中密炼 ,温度约 ;()提起螺栓排气,混炼;()混炼至 ,排出,得到混炼胶。随后在开炼机上加入混炼胶、硫磺、促进剂,混炼均匀后薄通、打包、下片,制得混炼胶停放后,用平板硫化机硫化,硫化条件:硫化温度为 ,硫化压力为 ,硫化时间为倍正硫化时间(),得到硫化胶。性能测
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