ESBR1712基础胶乳门尼黏度的影响因素研究*

邵 卫,康安福,燕鹏华,赵志超,胡育林，王永峰

(中国石油兰州化工研究中心，甘肃 兰州 730060)

门尼黏度表示橡胶的可塑性，它反映了橡胶的分子结构、相对分子质量及分布和支化程度。门尼黏度值的大小与产品的微观结构、相对分子质量的大小以及分子链支化交联程度密切相关。一般来说，门尼黏度值越高，相对分子质量就越大，网状支化交联结构就越多；门尼黏度值越低，相对分子质量就越小，网状支化交联结构就越少。门尼黏度是合成橡胶质量监控的重要指标，也是橡胶加工性能表征的关键指标，是控制生胶质量的重要指标之一，也是橡胶制品厂与加工企业最为关注的技术指标之一，它与制品物理机械性能和加工性能有着密切关系[1]。

SBR1712是结合苯乙烯质量分数为22.5%～24.5%、填充37.5份高芳烃油(相对100份干胶)的充油乳聚丁苯橡胶，主要用于轮胎、输送带、胶管等制品。本文通过乳液法合成制备SBR1712基础胶乳，详细研究了引发剂、转化率、相对分子质量调节剂等因素对基础胶乳门尼黏度的影响[2-5]，为工业化产品质量控制提供技术支撑。

1 实验部分

1.1 原料

丁二烯：质量分数为99.5%；苯乙烯：质量分数为99.5%；歧化松香酸皂：w(去氢枞酸)≥45%；脂肪酸皂：皂化值为209；过氧化氢二异丙苯：质量分数不小于45%；乙二胺四乙酸(EDTA)：质量分数不小于99%；刁白块：质量分数不小于99%；叔十二碳硫醇：质量分数不小于97%，以上原料全部取自兰州石化公司合成橡胶厂丁苯橡胶车间。

1.2 仪器设备

聚合釜：15 L间歇聚合釜，采用低温水通入夹套循环冷却，双层斜叶桨式搅拌，转速为0～1 200 r/min，烟台科立化工设备公司；真空烘箱：DZF-6021，上海精宏实验设备有限公司。

1.3 实验方法

投料以单体总质量份数为100份计(本文配方中均以“份”代表“百分数”，其它助剂用量均为单体总量的质量百分比)，向聚合反应釜中依次加入称量好的脱盐水190份、乳化剂3.5～5.0份、电解质0.4份、苯乙烯单体28份及相对分子质量调节剂0.10～0.20份，将聚合釜进行氮气置换3次，然后用氮气压入配方量的丁二烯72份，开启控温系统，当温度降至6 ℃左右时加入引发剂过氧化氢二异丙苯0.03～0.10份。反应过程控制反应温度5～8 ℃，使反应平稳进行，待转化率达到66%～70%时加入终止剂终止反应。

1.4 分析测试

转化率采用干物法测定：反应过程中，每隔1.5 h取样一次，称量0.5～1.5 g乳液于表面皿中，放入真空烘箱烘干，称量其质量。

固含量=(c-a)/(b-a)×100%

(1)

式中：a为表面皿的质量，g；b为表面皿和乳液的质量，g；c为烘干后表面皿和干胶的质量，g。

转化率=(乳液总质量×固含量-不挥发助剂质量)/单体总质量

(2)

2 结果与讨论

2.1 引发剂用量对胶乳门尼黏度的影响

引发剂用量对胶乳门尼黏度的影响见表1。

表1 引发剂用量对胶乳门尼黏度的影响

从表1可以看出，在控制转化率基本一致的情况下，随着引发剂用量的增加，胶乳门尼黏度逐渐降低。这是因为引发剂用量增加，引发剂浓度增大，则自由基生成速率增大，链终止速率亦增大，使聚合物的平均相对分子质量降低，因此胶乳门尼黏度随之降低。

2.2 转化率对产品门尼黏度的影响

从图1可以看出，随着聚合转化率的提高，胶乳的门尼黏度上升。这是因为门尼黏度主要受结合苯乙烯含量、支化度和交联度的影响[6]，随着聚合转化率的提高，聚合的结合苯乙烯含量及凝胶含量均增加，从而导致胶乳的门尼黏度上升。

转化率/%图1 聚合转化率对胶乳门尼黏度的影响

2.3 相对分子质量调节剂用量对胶乳门尼黏度的影响

相对分子质量调节剂用量对胶乳门尼黏度的影响见表2。

表2 相对分子质量调节剂用量对胶乳门尼黏度的影响

从表2可以看出,在转化率基本相同时，随着相对分子质量调节剂用量的增多,基础胶乳门尼黏度逐渐降低。这是因为相对分子质量调节剂的消耗历程可以影响到所得聚合物乳液的特性黏数，特性黏数又是与聚合物的平均相对分子质量及其分布密切相关的重要参数，而聚合物的相对分子质量与相对分子质量调节剂总的消耗量及消耗历程有关,在聚合反应过程中,调节剂后，随着转化率增大而逐渐被消耗,若调节剂用量多,消耗速率慢,则所得聚合物相对分子质量低，因此胶乳门尼黏度低。

2.4 相对分子质量调节剂加入方式对胶乳门尼黏度的影响

从图2可以看出，一次加入相对分子质量调节剂的胶乳门尼黏度随转化率升高波动较大，分批加入调节剂后，随着转化率升高可获得稳定的胶乳门尼黏度。这是因为若调节剂在反应开始前一次加入，调节剂将随着转化率增大而逐渐被消耗，这样所得胶乳门尼黏度不稳定，波动较大，若采用分批加入调节剂的方式，调节剂将随着转化率增大逐渐被消耗，同时在整个聚合反应期得到的聚合物相对分子质量均匀。

转化率/%图2 调节剂加入方式对胶乳门尼黏度的影响

3 结 论

(1) 在相同转化率条件下，随着引发剂用量的增大，基础胶乳的门尼黏度逐渐降低。

(2) 随着聚合转化率的提高，胶乳的门尼黏度上升。

(3) 随着相对分子质量调节剂用量增加,基础胶乳门尼黏度逐渐降低。

(4) 一次加入相对分子质量调节剂的胶乳门尼黏度随转化率升高波动较大，而分批加入相对分子质量调节剂的胶乳门尼黏度较稳定。

参 考 文 献：

[1] 凌珑，焦书科,戚银城，等.单体转化率对乳液丁苯基本特性和微观结构的影响规律[J].弹性体,1994,4(3):17-20.

[2] 戚银城,凌珑,洪旭辉，等.影响乳聚丁苯橡胶门尼黏度的因素[J].弹性体,1992,2(3):1-6.

[3] 米普科，薛心涛.调节剂加入量对SBR 1502性能的影响[J].合成橡胶工业,1995,18(1):38-39.

[4] 殷兰,陆书来,孙继德，等.环保型充油胶SBR1723N研制[J].弹性体,2012,22(6):62-64.

[5] 李金山,仇国贤,吴福生.高转化率丁苯橡胶SBR1500门尼黏度的影响因素及控制方法[J].化工新型材料,2006,34(10):83-85.

[6] 金彦江,沈本贤,隋军，等.高转化率配方乳聚丁苯橡胶聚合过程中间产物性能考察[J].弹性体,2011,21(5):44-47.