一種高性能天然橡膠的生產(chǎn)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高性能天然橡膠的生產(chǎn)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(jīng)凝固和熟化得到凝塊或生膠片，經(jīng)壓薄脫水、洗滌、造粒、壓制成膠片，將膠片懸掛干燥，在進(jìn)行造粒、干燥即可得到高性能天然橡膠產(chǎn)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(yán)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(fā)明生產(chǎn)工藝簡單，生產(chǎn)成本低，各個環(huán)節(jié)采用控制對橡膠分子鏈破壞最小的工藝和方法，保持了產(chǎn)品的高性能，產(chǎn)品質(zhì)量好、生產(chǎn)回收率高，生產(chǎn)過程綠色環(huán)保，生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)高效。
【專利說明】一種高性能天然橡膠的生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬天然橡膠制膠【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種天然橡膠的生產(chǎn)方法，具體涉及一種高性能天然橡膠的生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]天然膠乳除含有橡膠烴和水外，還含有大量的蛋白質(zhì)、類脂物、有機(jī)酸及糖類等非膠物質(zhì)，由于天然膠乳中的橡膠粒子受到蛋白質(zhì)和類脂物等親水物質(zhì)構(gòu)成的雙電層保護(hù)，使天然膠乳能保持穩(wěn)定的膠體狀態(tài)，當(dāng)天然膠乳被微生物污染，或加入酸、無機(jī)鹽、加熱、冷凍、輻射等都可使天然膠乳失去穩(wěn)定而凝固或膠凝。目前，天然膠乳凝固方法主要是化學(xué)法、生物法和物理凝固法:一、化學(xué)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(jī)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(tuán)、膠線等；天然膠乳在人工凝固后經(jīng)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(zhì)含量高需要經(jīng)充分洗滌后，經(jīng)造粒、干燥后，加工成標(biāo)準(zhǔn)膠產(chǎn)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(jīng)壓皺、洗滌、造粒、干燥后加工成標(biāo)準(zhǔn)膠產(chǎn)品；二是天然橡膠乳液經(jīng)離心濃縮分離后得到濃縮膠乳和膠清，濃縮膠乳經(jīng)穩(wěn)定化和熟化加工成濃縮膠乳。
[0005]目前，經(jīng)酸凝固的標(biāo)準(zhǔn)天然橡膠生產(chǎn)檢驗結(jié)果表明，大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)膠產(chǎn)品其純膠配方的性能為拉伸強(qiáng)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(shù)生膠片生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)膠其純膠配方的性能為拉伸強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)膠產(chǎn)品均難以用于生產(chǎn)高性能的航空輪胎及高質(zhì)量全鋼子午胎制品。因此，通過合適的生產(chǎn)工藝和條件優(yōu)化的生產(chǎn)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(zhì)、類脂物、丙酮溶物、無機(jī)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(jié)、土壤等)，有些因素主要是從生長及產(chǎn)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(chǎn)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(jìn)行凝固的標(biāo)準(zhǔn)橡膠生產(chǎn)工藝中，殘留的氨與酸會影響產(chǎn)品的耐熱氧老化性能和耐臭氧龜裂性能，力學(xué)性能降低。合適的洗滌、壓皺工藝能清洗雜質(zhì)和酸、氨等物質(zhì)，但過度的破碎、撕裂會使分子斷裂而傷害產(chǎn)品的力學(xué)性能。天然橡膠中的蛋白質(zhì)主要有球蛋白和橡膠蛋白，以及少量的堿性蛋白質(zhì)、纖維狀蛋白；蛋白質(zhì)能降低硫化的活化能，促進(jìn)硫化，同時，蛋白質(zhì)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(zhì)過多，硫化速度太快不利于生產(chǎn)，并且容易長霉，生熱性高；因此，適量的蛋白質(zhì)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(chǎn)品的關(guān)鍵，溫度過高會嚴(yán)重破壞橡膠分子鏈?zhǔn)狗肿渔溄到猓约笆狗肿渔溕系姆悄z物質(zhì)受熱破壞，使產(chǎn)品力學(xué)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(xiàn)象。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有加工工藝和技術(shù)的不足而提供一種高性能天然橡膠的生產(chǎn)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(fù)，嚴(yán)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(hù)作用的非膠物質(zhì)，保持了產(chǎn)品的高性能，生產(chǎn)工藝簡便，產(chǎn)品質(zhì)量好、生產(chǎn)回收率高，生產(chǎn)過程綠色環(huán)保,生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)聞效。
[0010]本發(fā)明所采用的技術(shù)原理:利用膠片充分泡洗，除去殘留的酸、氨等物質(zhì)，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(fù)，通過嚴(yán)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(hù)作用的非膠物質(zhì)，使產(chǎn)品保持高性能。
[0011]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
[0012]一種高性能天然橡膠`的生產(chǎn)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(jīng)凝固和熟化得到凝塊或生膠片，經(jīng)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(huán)境存在的、對天然膠乳的蛋白質(zhì)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(jīng)過懸掛干燥的膠片進(jìn)行造粒、干燥即可得到高性能天然橡膠產(chǎn)品，其氮含量控制在0.15~0.35%。
[0018]本發(fā)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(fù)，根據(jù)膠片掛片干燥過程各階段濕度嚴(yán)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(hù)作用的非膠物質(zhì)，因此，使產(chǎn)品可以保持高性能。
[0019]對橡膠的化學(xué)組分及性能進(jìn)行測定，其測試方法如下:
[0020]( I)生膠的化學(xué)分析[0021]用常規(guī)儀器測試生膠的總固體含量、干膠含量、氮含量、雜質(zhì)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(jī)、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(shù)PRI，混煉膠的硫化特性及硫化膠的力學(xué)性能、生熱性能、熱氧老化性能和耐臭氧龜裂性能。
[0024]本發(fā)明生產(chǎn)工藝簡單，由于結(jié)合了自然風(fēng)干和熱風(fēng)混合干燥過程，生產(chǎn)成本低，各個環(huán)節(jié)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(fù)，根據(jù)膠片掛片干燥過程各階段濕度嚴(yán)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(hù)作用的非膠物質(zhì)，保持了產(chǎn)品的高性能，產(chǎn)品質(zhì)量好、生產(chǎn)回收率高，生產(chǎn)過程綠色環(huán)保,生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)高效。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)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(guī)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(biāo)準(zhǔn)的清水調(diào)節(jié)干膠含量到24%，采用經(jīng)計算后確定濃度為2%的甲酸用量，經(jīng)并流加酸到凝固槽，膠乳混合10`分鐘出現(xiàn)絮凝，熟化15小時形成無白水的凝塊。凝塊經(jīng)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(chǎn)品，測定干膠的質(zhì)量指標(biāo)和性能。
[0028]質(zhì)量指標(biāo)和性能:雜質(zhì)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(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)的清水調(diào)節(jié)干膠含量到24%，采用經(jīng)計算后確定濃度為2%的甲酸用量，經(jīng)并流加酸到凝固槽，膠乳混合8分鐘出現(xiàn)絮凝，熟化15小時形成無白水的凝塊。凝塊經(jīng)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(chǎn)品，測定干膠的質(zhì)量指標(biāo)和性能。
[0031]質(zhì)量指標(biāo)和性能:雜質(zhì)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(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)的清水調(diào)節(jié)干膠含量到22%，采用經(jīng)計算后確定濃度為2%的甲酸用量，經(jīng)并流加酸到凝固槽，膠乳混合8分鐘出現(xiàn)絮凝，熟化15小時形成無白水的凝塊。凝塊經(jīng)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(chǎn)品，測定干膠的質(zhì)量指標(biāo)和性能。
[0034]質(zhì)量指標(biāo)和性能:雜質(zhì)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(qiáng)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(jīng)充分浸泡、切塊，凝塊經(jīng)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(zhì)量指標(biāo)和性能。
[0037]質(zhì)量指標(biāo)和性能:雜質(zhì)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(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)的清水調(diào)節(jié)干膠含量到24%，加入蛋白酶水溶液，經(jīng)并流加酶到凝固槽，膠乳混合60分鐘出現(xiàn)絮凝，熟化16小時形成無白水的凝塊。凝塊經(jīng)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(chǎn)品，測定干膠的質(zhì)量指標(biāo)和性能。
[0040]質(zhì)量指標(biāo)和性能:雜質(zhì)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(qiáng)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(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種高性能天然橡膠的生產(chǎn)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(jīng)凝固和熟化得到凝塊或生膠片，經(jīng)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(jīng)過懸掛干燥的膠片進(jìn)行造粒、干燥即可得到高性能天然橡膠產(chǎn)品，其氮含量控制在 0.15 ~0.35%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能天然橡膠的生產(chǎn)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(huán)境存在的、對天然膠乳的蛋白質(zhì)起分解作用的微生物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能天然橡膠的生產(chǎn)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(yōu)先權(quán)日:2013年12月28日
【發(fā)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(xué), 海南天然橡膠產(chǎn)業(yè)集團(tuán)股份有限公司