蒙脱土作为天然乳胶的絮凝剂的应用以及絮凝方法与流程

1.本发明属于天然橡胶生产技术领域，尤其涉及蒙脱土作为天然乳胶的絮凝剂的应用以及絮凝方法。


背景技术：

2.天然橡胶复合材料传统的制备工艺是机械干法混炼，就是利用密炼机和开炼机进行混炼，但是这种传统工艺会造成炭黑等填充材料飞扬，因此造成污染，无法满足高性能、绿色生产要求。湿法混炼相比传统的机械干法混炼有很多优点，湿法混炼可以提高填料的分散性，减少混炼过程中的粉尘污染，制备的复合材料具有高性能。
3.现有技术的湿法炼胶过程基本包括橡胶的破乳絮凝、干燥脱水、混炼等步骤，其中破乳絮凝常用的絮凝剂有草酸、乙醇、氯化钙等，这些絮凝剂虽然絮凝效率显著，但是存在缺陷，比如成本高、污染环境等。比如，甲酸是最常用的絮凝剂，但是甲酸腐蚀性较高，有刺激气味，会对设备造成腐蚀，产生的废水污染环境。因此需要一种新型绿色絮凝的方法。
4.蒙脱土是一种具有层状结构、低成本的硅酸盐天然矿物资源，蒙脱土在全球储量丰富。蒙脱土的基本单元是由一片铝氧八面体夹在两片硅氧四面体之间靠共用氧原子而形成的层状结构，蒙脱土片层之间吸附na

、ca
2
、k

、mg
2
等水合阳离子。另外，蒙脱土能够吸附水分子进入层间导致体积膨胀，因而具有一定的吸水性和膨胀性。
5.虽然现有技术已有将蒙脱土与胶乳混合制备复合材料，但蒙脱土是作为橡胶补强剂，如“用天然鲜胶乳制备蒙脱土nr纳米复合材料”(《电子显微学报》2006年底2期，敖宁建，暨南大学生物医学工程研究所，广东，广州510632)，其中记载以蒙脱土作为橡胶补强剂，解决了使蒙脱土剥离呈纳米级片层并以纳米尺度均匀分散在橡胶基体中等技术问题，直接采用天然鲜胶乳制备蒙脱土/天然橡胶(nr)复合材料，具体公开了将一定量有机蒙脱土按比例与多种溶剂混合，激烈搅拌1-5小时，然后分别按2％、4％、6％、8％、10％、15％含量的粘土(ommt)与天然胶乳经共沉、压片、干燥等步骤制备粘土/天然橡胶复合材料。制备得到的复合材料中粘土片层剥离分散并均匀吸附在橡胶粒子表面，形成良好界面，提高与橡胶烃大分子间范德华力的作用和分子链的缠结，对材料的力学性能产生积极的作用。可见，该技术方案是将天然胶乳与制备的蒙脱土的混合溶液复合得到复合材料，以蒙脱土作为补强剂，湿法混炼时还需以酸或盐为絮凝剂。
6.公开号为cn102492090a、名称为“一种蒙脱土插层型阳离子絮凝剂乳液的制备方法”的中国发明专利，公开了一种脱色絮凝剂的制备方法，该方法结合蒙脱土和阳离子聚丙烯酰胺两者的特点，采用分散聚合法，并对蒙脱土进行了改性，制备得到的絮凝剂乳液主要用于造纸、城市油田污水处理等领域。实际未解决橡胶生产所需的绿色环保絮凝剂问题。


技术实现要素：

7.为此，本发明提供蒙脱土作为天然乳胶的絮凝剂的应用以及絮凝方法。解决现有技术中缺少绿色环保絮凝剂的技术问题，进而实现一种絮凝效率高，节约成本，对环境无污
染的絮凝方法。
8.本发明的一个技术方案是：蒙脱土作为天然乳胶的絮凝剂的应用，将胶乳原料加热至20℃～60℃时加入蒙脱土，然后对其施加机械搅拌；其中，胶乳原料与蒙脱土的比例为100：10～17。
9.优选的，所述机械搅拌速度为400～2000r/min。
10.优选的，将胶乳原料加热至40℃时加入蒙脱土，然后对其施加机械搅拌，搅拌速度为2000r/min；其中，胶乳原料与蒙脱土的比例为100：14。
11.本发明的另一个技术方案是：一种天然乳胶的绿色絮凝方法，包括如下步骤：
12.(1)将乳胶原料置于恒温装置中，待胶乳原料达到预设温度时，加入蒙脱土，蒙脱土加入量为胶乳原料重量的10％～17％；
13.(2)对胶乳原料和蒙脱土施加机械搅拌，至胶乳絮凝；
14.(3)将絮凝的胶乳剪碎，清洗。
15.优选的，所述预设温度为20℃～60℃。
16.优选的，所述预设温度为40℃。
17.优选的，所述机械搅拌速度为400～2000r/min。
18.优选的，所述机械搅拌速度为2000r/min。
19.优选的，所述蒙脱土的加入量为胶乳原料重量的14％。
20.有益效果：
21.本发明提供的蒙脱土作为天然乳胶的絮凝剂的应用以及絮凝方法，以蒙脱土作为绿色絮凝剂，改变了橡胶制备工艺中对传统絮凝剂的使用，以一种全新的绿色环保的絮凝剂完成橡胶的破乳絮凝，同时还能对橡胶补强。本发明利用有机蒙脱土具有很强的吸水性，同时在外加施加温度场和转动的力场，使其分散在胶乳中能迅速使胶乳中大部分水分吸收，并打破胶乳粒子的稳定性实现破乳絮凝。通过调控温度和转速实现絮凝，温度调控来加快分子运动，使絮凝过程加快；搅拌的作用在于两方面：首先是通过搅拌可以增加蒙脱土片层的层间距，使蒙脱土达到剥离状态，当蒙脱土片层打开，吸水作用增强，絮凝速度加快，另一方面在于通过搅拌可以提供一个机械力使胶乳粒子失稳，有利于破乳絮凝。本发明创新性的将蒙脱土作为絮凝剂，完全不需要添加酸或盐等絮凝剂，实现生产的绿色化，简化了生产工艺，十分有利于工业化应用。
22.本发明绿色絮凝方法免去了传统酸或盐的絮凝剂造成的环境污染和设备腐蚀等问题；在保证各项性能的前提下，成本更低；没有刺激性气体的挥发，对操作人员的健康影响较小；絮凝效率高，最快能够达到11s就絮凝。
23.此外，本发明方法制备的nr/ommt复合材料的拉伸强度、耐磨性能、导热性、气密性、热稳定性均优于机械混炼制备的复合材料，其中力学性能可以达到27.8mpa。通过sem和tem观察发现，使用绿色絮凝剂制备的复合材料中形成的插层结构比较明显，ommt分散较好。
具体实施方式
24.为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式予以说明。
25.本发明实施例以蒙脱土作为天然乳胶的絮凝剂，具体方法如下：
26.将盛有胶乳的烧杯分别放入20℃、30℃、40℃、50℃、60℃的恒温水浴锅中，待胶乳温度达到相应温度时倒入有机蒙脱土，加入量(phr，即每百克胶乳中的有机蒙脱土的份数)分别为8、10、12、14、16，用机械搅拌，搅拌转速(r/min)分别为400、800、1200、1600、2000，至胶乳在烧杯中絮凝，将絮凝的胶乳用剪刀剪碎，用去离子水清洗之后，通过开炼机和鼓风干燥箱脱水和干燥，得到母胶。
27.通过三因素五水平的正交试验来探究蒙脱土作为絮凝剂的最优工艺条件，正交试验因素水平表如表1所示，正交试验分析表如表2所示。
28.表1正交试验因素水平表
[0029][0030]
表2正交试验分析表
[0031]
[0032][0033]
从表2中的数据可以得到，当有机蒙脱土份数为14、机械搅拌速度2000r/min、温度为40℃时絮凝时间仅为11s，此工艺絮凝时间最短，为最佳工艺。
[0034]
以上述最佳条件制备得到母胶，然后以100phr的母胶、5phr的氧化锌、1phr的硬脂酸、2phr的防老剂4020、1.5phr的硫磺、0.5phr的dm、1.5phr的cz为基础配方进行炼胶。在密炼机中加入母胶、氧化锌、硬脂酸、防老剂4020和dm，密炼温度为130℃，转子转速为80r/min，混炼时间为7min。然后用开炼机压片，待橡胶片冷却后(2-3h)再放入开炼机中加硫磺和促进剂cz，调整辊距，薄通6次下片备用，静置8小时后，用无转子硫化机测定tc90硫化时间，硫化时间为tc90
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1.3。最后在平板硫化机中硫化，硫化温度为150℃，硫化压力为10mpa。同时，以现有技术蒙脱土与胶乳混合的复合材料作为对比例，将14份ommt倒入500ml烧杯中，加入300ml水，机械搅拌25min后倒入盛有胶乳的烧杯中继续搅拌20min后用甲酸絮凝，然后用剪刀剪碎后放入60℃烘干箱中烘24h。测试本实施例和对比例的材料的性能，结果见下表3。
[0035]
表3性能测试
[0036][0037]
从表中数据得知：以蒙脱土作为绿色絮凝制得的橡胶复合材料拉伸强度和断裂伸长率分别达到27.8mpa和575％；耐磨性能好；填料的分散更加均匀，有利于导热网络的形成，因此导热性能较好；蒙脱土为片层状结构，加大了复合材料中的“曲折通路”，所以材料具有更好的气密性；在700℃下热失重较小，所以热稳定性优异。
[0038]
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。