米雄飞1,王炼石1,张安强1,林雅铃2(1.华南理工大学材料科学与工程学院高分子材料科学与工程系,广东广州510641;2.华南农业大学资源与环境学院制药工程系,广东广州510642)
摘 要:在用凝聚共沉法制备高耐磨炭黑填充型粉末天然橡胶[P(NR/N330)]的基础上,用SEM研究了无接触污染性和有接触污染性的P(NR/N330)粒子的表面形貌,提出了用凝聚共沉法制备填充型粉末天然橡胶的成粉机理,指出选用对炭黑具有优良乳化作用的分散剂和合成具有优良成膜性的包覆剂,是制备无接触污染性的P(NR/N330)的技术关键。
关键词:高耐磨炭黑填充型粉末NR;凝聚共沉法;粒子形貌;成粉机理;SEM
中图分类号:TQ 330.38;TQ 333.1文献标识码:A文章编号:1005-3174(2006)05-0010-03
已有研究认为,凝聚共沉法是制备填充型粉末橡胶的最简便可靠的方法[1~6]。用凝聚共沉法制备粉末橡胶的关键技术是包覆剂必须对橡胶粒子具有优良的包覆隔离作用,并且不会损害产物的物理机械性能[4]。但凝聚共沉法的成粉机理尚未见报道。笔者以凝聚共沉法制备高耐磨炭黑(N330)填充型粉末天然橡胶[P(NR/N330)]的工艺过程为例,在对P(NR/N330)粒子进行SEM形貌分析的基础上,提出凝聚共沉法的成粉机理。
1 实验部分
1.1 P(NR/N330)的制备
制备P(NR/N330)所需的主要原材料及其制备过程见参考文献[2]。
1.2 P(NR/N330)粒子形貌分析
用日本日立S- 550型扫描电子显微镜(SEM)拍照分析产物粒子形貌,试样观察前先用铂金喷涂覆形。
2 结果与讨论
2.1 产物粒子形貌分析
图1(a)是无接触性污染P(NR/N330)宏观粒子形貌的SEM照片。由图1可见,粉末粒子的外观形状不规则,其平均粒径约为0.5
mm,并可见该宏观粒子是由多个粒径约为100~200μm的团粒粘结而成,这些团粒可称为次级粒子;图1(b)是次级粒子的局部放大图,由图1(b)可见,次级粒子是由平均粒径约为30μm的小粒子粘结而成,这些小粒子可称为初级粒子;图1(c)是初级粒子的局部放大图,由图1(c)可见,炭黑在NR基体中分散良好,没有裸露于表面,无游离炭黑存在,因而不会产生炭黑的接触污染性问题;初级粒子表面光滑,是覆盖了一层包覆剂隔膜所致。
图2是有接触污染性P(NR/N330)宏观粒子形貌的SEM照片。由图2(a)可见其宏观粒子也由次级粒子及初级粒子构成。图2(b)则显示其表面非常粗糙并有很多细小的颗粒存在,其粒径为0.1~0.2μm,应是游离炭黑的小团粒,这是导致产物产生炭黑的接触污染性的最根本原因。
2.2 P(NR/N330)的成粉机理分析
根据以上分析结果可以判断P(NR/N330)粉末化体系的成粒历程如图3所示。
初级粒子应是在胶乳与炭黑乳液混合搅拌时,由于胶乳在炭黑粒子的吸附作用下发生微凝聚而形成,粉末化体系也由混合乳液转变为微悬浮液,而过量的炭黑分散剂则对悬浮的初级粒子起稳定作用。此时加入包覆剂,包覆剂在初级粒子表面形成一层包覆膜,加入絮凝剂后,体系发生絮状凝聚[2~7]。絮状凝聚是初级粒子的松散堆积,在高速搅拌产生的剪切力作用下,松散堆积易于散开,形成次级粒子。产物脱水后得滤饼,后者是次级粒子的紧密堆积。挤压过筛时,多个次级粒子同时挤过筛孔,结果形成由多个次级粒子粘结在一起的宏观粉末粒子。
在整个粉末化历程中,初级粒子形成阶段对产物有无接触污染性起决定性的作用。在初级粒子形成时,若炭黑粒子能被乳胶粒子包埋,所得产物就无接触性污染。若炭黑分散不良,以团粒存在,乳胶粒子就难以将其包埋,结果形成游离炭黑,产物便存在接触污染性。包覆膜形成阶段对产物成粉率起决定性作用。若包覆剂对初级粒子表面覆盖完整,厚薄适宜,则成粉率高;若包覆膜覆盖不完整或太薄而在后工序的操作中破裂都会导致裸露部分的橡胶发生粘结,结果产物粒径变大,成粉率低。由此可见,选用对炭黑具有优良乳化作用的分散剂和合成成膜性优良的包覆剂,是制备无接触污染性产物的技术关键。
3 结 论
(1) SEM形貌分析表明,无接触污染性的P(NR/N330)粒子表面,炭黑粒子被橡胶包埋,无游离炭黑存在,故产物无接触污染性。
(2)分布在P(NR/N330)粒子表面的游离炭黑团粒,是导致产物产生接触污染性的根本原因。
(3)粉末化体系的成粉过程是一个初级粒子-次级粒子-宏观粉末粒子多次聚集、粘结的过程。
