一種高性能天然橡膠的生產方法
【專利摘要】本發明涉及一種高性能天然橡膠的生產方法，是取新鮮天然膠乳在自然界微生物或加入蛋白酶或加酸的作用下得到絮凝膠；將絮凝膠經凝固和熟化得到凝塊或生膠片，經壓薄脫水、洗滌、造粒、壓制成膠片，將膠片懸掛干燥，在進行造粒、干燥即可得到高性能天然橡膠產品，其氮含量控制在0.15～0.35%，膠片掛片干燥過程各階段濕度嚴格控制干燥溫度，控制溫度為15～120℃，懸掛干燥時間為1～15天。本發明生產工藝簡單，生產成本低，各個環節采用控制對橡膠分子鏈破壞最小的工藝和方法，保持了產品的高性能，產品質量好、生產回收率高，生產過程綠色環保，生產經濟高效。
【專利說明】一種高性能天然橡膠的生產方法
【技術領域】
[0001]本發明屬天然橡膠制膠【技術領域】，涉及一種天然橡膠的生產方法，具體涉及一種高性能天然橡膠的生產方法。
【背景技術】
[0002]天然膠乳除含有橡膠烴和水外，還含有大量的蛋白質、類脂物、有機酸及糖類等非膠物質，由于天然膠乳中的橡膠粒子受到蛋白質和類脂物等親水物質構成的雙電層保護，使天然膠乳能保持穩定的膠體狀態，當天然膠乳被微生物污染，或加入酸、無機鹽、加熱、冷凍、輻射等都可使天然膠乳失去穩定而凝固或膠凝。目前，天然膠乳凝固方法主要是化學法、生物法和物理凝固法:一、化學法，即加入諸如酸、鹽、脫水劑之類的凝固劑使膠乳凝固；二、生物法，即利用膠乳中原有的或外加的微生物或酶的作用使膠乳凝固；三、物理凝固法，即利用物理方法如采用微波輻射或加熱、機械攪拌凝固天然膠乳的方法。
[0003]天然膠乳在膠園自然凝固得到的膠稱為膠園凝膠，主要有:膠杯凝膠、膠團、膠線等；天然膠乳在人工凝固后經壓片、停放脫水所得到的膠片稱為生膠片。由于膠園凝膠、生膠片等往往雜質含量高需要經充分洗滌后，經造粒、干燥后，加工成標準膠產品。[0004]我國的天然橡膠加工主要采用集中加工的模式，即在膠園收集的鮮膠乳中加入氨作保存劑，再運回加工廠集中加工。工廠集中加工的方式主要有兩種:一是鮮膠乳加酸用于中和氨并利用酸凝固膠乳，凝固后的凝塊經壓皺、洗滌、造粒、干燥后加工成標準膠產品；二是天然橡膠乳液經離心濃縮分離后得到濃縮膠乳和膠清，濃縮膠乳經穩定化和熟化加工成濃縮膠乳。
[0005]目前，經酸凝固的標準天然橡膠生產檢驗結果表明，大多數標準膠產品其純膠配方的性能為拉伸強度為19.6~20.5MPa，耐熱氧老化性能較低，耐臭氧龜裂性能為30~50分鐘，門尼粘度約為60~70，塑性初值在30~40之間，PRI在75~80之間；大多數生膠片生產的標準膠其純膠配方的性能為拉伸強度為20~22MPa、耐熱氧老化性能較低，耐臭氧龜裂性能為40~60分鐘，門尼粘度約為65~75，塑性初值在35~40之間，PRI在75~80之間。上述兩種標準膠產品均難以用于生產高性能的航空輪胎及高質量全鋼子午胎制品。因此，通過合適的生產工藝和條件優化的生產方法獲得高性能天然橡膠具有重大意義。
[0006]目前的研究表明:天然橡膠的性能除了受天然橡膠的橡膠烴分子結構影響外，還受非橡膠組份的影響以及加工工藝與條件的影響。天然橡膠的分子結構包括:橡膠烴-聚異戊二烯的分子量大小和分子量分布。非橡膠組份主要包括:蛋白質、類脂物、丙酮溶物、無機鹽等，非橡膠組份總量約為3~5%。加工工藝與條件包括:鮮膠乳的早期保存(保存劑的種類和用量)、膠乳的凝固(凝固方式和用量)、壓片、洗滌和造粒的程度；干燥的條件(干燥溫度、時間和空氣濕度、流量)。影響橡膠性能及一致性的因素中，有些因素是無法控制的(如氣候、季節、土壤等)，有些因素主要是從生長及產量角度來考慮亦難以控制(如膠樹的品系、割膠制度、施肥等)，最有效且可行的控制和獲得高性能的生產方法是對加工過程的控制。[0007]采用氨保存的鮮膠乳使用酸對天然膠乳進行凝固的標準橡膠生產工藝中，殘留的氨與酸會影響產品的耐熱氧老化性能和耐臭氧龜裂性能，力學性能降低。合適的洗滌、壓皺工藝能清洗雜質和酸、氨等物質，但過度的破碎、撕裂會使分子斷裂而傷害產品的力學性能。天然橡膠中的蛋白質主要有球蛋白和橡膠蛋白，以及少量的堿性蛋白質、纖維狀蛋白；蛋白質能降低硫化的活化能，促進硫化，同時，蛋白質吸附在天然橡膠分子鏈上能提高耐熱氧老化性能；但蛋白質過多，硫化速度太快不利于生產，并且容易長霉，生熱性高；因此，適量的蛋白質含量能保持天然橡膠的高性能，
[0008]干燥過程的控制是獲得高性能產品的關鍵，溫度過高會嚴重破壞橡膠分子鏈使分子鏈降解，以及使分子鏈上的非膠物質受熱破壞，使產品力學性能和老化性能降低；溫度太低干燥時間太長，也容易長霉、夾生等現象。
【發明內容】
[0009]本發明的目的是針對現有加工工藝和技術的不足而提供一種高性能天然橡膠的生產方法，通過控制對橡膠分子鏈破壞最小的工藝和方法，控制氮含量，利用可控溫度和濕度的掛片干燥使分子鏈在受得洗滌破碎、撕裂后使斷裂分子鏈重新恢復，嚴格控制干燥溫度，使橡膠在干燥過程盡可能的不破壞橡膠分子鏈和對分子鏈起保護作用的非膠物質，保持了產品的高性能，生產工藝簡便，產品質量好、生產回收率高，生產過程綠色環保,生產經濟聞效。
[0010]本發明所采用的技術原理:利用膠片充分泡洗，除去殘留的酸、氨等物質，通過蛋白酶處理控制橡膠中的氮含量，通過可控溫度和濕度的充分掛片使分子鏈在受到洗滌破碎、撕裂后又重新恢復，通過嚴格控制掛片干燥溫度，使橡膠在干燥過程盡可能的不破壞橡膠分子鏈和對分子鏈起保護作用的非膠物質，使產品保持高性能。
[0011]本發明所采用的技術方案是:
[0012]一種高性能天然橡膠`的生產方法，其具體步驟如下:
[0013]1、取干膠含量為8~62%并按重量百分比計添加0.05%以下氨的新鮮天然膠乳，在自然界微生物或加入蛋白酶或加酸的作用下得到絮凝膠；將絮凝膠經凝固和熟化得到凝塊或生膠片，經壓薄脫水、洗滌、造粒、壓制成厚度為2~15mm的膠片。
[0014]所述自然界微生物是指橡膠樹膠乳中或割膠周邊環境存在的、對天然膠乳的蛋白質起分解作用的微生物。
[0015]所述蛋白酶的加入量按橡膠膠乳重量百分比計為0.5%以下。
[0016]2、將膠片懸掛干燥,控制溫度為15~120°C,懸掛干燥時間為I~15天。
[0017]3、將經過懸掛干燥的膠片進行造粒、干燥即可得到高性能天然橡膠產品，其氮含量控制在0.15~0.35%。
[0018]本發明利用蛋白酶處理控制橡膠的氮含量，利用掛片干燥(膠片懸掛干燥)除去水分的同時，使橡膠分子鏈在洗滌、造粒過程被破碎、撕裂后又重新恢復，根據膠片掛片干燥過程各階段濕度嚴格控制干燥溫度，使橡膠在干燥過程盡可能的不破壞橡膠分子鏈和對分子鏈起保護作用的非膠物質，因此，使產品可以保持高性能。
[0019]對橡膠的化學組分及性能進行測定，其測試方法如下:
[0020]( I)生膠的化學分析[0021]用常規儀器測試生膠的總固體含量、干膠含量、氮含量、雜質含量、灰分含量及丙酮抽出物含量等。
[0022](2)生膠性能的測定
[0023]分別用門尼粘度儀、硫化儀、拉力試驗機、華萊士塑性計、熱氧老化箱和臭氧老化箱測定用天然生膠的門尼粘度、塑性初值PO和抗氧指數PRI，混煉膠的硫化特性及硫化膠的力學性能、生熱性能、熱氧老化性能和耐臭氧龜裂性能。
[0024]本發明生產工藝簡單，由于結合了自然風干和熱風混合干燥過程，生產成本低，各個環節采用控制對橡膠分子鏈破壞最小的工藝和方法，控制氮含量，利用掛片使分子鏈在受得洗滌破碎、撕裂后使斷裂分子鏈重新恢復，根據膠片掛片干燥過程各階段濕度嚴格控制干燥溫度，使橡膠在干燥過程盡可能的不破壞橡膠分子鏈和對分子鏈起保護作用的非膠物質，保持了產品的高性能，產品質量好、生產回收率高，生產過程綠色環保,生產經濟高效。
【具體實施方式】
[0025]下面結合實施例，對本發明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。下列實施例中未注明具體條件的實驗方法，通常按照常規條件，或按照制造廠商所建議的條件。
[0026]實施例一
[0027]取干膠含量為28%、氨含量為0.008%的新鮮天然膠乳1000Kg于混合池中，加入蛋白酶和符合標準的清水調節干膠含量到24%，采用經計算后確定濃度為2%的甲酸用量，經并流加酸到凝固槽，膠乳混合10`分鐘出現絮凝，熟化15小時形成無白水的凝塊。凝塊經壓薄脫水、洗滌、造粒、壓片、掛片干燥5天(溫度60°C)、造粒、干燥后得到高性能天然橡膠產品，測定干膠的質量指標和性能。
[0028]質量指標和性能:雜質含量為0.015%，塑性初值PO為47，塑性保持率PRI為90%，氮含量0.20%,灰份含量為0.2%，門尼黏度80單位；純膠配方的硫化時間T-90為8分鐘，拉伸強度為27.5MPa，拉斷伸長率為900%，生熱性為13°C，耐熱氧老化性能保持率88%，耐臭氧龜裂性能為6小時。
[0029]實施例二
[0030]取干膠含量為32%、氨含量為0.006%的新鮮天然膠乳1000Kg于混合池中，加入蛋
白酶和符合標準的清水調節干膠含量到24%，采用經計算后確定濃度為2%的甲酸用量，經并流加酸到凝固槽，膠乳混合8分鐘出現絮凝，熟化15小時形成無白水的凝塊。凝塊經壓薄脫水、洗滌、造粒、壓片、掛片干燥6天(溫度55°C)、造粒、干燥后得到高性能天然橡膠產品，測定干膠的質量指標和性能。
[0031]質量指標和性能:雜質含量為0.015%，塑性初值PO為48，塑性保持率PRI為90%，氮含量0.25%，灰份含量為0.18%，門尼黏度82單位；純膠配方的硫化時間T-90為7分鐘，拉伸強度為27.0MPa,拉斷伸長率為880%，生熱性為16°C，耐熱氧老化性能保持率88%，耐臭氧龜裂性能為6.5小時。
[0032]實施例三
[0033]取干膠含量為30%、氨含量為0.005%的新鮮天然膠乳1000Kg于混合池中，加入蛋白酶和符合標準的清水調節干膠含量到22%，采用經計算后確定濃度為2%的甲酸用量，經并流加酸到凝固槽，膠乳混合8分鐘出現絮凝，熟化15小時形成無白水的凝塊。凝塊經壓薄脫水、洗滌、造粒、壓片、掛片干燥9天(溫度45°C)、造粒、干燥后得到高性能天然橡膠產品，測定干膠的質量指標和性能。
[0034]質量指標和性能:雜質含量為0.013%，塑性初值PO為50，塑性保持率PRI為92%，氮含量0.18%，灰份含量為0.16%，門尼黏度80單位；純膠配方的硫化時間T-90為10分鐘，拉伸強度為27.7MPa，拉斷伸長率為900%，生熱性為11°C，耐熱氧老化性能保持率91%，耐臭氧龜裂性能為12小時。
[0035]實施例四
[0036]取干膠含量為73%的生膠片，經充分浸泡、切塊，凝塊經壓薄脫水、洗滌、造粒、壓片、掛片干燥6天(溫度50°C)、造粒、干燥后，測定干膠的質量指標和性能。
[0037]質量指標和性能:雜質含量為0.018%，塑性初值PO為50，塑性保持率PRI為90%，氮含量0.25%，灰份含量為0.25%，門尼黏度80單位；純膠配方的硫化時間T-90為7分鐘，拉伸強度為26.5MPa，拉斷伸長率為850%，生熱性為16°C，耐熱氧老化性能保持率88%，耐臭氧龜裂性能為7小時。
[0038]實施例五
[0039]取干膠含量為28%、氨含量為0.005%的新鮮天然膠乳1000Kg于混合池中，加入符合標準的清水調節干膠含量到24%，加入蛋白酶水溶液，經并流加酶到凝固槽，膠乳混合60分鐘出現絮凝，熟化16小時形成無白水的凝塊。凝塊經壓薄脫水、洗滌、造粒、壓片、掛片干燥8天(溫度45°C)、造 粒、干燥后得到高性能天然橡膠產品，測定干膠的質量指標和性能。
[0040]質量指標和性能:雜質含量為0.016%，塑性初值PO為46，塑性保持率PRI為92%，氮含量0.18%，灰份含量為0.23%，門尼黏度78單位；純膠配方的硫化時間T-90為9分鐘，拉伸強度為27.0MPa,拉斷伸長率為900%，生熱性為15°C，耐熱氧老化性能保持率90%，耐臭氧龜裂性能為12小時。
[0041]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種高性能天然橡膠的生產方法，其特征在于，具體步驟如下: 1)、取干膠含量為8~62%并按重量百分比計添加0.05%以下氨的新鮮天然膠乳，在自然界微生物或加入蛋白酶或加酸的作用下得到絮凝膠；將絮凝膠經凝固和熟化得到凝塊或生膠片，經壓薄脫水、洗滌、造粒、壓制成厚度為2~15_的膠片； 2)、將膠片懸掛干燥,控制溫度為15~120°C,懸掛干燥時間為1~15天； 3)、將經過懸掛干燥的膠片進行造粒、干燥即可得到高性能天然橡膠產品，其氮含量控制在 0.15 ~0.35%。
2.根據權利要求1所述的高性能天然橡膠的生產方法，其特征在于:所述自然界微生物是指橡膠樹膠乳中或割膠周邊環境存在的、對天然膠乳的蛋白質起分解作用的微生物。
3.根據權利要求1所述的高性能天然橡膠的生產方法，其特征在于:所述蛋白酶的加入量按橡膠膠乳重量 百分比計為0.5%以下。
【文檔編號】C08C1/16GK103709271SQ201310747040
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月28日 優先權日:2013年12月28日
【發明者】黃桂春, 廖建和, 謝興懷, 黃向前, 陳永平, 廖祿生, 黃海清, 王兵兵, 張仁奕 申請人:海南大學, 海南天然橡膠產業集團股份有限公司