3種不同品系天然生膠的性能研究①

寧家勝 黎燕飛 潘俊任 蔣一帆

(1廣東省廣墾橡膠集團(tuán)技術(shù)創(chuàng)新中心 廣東茂名 525200；2泰國廣墾橡膠有限公司 廣東茂名 525200)

近年來，國內(nèi)科研工作者對(duì)不同品系天然橡膠性能開展了大量的研究工作，取得一定的研究成果。王紀(jì)坤等[1]用Licor便攜式光合作用測(cè)定儀測(cè)定了不同品系橡膠樹的光合特性對(duì)光照強(qiáng)度和CO2變化的響應(yīng)特性。結(jié)果表明：隨著光照強(qiáng)度和CO2濃度升高，所有品系橡膠樹的光合速率均有明顯增大。呂明哲等[2]采用橡膠加工分析儀RPA2000，對(duì)海南、云南、廣東三大植膠墾區(qū)擬大規(guī)模推廣種植的7個(gè)不同新品系天然生膠加工性能進(jìn)行分析，指標(biāo)包括膠料的稠度及硫變指數(shù)、粘彈特性、應(yīng)力松弛時(shí)間、耐老化性能等。結(jié)果表明：云研-772和熱墾-73397的生膠加工性能好，利于混煉加工；云研-772及云研-774的塑性保持率小，耐老性能差；湛試-93114的塑性保持最大，耐老化性能最好。曾宗強(qiáng)等[3]用熱空氣老化箱按常規(guī)法結(jié)合熱重分析(TG)、差示掃描量熱法(DSC)及橡膠加工分析(RPA)法研究了2種不同品系NR硫化膠的耐老化性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：品系PB68硫化膠的耐老化性能比品系PRIM600硫化膠的好。

天然橡膠是一種生物合成的天然高分子化學(xué)物，它的聚合度大小會(huì)受到膠樹品系、樹齡、土壤、氣候、割膠制度等諸因素的影響[2]。因此，其后續(xù)衍產(chǎn)品如濃縮膠乳、顆粒膠(即標(biāo)準(zhǔn)橡膠)的質(zhì)量也存在一定的差異[2]。近期，國內(nèi)墾區(qū)天然橡膠種植面積不斷擴(kuò)大，橡膠品系也在不斷增加，特別是熱研-73397增加得更快。據(jù)了解，目前廣東茂名墾區(qū)熱研-73397開割橡膠樹約占總開割數(shù)約28%，若全部開割，約占總開割數(shù)40%，是茂名墾區(qū)的主導(dǎo)品系。研究本文所述的3種品系性能特性，將對(duì)國內(nèi)墾區(qū)天然生膠質(zhì)量起到?jīng)Q定性的作用。因此，為了進(jìn)一步掌握熱研-73397等3種品系鮮膠乳及其產(chǎn)品生膠的性能變化發(fā)展規(guī)律，我們針對(duì)這些品系開展了基礎(chǔ)性研究試驗(yàn)。

1 材料與方法

1.1 材料

鮮膠乳：以我國天然橡膠生產(chǎn)主產(chǎn)區(qū)大量推廣的品系熱研-873、熱研-73397、湛試-93114為研究對(duì)象，各取樣5㎏，由廣東省團(tuán)結(jié)農(nóng)場(chǎng)白沙隊(duì)提供，于割膠初期(6月初)、割膠中期(9月初)、割膠后期(12月初)分3批收集；冰醋酸、氨水，分析純，廣州化學(xué)試劑廠；促M(fèi)、硫磺、硬脂酸、氧化鋅均為橡膠工業(yè)配合劑。

1.2 方法

1.2.1 生膠的制備

取天然鮮膠乳5㎏，加入2%的乙酸，充分混合，攪拌均勻，靜置，待膠乳凝固充分熟化后，將凝塊用壓薄機(jī)壓薄，再用縐片機(jī)壓縐3～5次，脫水，用清水沖洗，將凝塊剪成小塊，并再次壓成厚度約2㎜的薄片，將其放入恒溫75℃的烘干箱中干燥，以取樣無白點(diǎn)，呈淡黃色透亮?xí)r取出備用。

1.2.2 硫化膠的制備

取生膠樣，按天然生膠純膠硫化配方(天然生膠100份，硬脂酸0.5份，氧化鋅6.0份，促M(fèi)0.5份，硫磺3.5份)在開放式煉膠機(jī)上混煉，混煉完成后放置約6h測(cè)硫化時(shí)間，根據(jù)測(cè)得的正硫化時(shí)間，將試樣在平板硫化機(jī)上硫化，取出后用涼水冷卻，得到硫化膠。

1.2.3 生膠性能測(cè)試

鮮膠乳和生膠性能按相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。

1.2.3 力學(xué)性能測(cè)試

門尼粘度按GB/T 1232-1992測(cè)試；硫化特性用無轉(zhuǎn)子硫化儀按GB/T 16584-1996測(cè)試；定伸應(yīng)力、扯斷伸長(zhǎng)率撕裂強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度根據(jù)GB/T 528-92測(cè)試；撕裂強(qiáng)度根據(jù)GB/T528-91測(cè)試。

2 結(jié)果與分析

2.1 鮮膠乳的成分性能

3種品系橡膠樹鮮膠乳在相同的保存條件下，測(cè)得鮮膠乳的性能如表1所示。

由表1可知，在不同割膠時(shí)期里不同品系膠樹所得的鮮膠乳，其化學(xué)成分的變化存在較大的差異。熱研-73397全年總固體含量和干膠含量最高且降幅最大，達(dá)到45%左右，另兩品系全年降幅分別為25%及20%左右；熱研-73397在初期和后期的非膠成分最高，熱研-873的非膠成分最低；熱研-73397的游離鈣鎂含量最高，另兩者較低。游離鈣、鎂對(duì)膠乳穩(wěn)定性存在不利的影響。酶和鈣、鎂含量高的膠乳，其穩(wěn)定性往往較低[4]，由此，熱研-73397非橡膠物質(zhì)含量最多，三者中穩(wěn)定性最差。

2.2 生膠性能

對(duì)3種品系橡膠樹所得膠乳制成生膠，測(cè)得生膠性能如表2所示。

由表2可知，3種品系所得生膠各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)均符合標(biāo)準(zhǔn)橡膠的規(guī)格(GB/T8081-2008)，但存在一些差異。熱研-873和湛試-93114灰分含量、氮含量比較接近，全年降幅不大，熱研-73397升幅較大，后期約為另兩者同期的2倍。熱研-73397全年灰分含量、氮含量平均值最高，熱研-873最低；熱研-873和湛試-93114的塑性初值(P0)初期較小，后期較大，全年升幅50%左右。熱研-73397全年平穩(wěn)，P0最小，另兩者接近；熱研-73397塑性保持率(PRI)全年降幅明顯，另兩者先升后降，初期和后期接近，熱研-73397的PRI全年最優(yōu)，熱研-873最差；這與它的氮含量有關(guān)，蛋白質(zhì)含量高的橡膠生熱性大，動(dòng)態(tài)性能差。3種品系初期門尼粘度接近，熱研-73397全年平穩(wěn)，門尼粘度最小，另兩者接近，全年升幅約30%。這可能是由于橡膠分子量越大，表明分子鏈越長(zhǎng)，因而分子間的內(nèi)摩擦越大，門尼粘度越高。由不同品系膠乳所得橡膠的門尼粘度之所以不同，以及膠乳微粒凝膠含量的多少可能都與橡膠分子所含醛基數(shù)有關(guān)[4]。

表1 3種品系鮮膠乳的性能

2.3 硫化特性

割膠期 樣品名稱 灰分含/% 氮含量/% P0 PRI 門尼粘度/[ML(1+4)100℃]初期中期后期熱研873 0.26 0.40 33.5 67.20 76.6熱研73397 0.24 0.42 34.9 80.20 77.0湛試93114 0.23 0.46 35.5 86.00 77.0熱研873 0.24 0.39 48.5 76.29 97.7熱研73397 0.29 0.45 40.5 90.12 81.1湛試93114 0.22 0.44 44.0 82.95 91.8熱研873 0.15 0.42 52.5 54.29 104.5熱研73397 0.39 0.56 39.5 79.75 79.1湛試93114 0.20 0.46 54.0 60.19 105.9

3種不同品系硫化膠由于非橡膠組分不同，其硫化特性也不相同。各品系制得的硫化膠，其硫化特性如表3所示。

由表3可知，3種品系所得生膠硫化特性存在差異。熱研-73397的硫化膠所需的正硫化時(shí)間全年升幅最大，t10和t90最長(zhǎng)，熱研-873次之，湛試-93114最短，維生素C(VC)硫化速度與正硫化時(shí)間成反比。湛試93114的最大扭矩和最小扭矩升幅最大，數(shù)值最大，熱研-73397次之，熱研-873最小。可能原因是蛋白質(zhì)分解產(chǎn)物具有促進(jìn)橡膠硫化和防止氧化的作用，是橡膠的天然硫化促進(jìn)劑和防老劑[4]，提高了維生素硫化速度。

2.4 物理機(jī)械性能

通過對(duì)不同品系硫化膠的物理機(jī)械性能進(jìn)行測(cè)試，可指導(dǎo)割膠管理及調(diào)控橡膠加工質(zhì)量[5]。3種品系硫化膠性能如表4所示。

生膠的物理機(jī)械性能是評(píng)價(jià)生膠制品質(zhì)量的重要指標(biāo)之一[6]。各品系的物理機(jī)械性能的測(cè)試結(jié)果見表4。從表4可以看出，湛試-93114生膠的拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度全年最高，與熱研-73397較接近，熱研-73397全年呈上升趨勢(shì)，另兩者先升后降，熱研-873最低，湛試-93114的300%、500%定伸應(yīng)力全年最大，熱研-873最小。三者生膠性能均比SCR20標(biāo)準(zhǔn)橡膠的物理性能優(yōu)異(SCR20相關(guān)數(shù)據(jù)為近年平均值)。分析可能與生膠分子量有關(guān)，分子量越大，分子鏈交聯(lián)密度越大，橡膠的彈性和強(qiáng)力就越大[5]。

表3 3種品系生膠的硫化性能特征參數(shù)

表4 3種品系硫化膠的物理機(jī)械性能

3 結(jié)論

(1)熱研-73397鮮膠乳游離鈣鎂含量較高，加工濃縮膠乳或生膠前應(yīng)去除鮮膠乳中部分鈣鎂離子，提高穩(wěn)定性。

(2)3種品系生膠性能均符合標(biāo)準(zhǔn)橡膠的規(guī)格。熱研-73397生膠后期氮含量偏高，接近國標(biāo)臨界值，易超標(biāo)，生產(chǎn)上應(yīng)盡量與較低氮含量的其它品系混合加工制成標(biāo)準(zhǔn)橡膠。理論上，蛋白質(zhì)含量高，對(duì)橡膠性能是有害的。

(3)3種品系在3個(gè)割膠時(shí)期生膠物理機(jī)械性能較好，均比SCR20標(biāo)準(zhǔn)橡膠的物理性能優(yōu)異。

(4)綜合以上，3種品系中湛試-93114的生膠綜合性能最好，是值得推廣栽培種植的品系。