未球磨助剂添加量在乳胶制品浸渍过程中的实时检测

未球磨助剂添加量在乳胶制品浸渍过程中的实时检测 孙金煜 1 龚淑婷1 元以中1 田晓慧1 李水强2 滕鑫2 1 华东理工大学材料科学与工程学院 上海市先进聚合物材料重点实验室 超细材料制备与应用教育部重 点实验室 上海 200237 2 华东理工大学材料科学与工程学院 材料实验教学中心 上海 200237 摘要 本文利用浊度 电导率 TDS 和胶膜表面形貌等测试手段 通过对添加不同量助剂 ZnO 的天然乳胶 进行测试 利用所获得的数据拟合了对应的工作曲线 这些工作曲线 为实时监测天然乳胶浸渍工艺中 混入的未完全球磨助剂含量 提供了一种简便可行的方法 从而避免由此引起的乳胶成品中出现砂眼 断 痕等缺陷的问题 关键词 天然乳胶 未球磨助剂 检测方法 中图分类号 O64 文献标识码 A 文章编号 The real time detection methods of the incomplete ball milling additives amount during the NRL products dipping process Sun jinyu 1 Gong shuting1 Yuan yizhong 1 Tian xiaohui 1 Li shuiqiang 2 Teng xin 2 1Key Laboratory for Specially Functional Polymers and Related Technology of Ministry of Education School of Materials Science and Engineering East China University of Science and Technology Shanghai 200237 P R China 2 Materials Teaching and research Center School of Materials Science and Engineering East China University Of Science and Technology Shanghai 200237 P R China Abstract In this paper the properties of natural rubber latex NRL which was added with contents of ZnO were tested by using the testing methods of the turbidity conductivity TDS and the surface morphology of films The corresponding characteristic curves could be obtained by those testing data By using these characteristic working curves a simple and feasible monitoring method could be obtained The mixture content of those incomplete ball milling additives in NRL could be monitored in real time The Sand holes and broken mark defects at the surface of the NRL products could be avoided successfully Key Words Nature rubber latex incomplete ball milling additives monitoring method 天然乳胶的主体是聚异戊二烯 同时还含有少量的水和非胶物质 目前天然乳胶一般 是通过浸渍工艺生产薄膜产品 包括医用手套 核特种防护手套 胶管 医用导管 气球 避孕套 婴儿奶嘴和指套等 1 为使天然胶乳薄膜具备更优良的物理性能和抗老化性能 在胶乳浸渍生产工艺中 往往需要添加合适的硫化助剂 2 这些助剂在预硫化过程中 经 球磨后以水分散体的形式加入到搅拌罐中进行搅拌 工人们经常会将一些溢出的未完全球 磨配合剂粉末一并扫到搅拌罐中 这些粉末由于并未达到可溶解的细粒度 如果添加量过 大 往往会导致乳胶成品出现砂眼 断痕等不可弥补的缺陷 这对于医用手套 核特种防 护手套或是避孕套等要求较高的乳胶产品 将会导致成批产品的报废 如将有缺陷的产品 投入市场 甚至会因此带来人员伤亡 3 如果能找到一种切实可行的检测方法 4 7 用于 乳胶浸渍工业中实时监测混入的未完全球磨助剂含量 并根据含量与产品性能的对应关系 制定出标准 3 6 就可以及时避免 因未完全球磨助剂的添加而导致的产品缺陷问题 从 而更好的控制并提高乳胶薄膜制品的质量 本文利用不完全球磨的助剂添加量可改变天然乳胶乳液性能的特点 通过的乳液的浊 度 电导率和 TDS 值的检测 拟合了相应的工作曲线 并通过对胶膜表面形貌的观察 找 到未完全球磨助剂的添加量 与乳胶制品缺陷产生的对应关系 从而制定出未完全球磨助 剂量混入的极限标准 用于指导工业中浸渍工艺的生产 1 实验部分 1 1 材料 天然乳胶 NRL 固含量 60 氧化锌粉末 ZnO 购于海南美联祥顺橡胶有限公司 1 2 实验仪器 YZ 6 多头可加热磁力搅拌器 江苏金坛实验仪器厂 PHT 027 多参数水质监测仪 济南东方科信科技发展有限公司 精度 2 F S SGZ 2 数显浊度仪 上海悦丰仪器仪 表有限公司 精度 3 F S PH50 3A43L A 光学电子显微镜 江西凤凰光学厂 50 10 Instron 4201 拉力试验机 江都市精艺试验机械有限公司 1 3 实验 在工业生产乳胶制品过程中 为了增加产品的强度 提高产品性能 需要加入多种助 剂使天然乳胶硫化形成硫化胶 加入的未完全球磨助剂量的多少直接影响最终产品的成膜 性能 ZnO 是一种常用的硫化助剂 本实验中选取的 ZnO 粉末为未经球磨的粗粉 1 3 1 样品制备 称取 20 g NRL 并依次加入 ZnO 粉末 0 g 0 05 g 0 1 g 0 15 g 0 2 g 0 25 g 0 3 g 0 5 g 0 7 g 0 9 g 1 1 g 利用多头磁力搅拌器 同速 同时搅拌 10 小时 得到的混合乳液 分别记为 NRL0 NRL0 42 NRL0 83 NRL1 25 NRL1 67 NRL2 08 NRL2 5 NRL4 17 NRLx 中 x 表 示 ZnO 的固含量 wt 共混乳液静置 10 小时左右消泡 各取 5 g 乳液涂覆于聚苯乙烯培养皿中 放入 70 烘箱干燥 12 小时成膜 记为 MNRLx 1 3 2 天然乳胶膜力学性能测试 用电子万能拉伸试验机测试天然乳胶膜的拉伸强度和断裂伸长率 按 GB 7543 2006 方 法测定 判定助剂添加对胶膜力学性能的影响 1 4 测试方法 1 4 1 乳液浊度的测试 不同的乳液中颗粒大小的不同会直接影响浊度值的大小 我们可以选取浊度法检测助 剂颗粒对乳胶的影响 将各个 NRLx 乳液分别取 0 1 ml 用容量瓶稀释 100 倍 用矫正好的 数显浊度仪测量其浊度大小 测试过程保证浊度瓶的洁净 且待测液无气泡 避免影响测 试结果 1 4 2 乳液电导率的测量 天然乳胶中会溶解一定量的固体电解质 测量其电导率也可作为检测未球磨助剂添加 量的一种手段 将得到的 NRLx 乳液用多参数水质监测仪测量其电导率值 1 4 3 乳液溶解性总固体 TDS 的测量 纯净水中含有的溶解总固体很少 若在水中溶进其他电解物质后 其总固体含量会增 多 因此天然乳胶中混入的助剂颗粒 会对乳液的 TDS 值产生影响 因此选取 TDS 测量作 为另一种测试方法 得到的 NRLx 乳液用多参数水质监测仪测量其 TDS 值 1 4 4 天然乳胶膜表面形貌观察 将制备好的不同助剂添加量的天然乳胶膜用光学显微镜观察其表面形貌变化 直观地 得到助剂添加量与膜表面形貌的对应关系 2 结果与讨论 2 1 ZnO 助剂添加量与天然乳胶膜力学性能的关系 01234 11 12 13 14 拉伸强度 MPa ZnO添加量 01234 1100 1200 1300 1400 断裂伸长率 ZnO添加量 图 1 不同 ZnO 添加量的天然乳胶胶膜力学性能变化图 天然乳胶胶膜力学性能随 ZnO 粉末添加量的变化 如图 1 示 从图中可以看出 断裂伸 长率和拉伸强度均出现了先减小后增大的趋势 这是由于球磨后的助剂添加到天然乳胶中 会使天然乳胶硫化 增强胶膜制品的力学性能 但是未球磨的助剂颗粒添加到天然乳胶乳 液中会引起胶膜制品缺陷的产生 使其力学性能变差 随着添加量的增多 对乳胶膜又形 成了补强的效果 因此使力学性能呈现先下降再增高的趋势 尽管大量的添加助剂可使胶 膜制品力学性能变好 但过量的助剂使得天然乳胶硫化程度过大 将最终导致产品极易老 化 从而会影响产品的总体性能 2 2 不同 ZnO 助剂添加量的天然乳胶浊度测试 01234 310 320 330 340 350 360 浊度 FTU ZnO固含量 图 2 不同 ZnO 添加量的天然乳胶乳液浊度变化图 当我们在天然乳胶中混入 ZnO 粉末后 由于 ZnO 颗粒较大 无法充分地溶解而悬浮于 天然乳胶乳液中 那么天然乳胶乳液的浊度会有一定的变化 8 如图 2 示 从图中可以看 到 ZnO 添加量较少时浊度保持在 320 NTU 而在 NRL0 42 处出现了一个拐点 浊度迅速升 高 但到 NRL0 83 后 变化又不明显了 这说明在 NRL0 42 处很可能对应了一个 天然乳 胶性能发生变化的拐点 为了进一步证实这个猜想 我们将对乳液的电导率 TDS 以及乳 胶膜的表面形貌做进一步测试 2 3 ZnO 助剂添加量与天然乳胶电导率的关系 01234 3 3 3 4 3 5 3 6 3 7 3 8 3 9 4 0 4 1 电导率 S cm ZnO固含量 图 3 不同 ZnO 添加量的天然乳胶乳液电导率变化图 在天然乳胶中会溶解一定量的固体电解质 从而使乳液表现出不同的电导率值 9 天 然乳胶乳液电导率随不同 ZnO 添加量变化图 如图 3 所示 由图可知 在 ZnO 添加量较少 时 电导率值保持在 3 48 S cm 随着添加量的增多电导率会突然增大 变为 3 86 S cm 之后虽然 ZnO 的量继续增大 但电导率值基本保持不变 由此我们找到电导率值 在 3 48 S cm 时出现拐点 这一点将很有可能对应与天然乳胶性能发生变化的拐点 由 此我们初步推定电导率对应与助剂添加量的拐点在 3 48 S cm 附近 而这一点恰恰对应 于 NRL0 42 与利用浊度测试数据推断出的性能变化点相一致 2 4 不同 ZnO 助剂添加量的天然乳胶 TDS 测试 01234 2000 2100 2200 2300 2400 2500 2600 TDS mg L ZnO固含量 图 4 不同 ZnO 添加量的天然乳胶乳液 TDS 变化图 TDS 全称为 Total Dissolved Solids 是溶液经过滤后在一定温度烘干所得到的不易 挥发物质的总和 10 表示溶解于水中的总固体含量 ZnO 与天然乳胶混合 可部分溶解于 其中 当溶解量过大时便会引起 TDS 的变化 测量不同 ZnO 添加量的天然乳胶乳液 TDS 值 其变化图如图 4 所示 从图中可以看出 随着 ZnO 添加量的增多 TDS 的变化趋势与电导 率的相似 在 NRL0 42 处出现拐点 添加量低于 0 42 时 TDS 保持在 2150 mg L 而添加量 大于 0 42 后 TDS 变为 2450 mg L 这一结果进一步证实了 天然乳胶助剂添加量的拐点 会出现在 NRL0 42 这一实验结果 因此 我们获得了三种在工业生产中 可以检测天然 乳胶乳液性能随助剂添加量变化的方法 并且得到了助剂添加量影响乳液性能的临界点 NRL0 42 鉴于这三种方法所需的检测仪器价格低廉 因此可在工业生产检测中大面积推广 2 5 不同 ZnO 助剂添加量对应的天然乳胶表面形貌 图 5 不同 ZnO 添加量的天然乳胶膜表面形貌图 为了进一步研究乳液中助剂添加量对固化后的天然乳胶膜产生影响并最终导致乳胶产 品形成缺陷 我们分别对各个助剂添加量的天然乳胶固化膜的表面进行了观察 如图 5 所 NRL0 83 NRL2 5 NRL0NRL0 42 NRL1 67 NRL2 08 示 未添加助剂的天然乳胶膜 NRL0 表面比较光滑 平整 表面明亮凸起少 随着添加量的 增多 表面粗糙 明亮凸起变多 ZnO 助剂添加量为 0 42 时 乳胶膜表面略有褶皱 但是 凸起亮点并没有明显增多 而当添加量达到 0 83 之后 添加的助剂有明显溢出表面的趋 势 膜表面的亮点逐渐增多 在添加量达到 1 67 时 发现乳胶对助剂的承受量已经达到 饱和 并在膜的表面逐渐形成较大的颗粒沉积 由此可知乳胶膜的力学性能会在此时变得 极差 如果乳胶中继续添加 ZnO 助剂 ZnO 助剂就会逐渐溢出乳胶膜表面 由于助剂对乳 胶膜形成了强补强作用 此后乳胶膜的力学性能将变好 但是由于表面被 ZnO 助剂覆盖 老化性能将极大的降低 薄膜表面的颗粒物也将进一步增多增大 根据观测乳胶固化胶膜 的表面形貌 我们可以为工业生产检测建立相应的 ZnO 助剂添加量的标准参考值 从而在 乳胶制品工业生产中 对乳胶乳液进行实时监测 避免因不完全球磨助剂添加量过多 而 导致大量乳胶制品因薄膜缺陷而报废 3 结论 本文对天然乳胶乳液的浊度 电导率 TDS 和胶膜的表面形貌等性能进行了测试 通 过这些测试数据和工作曲线 得到了一种经济简便有效的检测方法 用于判定工业生产中 不完全球磨助剂的在天然乳胶乳液中的添加量是否超标 根据测试结果得到 当不完全球 磨助剂 ZnO 的添加量超过 0 42 后 会引起天然乳胶乳液性能发生明显改变 并且导致天 然乳胶固化膜的表面变得明显粗糙 凸起斑点明显增多 因而可以将浊度 320NTU 电导率 2 48 S cm 以及 TDS2150 mg L 三个参量作为工业实时监测 ZnO 不完全球磨助剂添加量是 否超标的标准值 利用同样的方法还可以测定乳液中其他助剂如 S 粉等的添加量是否超标 由于测试仪器价格低廉 本文有望为天然乳胶薄膜制品工业生产中 对不完全球磨助剂添 加量的实时监测 提供一种可操作并普及的检测手段 进而避免因不完全球磨助剂添加量 过多 而使得大量乳胶薄膜制品因产品缺陷而导致报废所带来的经济损失 参考文献 1 朱南康 王春雷 张友九 天然橡胶乳液辐射硫化研究及应用 J 核技术 2003 26 7 530 536 2 钱伯章 橡胶助剂的发展现状 J 现代橡胶技术 2008 34 8 12 3 J Maret 硫化体系对 NR 乳胶避孕套质量的影响 J 橡胶参考资料 1999 29 10