聚丁二烯胶乳结构凝胶含量测定影响因素分析

张健群

(大庆华科股份有限公司化工分公司，黑龙江大庆163714)

在ABS生产中，有10项技术指标分别从胶乳的内在性能和应用性能实现对其最终性能的控制;随着研究的进一步深入，发现10项指标中，结构凝胶含量、粒径对ABS冲击和外观的影响程度远远大于其它各项，成为聚丁二烯胶乳生产中最重要的技术控制指标之一［1］。

聚丁二烯胶乳的结构凝胶含量反映了胶乳粒子的交联程度，而胶乳粒子的交联程度决定了它本身的强度、接枝反应特性和接枝粒子结果，从而影响ABS性能［2］。结构凝胶含量过高或过低都不利于冲击性能的改善:结构凝胶含量过高，交联度过高，使得橡胶模量过高，失去弹性，不利于诱发银纹;结构凝胶含量过低，交联度过低，不利于发挥橡胶增韧的作用。

因此，聚丁二烯胶乳的结构凝胶含量测试的准确性直接影响聚丁二烯胶乳生产工艺的调整。本文通过实验探讨聚丁二烯胶乳的结构凝胶含量测定过程中影响测试结果的因素。

1 实验部分

1.1 主要材料与仪器

聚丁二烯胶乳:工业级，大庆石化公司;溶剂:丙酮、苯、甲苯。

过滤器:孔径为50目、100目、200目的不锈钢笼网;50目、100目、200目不锈钢筛网;电子天平:FA2104N，0.000 1 g，上海民桥精密科学仪器有限公司;真空干燥箱:DZF－6020，上海博讯实业有限公司;干燥器、烧杯、玻璃板、量筒等。

1.2 实验原理

凝胶又称冻胶。溶胶或溶液中的胶体粒子或高分子在一定条件下互相连接，形成空间网状结构，结构空隙中充满了作为分散介质的液体(在干凝胶中也可以是气体)，这样一种特殊的分散体系称作凝胶。

聚丁二烯胶乳的结构凝胶含量测试方法为溶胀法，即将试样放入一定量有机溶剂中，浸泡一段时间，使其未交联的高聚物完全溶解，未溶解的物质就是交联的聚合物，将未溶解的物质进行烘干，称量，可计算出试样的结构凝胶含量。

1.3 试样制备

将少量聚丁二烯胶乳经筛网过滤后，均匀涂在玻璃片表面上，制成厚度为0.3～0.6 mm的薄膜。将薄膜取下，放入容器中，在真空干燥箱中干燥2 h，取出放入干燥器中冷却，备用。

1.4 测定方法

将准确称量的试样置于溶剂中，在规定的温度下静置溶解一定时间后，取出、干燥、烘干恒重，计算结构凝胶含量。

1.5 凝胶含量计算公式

聚丁二烯胶乳结构凝胶含量计算公式:

式中w为凝胶的质量分数，%;m0为试样的质量，g;m1为过滤器质量，g;m为过滤器加凝胶质量，g。

2 结果与讨论

在聚丁二烯胶乳的结构凝胶含量测试过程中，测试方法，溶剂种类，试样溶解时间和溶剂加入量等因素对于测定结果均有影响。

2.1 测试方法的选择

方法1:将准确称量0.3±0.005 g(精确至0.0001 g)的试样放入恒质量、洁净的不锈钢网笼中;将网笼浸入盛有一定量溶剂的广口瓶中，塞紧瓶塞，于暗处静置一段时间;取出网笼，蒸去溶剂，在真空烘箱中干燥2 h，冷却至室温，称取质量，计算结果。

方法2:将将准确称量0.3±0.005 g(精确至0.000 1 g)的试样放入200 mL烧杯中;将一定量的溶剂倒入烧杯中，用铝箔封口，于暗处静置一段时间;称取一块筛网，记重，并用其过滤已静置的烧杯中的液固混合物;将不溶于溶剂筛网上的聚合物蒸去溶剂，在真空烘箱中干燥2 h，冷却至室温，称取质量，计算结果。

实验过程中，将两种实验方法测试的结果进行比较，如表1所示。

表1 不同测试方法测定结果Table 1 Determination results of different measuring methods

由表1可知，方法1的测试结果相对误差较小，重复性较好。这是由于在方法1中不锈钢网和试样一同进行浸泡，与方法2中浸泡后的试样进行转移相比较，操作简便，避免了操作过程中人员操作误差对测试结果的影响。因此认为方法1比较适合用于聚丁二烯胶乳结构凝胶含量的测定。

2.2 溶剂

溶剂的选择是影响测定结果准确性的重要因素，选用丙酮、苯、甲苯3种溶剂进行聚丁二烯胶乳结构凝胶含量的测定实验，考察溶剂对测试结果的影响，结果如表2所示。

表2 不同溶剂测试结果Table 2 Test results of different solvents

实验中使用的聚丁二烯胶乳的结构凝胶含量理论值在85% ～87%之间，由表2可知，丙酮的测试结果比甲苯和苯的测试结果偏高。依据高分子聚合物“相似相容”原理，由于聚丁二烯胶乳与丙酮之间极性的差异引起部分非交联聚丁二烯未溶解，因此使得测定的结构凝胶含量高于真实值，而极性较弱的苯和甲苯为溶剂测得的结果比较接近真实值。通过表2比较，苯和甲苯都可作为溶剂进行结构凝胶含量测试，测试结果与理论值相接近，但是从环保、健康的角度考虑，苯的毒性较大，对操作人员危害较大，同时废液处理对环境影响较大，因此选用甲苯作为聚丁二烯胶乳结构凝胶含量测试的溶剂。

2.3 试样的溶解时间

试样的浸泡时间也是聚丁二烯胶乳结构凝胶含量测试过程中的影响因素之一。对同一聚丁二烯胶乳，测量相同质量的试样，溶剂的加入量也相同，考察不同浸泡时间对聚丁二烯胶乳结构凝胶含量测试结果准确性的影响，研究最佳浸泡时间，实验结果见图1。

图1 浸泡时间对结构凝胶含量的影响Figure 1 Effect of soaking time on the structural gel content

由图1可知，当试样溶胀时间较短时，试样的结构凝胶含量较高，这是因为未交联的高聚物溶解不完全;当溶解时间越长，试样在溶剂中溶解越彻底，测得的结构凝胶含量就越准确;当溶解时间超过24 h，凝胶测定结果趋于恒定，未交联的高聚物已经完全溶解，因此，测试聚丁二烯结构凝胶含量溶剂溶解时间以24 h为宜。

2.4 溶剂加入量

对同一聚丁二烯胶乳，测量相同质量的试样，加入不同量溶剂，考察不同溶剂加入量对聚丁二烯胶乳结构凝胶含量测试结果准确性的影响，实验结果见表3。

表3 溶剂用量测试结果Table 3 Solvent consumption test results

由表3可知，甲苯溶液为100 mL和150 mL时，测定的结构凝胶结果与理论值更接近。这是由于取50 mL甲苯溶液时，溶剂相对较少，试样浸泡不充分，试样中未交联的高聚物溶解不完全，测定结果偏大;甲苯溶液取100 mL和150 mL，试样浸泡完全，测定结果无明显差异。但从节能降耗角度考虑，选用溶剂量为100 mL，可以保证测定结果的准确性。

2.5 过滤器的孔径

过滤器作为结构凝胶测定实验的一个主要工具，使用不同孔径的过滤器，可能对结构凝胶量含量测定有影响。本实验采用50目(282 μm)、100目(154 μm)、200 目(74 μm)不锈钢网分别测定同一聚丁二烯胶乳样品的结构凝胶含量，实验结果见表4。

表4 不同孔径过滤器测试结果Table 4 Different aperture filter test results

由表4可知，采用不同孔径的不锈钢网进行聚丁二烯胶乳的结构凝胶含量测试，实验结果无明显差异。

3 结论

聚丁二烯胶乳结构凝胶含量测定方法采用实验方法1，操作简便，可避免操作过程中人员操作误差对测试结果的影响;选用极性较弱、毒性较小的甲苯作为聚丁二烯胶乳结构凝胶含量测定的溶剂;聚丁二烯结构凝胶含量测定过程中溶剂溶解时间以24 h为宜;聚丁二烯结构凝胶含量测定过程中溶剂加入量为100 mL，完全保证测定结果的准确性;在聚丁二烯结构凝胶含量测定过程中，不锈钢网的孔径尺寸对测定结果无明显影响。

［1］王贵恒.高分子材料成型加工原理［M］.北京:化学工业出版社，1982:18.

［2］黄立本.ABS树脂及其应用［M］.北京:化学工业出版社，2001:202.