天然胶乳胶粘剂的性能优化

1、天然胶乳胶粘剂的性能优化 随着经济的发展与科技的进步 , 胶粘剂正在越来越多地代替 机械联结 , 广泛应用于建筑、轻工、机械制造、服装、包装、电 子、通讯、航天航空、医疗、日常生活等诸多领域 ; 同时, 由于胶 粘剂工业的快速发展 , 一系列加工生产、使用等过程导致了越来 越多的环境被污染 , 严重威胁着人类的身体健康和生存环境。面 对日益严格的环保法规 , 世界各国竞相致力于研制和开发高性 能、低污染的环保系列胶粘剂 , 其中水性胶粘剂独特的环保、安 全特性 , 是未来胶粘剂行业重点发展的主导产品之一。 天然橡胶来源于橡胶树上流出的胶乳 , 是一种以异戊二烯为 主要成分的天然高分子化合物 ,

2、 是良好的可再生天然资源。天然 胶乳具有很好粘接性 ,又是优良的弹性体 , 因其湿凝胶强度高 ,成 膜性好,制品弹性大 ,蠕变小 ,是各类橡胶中最适合做胶粘剂的 , 因而在胶粘剂领域得到广泛应用。 天然胶乳的主要成分是大部分的水和橡胶 , 是制作水基胶粘 剂理想原料 , 但由于还包含少量的无机物和有机物等 , 导致胶粘 剂性能不够稳定 ,耐高、低温性能不佳等 , 需要对性能加以优化。 本文以天然胶乳为主要成分 , 加入适量的增粘剂、稳定剂和 防腐剂等助剂 , 配制成黏度小、贮存稳定性好、气味小的水性胶 粘剂。我公司利用该水性胶粘剂 , 通过喷涂、刮涂或浸涂等方式 涂敷在各种基材表面 , 制作成

3、有自粘特性的绷带产品。 一、实验部分 （一）主要原料 天然胶乳（固含量60%-68%）,工业级,三棵树；OP-10表面活 性剂,AR,上海国都化工XX公司;Tween-20;工业级，江苏海安石 油化工厂；BHT抗氧剂；食品级,德国Bayer;酚醛树脂,工业级,十 拿化工XX公司；甲醛溶液,37%,苏州百川化工XX公司；去离子水。 （二）制备方法 乳液配制:取Tween-20、BHT抗氧剂和表面活性剂 OP-10适 量,用去离子水溶解搅拌均匀后加入到天然胶乳中,60 C水浴下 快速搅拌并抽真空约 1h; 之后缓慢滴加定量的甲醛溶液 , 即可得 到改性天然胶乳胶粘剂。再向其中加入适量酚醛树脂类增粘

4、剂 , 即可得到性能优良的水性胶粘剂。根据性能要求 , 可用去离子水 稀释至相应的固含量和黏度 , 也可加入适量聚丙烯酸类增稠剂提 高黏度。 二、结果与讨论 （一）表面活性剂（OP-10）浓度的确定 固定其他助剂用量 , 取不同浓度的表面活性剂 5g 加入到 500g天然胶乳中，快速搅拌30min,边搅拌的同时抽真空，静置贮 存24h后观察其稳定性。结果见表 1,从表1可知，当表面活性剂 不用去离子水稀释直接加到天然胶乳中时 , 胶乳粒子立刻发生凝 胶, 分析可能由于表面活性剂浓度过大 , 不易均匀地扩散到胶乳 粒子的周围 , 造成表面活性剂的部分凝聚。当表面活性剂浓度小 于 0.1g/L 时

5、 , 胶乳也微量凝胶出现 , 这是由于表面活性剂浓度较 小时,每个天然胶乳周围所包围的表面活性剂量减少 , 致使胶乳 水合层变薄 ,发生凝胶。当表面活性剂浓度为 0.3g/L 以上时 ,都 能得到稳定的胶乳溶液。 本试验选择表面活性剂的浓度为 0.5g/L, 因为浓度偏低 ,胶乳粒子容易凝胶 ,稳定性不好 ;浓度过高 ,又导 致生产成本提高。 表 1 表面活性剂浓度对水性胶稳定性的影响 OP-10 浓度 /(g/L) 不稀释 1.1 以上 0.9 0.5 0.3 0.1 水性胶稳定性 凝胶 胶乳 胶乳 胶乳 胶乳 微量凝胶 (二)OP-10用量的确定 当其他条件不变，表面活性剂浓度为0.5g/

6、L,改变500g天然 胶乳中表面活性剂的用量 , 考查其用量对水性胶性能的影响 , 结 果见表 2: 表 2 表面活性剂用量对水性胶性能的影响 表面活性剂用量 /g 2 4 6 8 10 以上 固含量/% 凝胶 64.5 62.3 60.2 57.9 由表2可知，当表面活性剂用量小于 2g时,包围在胶乳粒子 周围的表面活性剂数目较少 , 导致保护胶乳稳定性的水合层变薄 从而引起胶乳的凝聚；当用量大于等于4g时，即可得到稳定的改 性水性胶。表面活性剂溶液中含有去离子水 , 所以水性胶的黏度 和固含量随着表面活性剂溶液用量的增加而减小。综合考 虑,500g天然胶乳中加入4 g的表面活性剂溶液最佳。

7、 （三）Tween-20用量的确定 Tween-20是非离子表面活性剂，也是优良的胶乳稳定剂，主 要用于控制黏度、改善化学和力学稳定性 , 同时也提高胶乳对电 解质的稳定性 , 本试验主要是用来提高胶乳的力学稳定性。 在其他用量不变的条件下，改变Tween-20的用量,考查其用 量对水性胶机械稳定性的影响。静置 1天后,结果见表 3: 表3Tween-20用量对水性胶机械稳定性的影响 Tween-20/g 0.2 0.4 0.6 0.8 以上 水性胶稳定性 小颗粒出现 胶乳溶液 胶乳溶液 胶乳溶液 由表3可知，当Tween-20用量低于0.2g时，水性胶不稳定， 有小颗粒出现 , 当其用量达到

8、 0.4g 以上时能得到稳定的水性胶 溶液。随着Tween-20用量逐渐减少，胶乳的机械稳定性呈降低趋 势,500g天然胶乳中加入 0.6g Tween-20为最佳，因为过少会出 现凝胶等现象 , 过高不但会增加生产成本 , 还降低了水性胶的耐 高温性 , 同时也导致固含量降低。 （四）助剂与天然胶乳搅拌时间的确定 用 500g 的天然胶乳 , 加入一定浓度和数量的稳定剂 , 经不同 的搅拌混合时间 ,制备的水性胶性能见表 4。由表 4可知,当天然 胶乳与表面活性剂等助剂混合时 , 如果不搅拌 , 稳定剂分子扩散 到胶乳粒子周围的速度很慢 , 当滴加甲醛溶液时 , 由于天然胶乳 周围没有或者只

9、有很少数目的稳定剂保护 , 其水合层会变薄甚至 遭到破坏 , 导致胶乳粒子容易凝胶。 随着搅拌时间的延长 , 胶乳和 稳定剂混合的越来越均匀 ,气泡逐渐减少 ,呈均匀的白色乳液。 搅 拌时间最好大于 15min。 表 4 搅拌时间对水性胶稳定性的影响 搅拌时间 /min 0 5 10 15 以上 水性胶稳定性 胶乳快速凝固 大量气泡 少量气泡 无气泡 , 白色乳液 （五）甲醛滴加速度及pH的影响 天然胶乳中因含有少量的蛋白质等有机物 , 同时作为稳定剂 的氨气还有少量残留 ,有机会容易滋生细菌产生腐败 ; 需要进行 防腐处理。甲醛不仅可以作为防腐剂 , 还可作为去氨剂用于除去 残留的氨气。它和

10、氨气反应生成的六次甲基四胺 （C6H12N4），是一 种作用缓慢的弱硫化促进剂 ,但必须注意 ,所加甲醛量不得超过 与氨完全反应所需的量，必须保持天然胶乳乳液pH7,否则胶乳 增稠,最后导致胶乳凝固。 甲醛滴加速度对水性胶稳定性的影响见表 5。由表 5 可知, 当甲醛溶液的滴加速度大于 10滴/10s时,胶乳出现凝胶等现象， 当滴加速度小于5滴/10s时,就可以得到稳定的水性胶。甲醛滴 加速度应小于5滴/10s。 表 5 甲醛滴加速度对水性胶稳定性的影响 甲醛滴加速度（滴/min） 15 10 5 2 水性胶稳定性 胶乳快速凝固 少量颗粒 胶乳溶液 胶乳溶 表 6pH 值对水性胶稳定性的影响 pH 值 5 6 7 8 9 水性胶稳定性 胶乳快速凝固 胶乳出现凝胶 胶乳溶液 胶 乳溶液 胶乳溶液 （六）性能指标 改性前后水性天然胶乳胶粘剂质量指标见表 7: 表 7 改性前后天然胶乳胶粘剂的质量指标比较 外观 固化时间 /MIN 固含量 pH 值 耐温性 粘合力 N/inch 改性前