米雄飛1,王煉石1,張安強1,林雅鈴2(1.華南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院高分子材料科學(xué)與工程系,廣東廣州510641;2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院制藥工程系,廣東廣州510642)
摘 要:在用凝聚共沉法制備高耐磨炭黑填充型粉末天然橡膠[P(NR/N330)]的基礎(chǔ)上,用SEM研究了無接觸污染性和有接觸污染性的P(NR/N330)粒子的表面形貌,提出了用凝聚共沉法制備填充型粉末天然橡膠的成粉機理,指出選用對炭黑具有優(yōu)良乳化作用的分散劑和合成具有優(yōu)良成膜性的包覆劑,是制備無接觸污染性的P(NR/N330)的技術(shù)關(guān)鍵。
關(guān)鍵詞:高耐磨炭黑填充型粉末NR;凝聚共沉法;粒子形貌;成粉機理;SEM
中圖分類號:TQ 330.38;TQ 333.1文獻標識碼:A文章編號:1005-3174(2006)05-0010-03
已有研究認為,凝聚共沉法是制備填充型粉末橡膠的最簡便可靠的方法[1~6]。用凝聚共沉法制備粉末橡膠的關(guān)鍵技術(shù)是包覆劑必須對橡膠粒子具有優(yōu)良的包覆隔離作用,并且不會損害產(chǎn)物的物理機械性能[4]。但凝聚共沉法的成粉機理尚未見報道。筆者以凝聚共沉法制備高耐磨炭黑(N330)填充型粉末天然橡膠[P(NR/N330)]的工藝過程為例,在對P(NR/N330)粒子進行SEM形貌分析的基礎(chǔ)上,提出凝聚共沉法的成粉機理。
1 實驗部分
1.1 P(NR/N330)的制備
制備P(NR/N330)所需的主要原材料及其制備過程見參考文獻[2]。
1.2 P(NR/N330)粒子形貌分析
用日本日立S- 550型掃描電子顯微鏡(SEM)拍照分析產(chǎn)物粒子形貌,試樣觀察前先用鉑金噴涂覆形。
2 結(jié)果與討論
2.1 產(chǎn)物粒子形貌分析
圖1(a)是無接觸性污染P(NR/N330)宏觀粒子形貌的SEM照片。由圖1可見,粉末粒子的外觀形狀不規(guī)則,其平均粒徑約為0.5 mm,并可見該宏觀粒子是由多個粒徑約為100~200μm的團粒粘結(jié)而成,這些團?？煞Q為次級粒子;圖1(b)是次級粒子的局部放大圖,由圖1(b)可見,次級粒子是由平均粒徑約為30μm的小粒子粘結(jié)而成,這些小粒子可稱為初級粒子;圖1(c)是初級粒子的局部放大圖,由圖1(c)可見,炭黑在NR基體中分散良好,沒有裸露于表面,無游離炭黑存在,因而不會產(chǎn)生炭黑的接觸污染性問題;初級粒子表面光滑,是覆蓋了一層包覆劑隔膜所致。
圖2是有接觸污染性P(NR/N330)宏觀粒子形貌的SEM照片。由圖2(a)可見其宏觀粒子也由次級粒子及初級粒子構(gòu)成。圖2(b)則顯示其表面非常粗糙并有很多細小的顆粒存在,其粒徑為0.1~0.2μm,應(yīng)是游離炭黑的小團粒,這是導(dǎo)致產(chǎn)物產(chǎn)生炭黑的接觸污染性的最根本原因。
2.2 P(NR/N330)的成粉機理分析
根據(jù)以上分析結(jié)果可以判斷P(NR/N330)粉末化體系的成粒歷程如圖3所示。
初級粒子應(yīng)是在膠乳與炭黑乳液混合攪拌時,由于膠乳在炭黑粒子的吸附作用下發(fā)生微凝聚而形成,粉末化體系也由混合乳液轉(zhuǎn)變?yōu)槲腋∫?而過量的炭黑分散劑則對懸浮的初級粒子起穩(wěn)定作用。此時加入包覆劑,包覆劑在初級粒子表面形成一層包覆膜,加入絮凝劑后,體系發(fā)生絮狀凝聚[2~7]。絮狀凝聚是初級粒子的松散堆積,在高速攪拌產(chǎn)生的剪切力作用下,松散堆積易于散開,形成次級粒子。產(chǎn)物脫水后得濾餅,后者是次級粒子的緊密堆積。擠壓過篩時,多個次級粒子同時擠過篩孔,結(jié)果形成由多個次級粒子粘結(jié)在一起的宏觀粉末粒子。
在整個粉末化歷程中,初級粒子形成階段對產(chǎn)物有無接觸污染性起決定性的作用。在初級粒子形成時,若炭黑粒子能被乳膠粒子包埋,所得產(chǎn)物就無接觸性污染。若炭黑分散不良,以團粒存在,乳膠粒子就難以將其包埋,結(jié)果形成游離炭黑,產(chǎn)物便存在接觸污染性。包覆膜形成階段對產(chǎn)物成粉率起決定性作用。若包覆劑對初級粒子表面覆蓋完整,厚薄適宜,則成粉率高;若包覆膜覆蓋不完整或太薄而在后工序的操作中破裂都會導(dǎo)致裸露部分的橡膠發(fā)生粘結(jié),結(jié)果產(chǎn)物粒徑變大,成粉率低。由此可見,選用對炭黑具有優(yōu)良乳化作用的分散劑和合成成膜性優(yōu)良的包覆劑,是制備無接觸污染性產(chǎn)物的技術(shù)關(guān)鍵。
3 結(jié) 論
(1) SEM形貌分析表明,無接觸污染性的P(NR/N330)粒子表面,炭黑粒子被橡膠包埋,無游離炭黑存在,故產(chǎn)物無接觸污染性。
(2)分布在P(NR/N330)粒子表面的游離炭黑團粒,是導(dǎo)致產(chǎn)物產(chǎn)生接觸污染性的根本原因。
(3)粉末化體系的成粉過程是一個初級粒子-次級粒子-宏觀粉末粒子多次聚集、粘結(jié)的過程。
