第5章胶乳的基本性能和试验方法

2015-12-24

橡塑资源利用 2015年1期

第5章胶乳的基本性能和试验方法

5.1 胶乳的特征和试验方法

5.1.1 胶乳的种类及特征

胶乳一词原来是指由橡胶树上采集的白色乳状的植物树液。而自氯丁橡胶(CR)的乳液聚合物出现以来，包括合成高分子的水分散体在内，“高分子物质在水性介质中稳定分散的物质”都称为胶乳。

胶乳在橡胶工业中的主要用途是：①作为橡胶制品的主要原料用于手套等的浸渍制品、海绵橡胶和静态密封等；②作为橡胶制品的辅助原料用作轮胎帘线和胶带帘线的胶黏剂等。胶乳除了用于橡胶工业外，还用作颜料涂布等的纸加工、地毯背衬等的纤维加工，ABS树脂原料。

在日本，当初胶乳的主要用途是使用天然橡胶(NR)胶乳制造海绵橡胶。但是，使用NR胶乳生产海绵橡胶在二战后由于原料NR胶乳难得到或聚氨酯泡沫化等而减少。其后，由于各种胶乳的商业化和消费结构变化等原因，在纸加工、纤维加工、胶黏剂等领域开阔了大的市场一直到现在。

胶乳是各种聚合物借助界面活性剂等乳化剂在水中以大约0.1～1μm大小的球状微粒子进行分散的均一体系悬浮液。因此，与固态橡胶不同，胶乳具有特有的性能。

胶乳的特征与橡胶溶液不同，由于其分散介质是水的连续相，所以即使聚合物的分子量较高也不会产生极端增黏问题。因此，不需要降低聚合物的分子量就能得到强度较高的腔膜。此外，由于胶乳的连续相是水，所以对聚合物浓度即使提高某种程度其黏度也不上升。通常，胶乳浓度在25%以下表现一般的牛顿黏度，当胶乳浓度在25%以上时由于高子间的互相作用而黏度逐渐上升，但即使上升到50%左右也充分维持流动性。再者，胶乳的黏度可通过添加水溶性高分子进行调节。根据使用的水溶性高分子的种类，对胶乳进行搅拌时，互相作用减小，能够给予黏度出现急剧降低(触变性)的性能。通过给予触变性可改善涂布等的操作性。胶乳因是胶体体系而具有这些长处，但相反存在以下问题需要注意，即：①由胶体的破坏引起聚集；②由稳定剂引起耐水性降低；③聚合物在玻璃化温度以下的温度下进行干燥时不成膜等。

胶乳分为以NR胶乳为代表的由植物代谢作用生成的作为天然产物的天然胶乳(natural latex)、由乳液聚合法合成的合成胶乳(synthetic latex)和将固态橡胶乳化分散于水中的人造胶乳(artificial latex)3种。通常人造胶乳被纳入广义的合成胶乳。

胶乳通常按分散的聚合物种类分类．对应固态橡胶的种类可分为了苯橡胶(SBR)胶乳、顺丁橡胶(BR)胶乳和氯丁橡胶(CR)胶乳等。下面对各种胶乳的特征进行介绍。

5.1.1.1 天然胶乳(NR)胶乳

NR胶乳是从原产于巴西的巴西三叶胶树采集的固含量40%左右的胶乳。采集的胶乳(fresh latex)为防止其凝固添加少量氨和保存剂后浓缩成固含量60%以上。浓缩方法有离心法，膏化法和蒸发法。离心浓缩胶乳在生产的NR胶乳中占90%以上。经过浓缩的胶乳通常储存3周以上，以便提高其稳定性。浓缩后的胶乳机械稳定性较差，而在储存中由于脂肪和蛋白质进行分解而变成稳定剂，所以其稳定性提高。因此，浓缩胶乳由储存改善稳定性后再作为产品出厂。

由NR胶乳可制得薄型、有强度、抗反复疲劳、伸长率大的制品。因此，NR胶乳主要用于橡胶手套、医用卫生用品及胶丝等薄膜制品，其次用于海绵橡胶、胶黏剂、道路铺装等。特别在橡胶手套中的使用占NR胶乳生产的70%以上。

5.1.1.2 丁苯橡胶(SBR)胶乳

SBR胶乳是最有代表性的合成胶乳，可用于颜料涂布等纸加工、地毯背衬等纤维处理，道路铺装等。根据结合苯乙烯量和有无用不饱和羧酸共聚的羧基改性等有许多品种，可按用途使用最适宜的SBR胶乳。

SBR胶乳的主要用途是纸加工。作为身边的纸有压光纸和包装纸等，以胶乳为胶黏剂将陶土、磷酸钙等涂布在纸表面上。纸张通过这种涂布，其表面光滑且有光泽。

5.1.13 顺丁橡胶(BR)胶乳

BR胶乳的主链含有双键，能容易对丙烯腈和苯乙烯进行接枝。而且BR本身的玻璃化温度较低，对大幅度改善合成树脂的耐冲击性、耐寒性有效果。因此，BR胶乳大部分用作ABS树脂的基础聚合物。

5.1.1.4 丁腈橡胶(NBR)胶乳

NRR胶乳的胶膜强度、耐油性和黏合性良好，可用于要求耐油性的橡胶手套和纤维处理等用途。NBR胶乳按其丙烯腈含量分为低腈胶乳、中腈胶乳、高腈胶乳和极高腈胶乳。高腈胶乳的胶膜强度、耐油性和黏合性良好，但弹性较差，低腈胶乳表现相反的倾向。另外为了提高胶膜的强度和胶乳机械稳定性，对不饱和羧酸进行共聚的羧基改性NBR胶乳也多使用，除用于手套外还用于无纺织布、地毯等的植毛产品及打浆机添加纸等。

9.1.1.5 氯丁橡胶(CR)胶乳

在合成胶乳中，CR胶乳最能取得加工性与硫化物性的平衡，表现和NR相同的橡胶弹性。同时耐油性、耐候性、阻燃性和耐化学品优异。鉴于CR胶乳的这些性能面被用于浸渍纸、靴鞋衬底垫布及皮吊衬里等的浸渍制品以及土木建筑方面的弹性水泥、泡沫橡胶及黏合剂等用途。对于CR胶乳的配合，作为交联剂和酸受容体多数使用金属氧化物。

5.1.1.6 异戊橡胶(IR)胶乳

IR胶乳的橡胶结构和NR相同是聚异戊二烯结构。但与NR相比，IR的反式结构含量较高，有规立构性较差。IR由溶液聚合制造，因此IR胶乳是将固态IR溶解于溶剂中后进行乳化、除去溶剂，浓缩制成。由IR胶乳制得的硫化物与NR胶乳相比，拉伸强度、定伸应力和撕裂强度较差，但回弹性、生热性优异。

除以上胶乳外，还有轮胎帘线纤维处理用的乙烯基吡啶胶乳、胶黏剂等使用的丙烯酸酯胶乳或聚苯乙烯、三元乙丙橡胶和聚氨酯类胶乳等。

5.1.2 胶乳试验方法概述

NR胶乳和合成橡胶(SR)胶乳在采集或制造后进行贮存、运输、配合，在用于最终用途以前都受到各种形式的机械操作。胶乳因受机械操作的影响而产生凝固物时，就会变得不能发挥胶乳本来的性能。因此，胶乳对于由这种机械操作引起分散破坏冲击的抵抗力被称为机械稳定性，是胶乳重要性能之一。

此外，胶乳由电解质或溶剂的作用分散受到破坏也产生聚集，变得不能发挥本来的性能。对于这种破坏的抵抗力，即化学稳定性也是胶乳重要的基本性能。但在另一方面，胶乳由于化学药品的作用而不稳定，即可以凝结成型。因此，胶乳一边能保持对电解质或溶剂等的化学稳定性，一边控制不变的凝结工序的特性很重要。

因此，为了防止胶乳的不稳定化以及为了进行最终的均一成型。胶乳有许多必须试验的性质。另外，胶乳也有每批经时非常容易变动的性质。例如，对于NR胶乳的情况。采集的胶乳的原液组成依橡胶树的种类、产地、季节，树龄和采集方法等面异。因此，由这种胶乳原液通过离心分离或膏化浓缩精制的原料胶乳的性质也当然不同。另外还应考虑胶乳受浓缩操作后的经时变化。因此，使用者得到的NR胶乳尽管是同一牌号，其组成、物理性状和加工性等也可能存在很大差异。另外在SR胶乳中也存在胶乳性状依批次而异的可能性。因此，原料胶乳入厂时的特性检查。对于最终产品生产稳定化很重要，其检查使用的试验方法在进行整备。

在日本，作为这些胶乳的试验方法，分别以JIS标准规定，共发行了4种。即：①JISK6381(天然橡胶胶乳)；②JISK6387(SBR胶乳的试验方法)；③JISK6392(NBR胶乳的试验方法)；

④JISK6398(CR胶乳的试验方法)。其中只有JISK6381(天热胶乳)含有制品标准，其余3个标准是以各胶乳的试验方法制定的。

但是，根据1990年制定的《第8次工业标准化推进长期规划》的JIS制定方针(在要求生产者、流通业者、消费者之间协调方面，以及在针对保护消费者、老年人福利和环保等社会需要所要求的方面，作为制定JIS标准重点，其他方面限于特定用途，只对特定有关交易的标准从JIS中除去，谋求向适宜团体标准过渡)及向国际标准的整合化工作，进行了以下变更。即：①根据ISO标准规定了作为JIS的“取样”、“总固形物测定方法”；②对于其他项目没有规定日本国内标准，直接使用ISO标准；③作为例外，SR胶乳的机械稳定度在JIS中作为参考，以所记载的马朗式稳定性测定方法为文献进行了众所周知的变更。

因此，有关现在胶乳试验的JIS标准，只存在JISK6387-1(胶乳-第1部分：取样)和JISK6387-2(胶乳-第2部分：总固形物测定方法)两件标准。

在美国，NR胶乳和SR胶乳的试验方法分别以ASTM D1076、ASTM D1417实现标准化，但英国BS标准、德国DIN标准等国家标准因将ISO标准作为标准使用而正在被废除。因此，本书以ISO标准为基础对试验方法进行叙述。表5-1-1是以ISO标准发行的胶乳试验方法一览表。