第二章 胶乳制品配方设计.ppt

第二章胶乳制品配方设计,4学时,胶乳化学与工艺学多媒体教程,主要内容,胶乳用配合剂胶乳制品配方设计原则与程序胶乳制品配方设计要点胶乳配方的表示与计算,本章要求,掌握胶乳配合剂的种类及主要品种掌握胶乳配方设计原则和程序掌握表面活性剂的分类及其在胶乳中的应用掌握胶乳制品物性配方设计要点掌握水相调节剂的选取方法掌握胶乳实用配方的计算方法,第一节胶乳配合剂,一、胶乳配合剂的分类,胶乳配合剂,通用配合剂,专用配合剂,硫化剂、促进剂、活化剂,补强剂、填充剂,防老剂、紫外线吸收剂,着色剂、抗静电剂等,相界面调节剂：分散剂、乳化剂、湿润剂、稳定剂、起泡剂等,水相调节剂：增稠剂、膏化剂、凝固剂、胶凝剂、热敏剂等,表面处理剂：隔离剂、表面润滑剂卤化处理剂,其他配合剂：香味剂,（聚合物相调节剂）,二、聚合物相调节剂,1、硫化体系配合剂,硫化剂：硫黄、硫载体、有机过氧化物促进剂：噻唑类、秋兰姆类、二硫代氨基甲酸盐类活化剂：ZnO、ZnCO3、MgCO3、硬脂酸,2、补强填充体系,补强剂：树脂乳液、纳米二氧化硅填充剂：碳酸钙、木质素、滑石粉等,3、防护体系,防老剂：酚类防老剂如264、SP、2246、2246S、1010紫外线吸收剂：水杨酸酯、二苯甲酮衍生物等,4、着色剂,无机颜料：ZnO、钛白粉、立德粉、氧化铁黄、氧化铁红有机颜料：群青、酞青蓝、酞青绿、立索尔大红等,三、相界面调节剂,（一）表面活性剂,降低界面自由能的物质，由亲油基和亲水基组成。,表面活性剂,离子型,非离子型,阴离子型,阳离子型,两性离子型,羧酸盐类,烷基硫酸盐类,磺酸盐类,磷酸酯盐类,伯胺盐,仲胺盐,季铵盐,叔胺盐,两性咪唑啉衍生物,甜菜碱,氨基酸类,聚氧乙烯型：烷基酚聚氧乙烯醚等,多元醇型：脂肪酸甘油酯、失水山梨醇酸酯,表面活性剂的用途：,阴离子表面活性剂：脂肪酸盐类：乳化剂、起泡剂，不宜作分散剂硫酸盐类：起泡剂、油的乳化剂磺酸盐类：湿润剂、分散剂、乳化剂磷酸盐类：乳化剂、分散剂、抗静电剂阳离子型表面活性剂：阳离子胶乳的乳化剂、湿润剂、分散剂两性离子型表面活性剂：去污、起泡剂、乳化剂、耐硬水、对酸、碱、金属离子稳定，抗静电、防腐杀菌等非离子型表面活性剂：乳化剂、湿润剂、增溶剂,（二）主要的相界面调节剂,1、分散剂,吸附在液-固界面，能显著降低液-固界面自由能，使固体颗粒均匀且稳定地分散在水中的物质。制备分散体时使用。,分散剂作用机理：（1）使被分散粒子表面带电荷；（2）在固体粒子表面形成水合层。,常用品种：,扩散剂NF、月桂酸钠、硬脂酸钠、土耳其红油、达萨达钠盐、焦磷酸钠盐、吐温60、80、甲基羟乙基纤维素等。,使用方法：配成2.5%10%的溶液，用量为分散体的1%4%.,2、乳化剂,吸附在液-液界面，能显著降低液-液界面自由能，使两种不相溶混的液体形成均匀而稳定乳浊液的物质。在制备乳浊液时使用。,乳化剂作用机理：（1）使分散颗粒带电荷；（2）在被分散胶粒表面形成胶体保护膜；（3）定向排列，降低相界面张力。,常用品种：,油酸铵、油酸钾、硬脂酸铵、硬脂酸钾、油酸三乙醇胺、乳化剂S、乳化剂W等。,3、稳定剂,加入到胶乳体系中增加胶粒表面电荷、保护层、水和度，提高胶乳稳定性的物质。在胶乳存放、浓缩、配合、加工等过程中使用。,稳定剂的作用机理：（1）提高pH值，增加胶粒表面电荷；（2）在胶粒表面形成亲水性保护层，增加水和度；（3）螯合胶乳中影响胶乳稳定性的金属离子。,常用品种：KOH、NaOH、酪素、明胶、骨胶、月桂酸钾、月桂酸铵、水杨酸钠、平平加O、胰加漂T、聚乙二醇、水玻璃等,4、湿润剂,增加水对固体物质的湿润能力或增加胶乳对织物渗透和扩散能力的物质。在制备粉状配合剂分散体及织物浸胶时使用。,作用机理：（1）降低液-固界面自由能；（2）降低胶乳的表面张力。,常用品种：烷基硫酸盐、拉开粉、湿润剂OT、吐温20（40、60、80）、司盘20（40、60、80）。,5、起泡剂、发泡剂、稳泡剂,在制造胶乳海绵制品时使用。,起泡剂：加入到胶乳中，使胶乳在机械搅拌下产生相对稳定泡孔的物质。多为碱金属的油酸盐类和皂类，如油酸钾、油酸铵、硬脂酸铵、硬脂酸钾、蓖麻油酸钾、皂素等。发泡剂：加入到胶乳中，加热能分解释放出气体，使胶乳产生泡孔的物质。如NH4HCO3、H2O2、发泡剂BN等。稳泡剂：使胶乳泡沫保持稳定的物质。如油酸、蓖麻醇酸皂、皂素、甲基硅氧烷乳液等。,6、消泡剂、抗泡剂、抗蹼剂,消泡方法,静置一段时间，使气泡上浮，用刮刀刮去,使胶乳在减压下薄层流动,加入消泡剂,消泡剂：使胶乳中气泡不能继续稳定存在下去的物质。主要有天然油酸、动物蜡、植物蜡（高级脂肪酸酯）、5个碳以上的醇如正丁醇、异丁醇、环己醇、癸醇、十六醇、聚醚、聚硅氧烷乳液等。,抗泡剂：加入到胶乳中防止胶乳在配合、倾倒或过滤等操作时产生气泡的物质。多为5个碳以上的醇如仲辛醇、环己醇、癸醇、十二醇、乙二醇、羊毛脂等。,抗蹼剂：加入到胶乳中防止胶乳在模型突出或凹陷部分形成胶膜的物质。主要有羊毛脂、正丁醇、亚乙基二醇等。,四、水相调节剂,加入到胶乳中，调节胶乳水相黏度、流动性，提高或降低胶乳稳定性、杀灭水相中细菌的一类助剂。主要有增稠剂、膏化剂、凝聚剂、保存剂、防腐剂等。,1、增稠剂与膏化剂,（1）增稠剂加入到胶乳中增加胶乳黏度，减小流动性的物质。,增稠剂,按作用机理分,吸附型：吸附到胶粒表面，增大水合作用，如酪素、藻酸钠、皂土等,吸水型：溶解时吸收大量的水，增加水相黏度，如聚乙烯醇、聚乙二醇,混合型：吸附和吸水作用均有，如甲基纤维素、乙基纤维素、羟甲（乙）基纤维素、聚丙烯酸盐,按来源分,增稠剂,动物型：酪素、明胶、动物胶,植物型：藻酸钠,矿物型：皂土、硅酸铝镁、表面改性的碳酸钙,合成型：聚丙烯酸盐、纤维素衍生物,制备厚制品时选用吸附型增稠剂，吸水型和混合型有破坏水合层的作用，使胶乳稳定性下降。,（2）膏化剂,加入到胶乳中，减小胶粒布朗运动，使胶乳粒子聚集而上浮的物质。在胶乳浓缩时使用。,常用膏化剂多为亲水胶体，如酪素、藻酸盐、皂土、明胶等。,2、凝聚剂,加入到胶乳中，使胶乳由液态转变为凝块、半刚性凝胶的物质。有凝固剂、胶凝剂、热敏剂等。,凝聚剂,凝固剂,酸：甲酸、乙酸、盐酸、硫酸等,金属盐：氯化钙、硝酸钙、氯化钡、硝酸钡,脱水溶剂：乙醇、丙酮、氯仿,阳离子表面活性剂：有机铵盐,胶凝剂：硅氟化钠、硅氟化钾、硝酸铵、二苯胍,热敏剂：锌氨络合物、聚乙烯基甲醚、聚醚聚甲醛,3、附型剂,提高浸渍模型上凝固剂附着量的物质。使用时加入到凝固剂溶液中增大凝固剂黏度。主要有陶土、淀粉、阿拉伯胶等。,五、表面处理剂,1、隔离剂和脱模剂,防止胶乳制品在工艺过程中互相粘连及制品与模型粘连。隔离剂主要品种有：滑石粉、轻质碳酸钙、云母粉、改性淀粉、硅油（甲基硅油、乳化硅油）、肥皂水、硬脂酸锌、油酸钠皂、聚乙烯蜡、硅石粉、沉淀法白炭黑等。脱模剂主要有：肥皂水、硬脂酸锌、聚乙烯蜡、硅油,2、表面卤化处理剂,卤化目的：使表面光滑，满足以用制品的无粉、润滑的要求；提高耐老化性，延长胶乳制品的使用寿命。常用品种：氯水、次氯酸钠、次氯酸钙、溴水、漂白粉、硬脂酸锌、紫胶等。后处理：处理后用氨水或硫代硫酸钠溶液中和几分钟后漂洗。,3、表面润滑剂,在胶乳制品表面涂抹、沉积或交联一层润滑剂，使制品表面润滑舒适，光亮平滑。,方法,在制品表面涂硅胶,在制品表面沉积一层聚氨酯薄膜,在制品表面涂水凝胶,水凝胶：一种具有亲水性但又不溶于水，而在水中高度溶胀的高分子化合物。水凝胶具有细胞组织类似的性质，可与胶乳制品表面分子发生交联反应，不脱落，表面润滑光亮，吸收汗液、体液后更柔软爽滑，无过敏刺激反应。,水凝胶,天然水凝胶,交联葡萄糖,酶处理的交联骨胶原,合成水凝胶,聚（甲基）丙烯酸羟烷酯,聚（甲基）丙烯酰胺及其衍生物,聚乙烯基吡咯烷酮,聚乙烯醇,聚电解质复合物,阴离子、阳离子水凝胶,六、其他助剂,主要为芳香剂，如氧杂萘邻酮、水杨酸甲酯、柠檬醛、苯乙酮、香草醛等。,第二节胶乳制品配方设计程序与原则,一、胶乳制品配方设计程序,1、确切了解制品的使用条件，提出制品的性能要求；2、收集资料，结合经验，拟出干比基本配方；3、确定各配合剂分散体或乳浊液的浓度及配方，制备方法；4、确定配合胶乳的制备方法、实验工艺条件及性能测试方法5、配合剂湿料制备、配合胶乳制备、胶膜制备，性能测试；6、优选配方并扩大规模，进行中试，调整配方或工艺条件；7、试产产品，对配方及工艺进行微调，确定配方及工艺。,二、胶乳制品配方设计原则,1、相容原则：配合剂分散体、乳浊液与胶乳相容2、稳定原则：配合剂分散体、乳浊液对胶乳稳定性无不利影响3、适应性原则：配合胶乳适应加工及制品性能要求4、环保安全原则：配合剂无毒，对人体无害5、经济原则：配方成本要尽可能低6、简化原则：配方组成尽可能简单。,第三节胶乳制品配方设计,一、原料胶乳的选择,根据胶乳制品主要的性能及加工方法选择。,二、聚合物相调节剂的选择,根据胶乳品种、胶膜的性能、制品的颜色、加工方法及条件确定。,硫化体系：多采用硫黄硫化或硫载体硫化，硫用量0.51.2份，海绵制品硫用量3份左右。促进剂采用超速或超超速级，多为二硫代氨基甲酸盐或黄原酸盐，用量12份，或与噻唑类、秋兰姆类并用，提高模量、弹性、强度和耐老化性。活化剂采用ZnO，透明制品用ZnCO3，ZnO用量0.51.5份，海绵3份。,防护体系：宜采用无污染或不易抽出的反应性防老剂，用量12份。实际生产中多采用酚类防老剂如264、2246、2246S、4436、425等。补强填充体系：一般不加补强剂，可以少量添加填充剂如碳酸钙、白炭黑等，用量在30份以内。软化体系：一般不加软化剂。,胶乳纯胶制品基本配合（干比）：NRL100；稳定剂0.2；硫化剂1.0；促进剂1.5；活化剂1.5；防老剂1.0,三、相界面调节剂的选取,根据所起的作用及表面活性剂的HLB值选择。,HLB值：即亲水亲油平衡值，是指表面活性剂分子中亲油基和亲水基的大小和力量的平衡值。该值越大，亲水性越强。,HLB=11.7lg（Mw/Mo）+7.0,HLB值计算：,Mw亲水基的分子量Mo亲油基的分子量,HLB值10表面活性剂是亲油性的；HLB值10表面活性剂是亲水性的。,表面活性剂HLB值与用途,四、水相调节剂的选取,由所起的作用和加工工艺条件确定。,调整体系黏度：增稠剂、膏化剂使胶乳凝固或胶凝：凝固剂（加附型剂）、胶凝剂、热敏剂保存胶乳：保存剂、杀菌剂、防腐剂,五、其他配合剂选取,根据胶乳配合、加工过程的实际需要选取。,第四节胶乳配方表示及计算,一、胶乳配方的表示方法,1、干比配方（mi）以胶乳中干橡胶的量为100份，其他配合剂都相对以干质量份表示的配方。2、湿比配方（yi）干比配方中胶乳及配合剂用湿料的量表示的配方。湿比（yi）=干比（mi）/湿料浓度Ci3、实际生产配方（Mi）以胶乳及配合剂湿料的实际质量表示的配方。实际用量（Mi）=湿比扩大系数a扩大系数a=待配制胶乳总重量W（kg）/胶乳总湿比B,二、胶乳生产配方的计算,步骤：（1）计算湿比配方：yi=干比/湿料浓度=mi/Ci（2）计算总湿比：B=总干比/待配制胶乳浓度=mi/C（3）计算湿比配方中软水的用量：y软水=总湿比yi=Byi（4）计算扩大系数：a=待配制胶乳重量（kg）/总湿比=W/B（5）计算生产配方：Xi=yia,例题：配制100kg、浓度为50%的海绵配合胶乳，干比及湿料浓度如表所示。计算软水湿比及生产配方。,解：已知预配制胶乳重量W=100kg，浓度C=50%（1）湿比配方计算见表中所示；（2）总湿比：B=mi/C=110.9/50%=221.8（3）软水湿比：y软水=Byi=221.8（161.3+5.0+2.5+2.4+3.0+6.25+8.0+4.0+6.15）=221.81