新型抗沉淀剂KM-S的应用研究

张雅妮，刘 华，欧阳维，潘显智，肖 媚

（中国化工株洲橡胶研究设计院有限公司，湖南 株洲 412003）

抗沉淀剂是一种分散剂，它被吸附在固-液界面上，能显著降低固-液界面的表面张力，使固体颗粒均匀而稳定地分散在液体中而不重新聚结。分散剂一般具有两个作用，一是能在被分散的固体粒子表面形成水合层，起屏蔽保护作用，防止被分散粒子重新聚结，即高分子位阻效应；二是提高被分散粒子的表面电荷，增强粒子间的排斥力，使粒子保持稳定的分散状态，即电荷排斥原理[1]。分散剂适宜用量取决于被分散物质的种类、粒子大小、表面性质及分散体pH值等，因此分散剂用量必须通过试验确定，用量过大或过小都会产生不良影响[2]。

新型抗沉淀剂KM-S是一种钠中和性凝聚萘磺酸的喷雾干燥型粉末，是高度磺化的低分子聚合物，属于高效分散剂，可用于橡胶合成加工领域。它适用的pH值范围较宽，在体系pH值为9～10时分散效果更加显著，不会影响胶乳表面张力或发泡工艺。当需要降低胶乳表面张力时，它也可以用作阴离子型或非离子型表面活性剂。其外观呈浅琥珀色，用量较小时不会影响胶乳体系颜色。

本工作采用抗沉淀剂KM-S研磨填料碳酸钙和半补强炭黑以及用于胶乳混合分散体，研究抗沉淀剂KM-S的分散效果。

1 实验

1.1 主要原材料

天然胶乳和氧化锌，湛江市长江橡胶化工有限公司产品；防老剂D和半补强炭黑，株洲中南化机橡胶化工有限公司产品；硫黄，株洲广利橡胶化工有限公司产品；促进剂TMTD，河北佰斯特化工有限公司产品；轻质碳酸钙，湖南吉瑞祥化工科技发展有限公司产品；抗沉淀剂KM-S（性能指标如表1所示），美国GEO公司产品。

表1 抗沉淀剂KM-S的性能指标

1.2 主要设备与仪器

U488Y80-220型SF智能型分散砂磨机，上海贝微电机有限公司产品；JM-50型胶体磨，上海科劳机械设备有限公司产品；NDJ-8S型数显粘度计，上海衡平仪器仪表厂产品；TG328B型光电自动天平，上海天平仪器厂产品；DN1700×4000型直接汽硫化罐（卧式），泰兴市泰阳化工印染机械有限公司产品。

1.3 性能测试

各项性能测试均按相应国家标准进行。

2 结果与讨论

2.1 抗沉淀剂KM-S研磨碳酸钙的分散效果

用分散砂磨机进行抗沉淀剂KM-S研磨碳酸钙的试验，分散砂磨机转速为600 r·min-1，研磨时间为15 h，卸罐后检测分散体沉降量。研磨碳酸钙配方（以干比计，下同）及碳酸钙沉降量如表2所示。

表2 研磨碳酸钙配方及碳酸钙沉降量

试验中，未加入抗沉淀剂KM-S研磨碳酸钙，分散砂磨机运行30 min时，机体内水分全部挥发，分散砂磨机发热，导致无法正常研磨，而加入0.5，1或2份抗沉淀剂KM-S的碳酸钙分散体可正常研磨。研磨后的碳酸钙分散体在烧杯中放置14 d后，用玻璃棒搅动烧杯底部沉积的碳酸钙，其中抗沉淀剂KM-S用量为1份时底部沉积的碳酸钙最少且容易搅起，抗沉淀剂KM-S用量为2份时底部沉积的碳酸钙最多且难以搅起；抗沉淀剂KM-S用量为0.5份时底部沉积的碳酸钙量介于两者之间。这与表2的分散体沉降量结果一致。

从表2可以看出，随着抗沉淀剂KM-S用量增大，碳酸钙分散体沉降量呈先减小后增大的趋势，加入0.5份抗沉淀剂KM-S的碳酸钙分散体沉降量为79 mg·h-1，加入1份抗沉淀剂KM-S的碳酸钙分散体沉降量最小，为20 mg·h-1，而加入2份抗沉淀剂KM-S的碳酸钙分散体沉降量为135 mg·h-1。由此可见，加入抗沉淀剂KM-S可以降低碳酸钙沉降量，防止碳酸钙快速沉降的效果良好。这是因为抗沉淀剂KM-S作为阴离子型表面活性剂，可抗絮凝粒子聚集，降低填料单个粒子絮凝的沉降率。进一步分析，抗沉淀剂KM-S在水中电离形成阴离子，并具有一定的表面活性，被填料粉体表面吸收后形成双电层，当双电层的动电电位处在一个合适的值时，分散体中的团聚体破裂，阻止固体微粒重新聚集，使分散体处于稳定状态；同时因为粉体粒子吸附了分散剂，粒子大小接近于胶体粒子，受布朗运动影响，分散体将在一定时间内呈悬浮状态，如果分散剂加入量过大，反而会破坏双电层电位的动态平衡[3-6]。这也是加入2份抗沉淀剂KM-S的碳酸钙沉降量大于加入1份抗沉淀剂KM-S的碳酸钙沉降量的原因。因此，抗沉淀剂KM-S的适宜用量为0.05～1份。

2.2 不同分散剂研磨炭黑的分散效果

用分散砂磨机进行分散剂研磨半补强炭黑的试验，分散剂分别为扩散剂NF、拉开粉BX、聚乙烯醇和抗沉淀剂KM-S，分散砂磨机转速为600 r·min-1，研磨时间为15 h，卸罐后观察分散体状态。不同分散剂研磨炭黑配方及分散体状态如表3所示。

从表3可以看出：用扩散剂NF、拉开粉BX和聚乙烯醇研磨10份炭黑时，分散体较稀，分散均匀，流动性较好；研磨20份炭黑时，分散体很稠，无法流动，影响使用；用抗沉淀剂KM-S研磨30份炭黑时，分散体较稀，分散均匀，流动性好；研磨40份炭黑时，分散体很稠，即总固体质量分数为0.4时，分散体很稠，影响使用。总体而言，抗沉淀剂KM-S的分散效果比其他分散剂好，分散体总固体质量分数最大可达0.3。

表3 不同分散剂研磨炭黑配方及分散体状态

2.3 抗沉淀剂KM-S对乳胶制品物理性能的影响

用分散砂磨机进行抗沉淀剂KM-S研磨混合分散体的试验，分散砂磨机转速为500 r·min-1，研磨时间为12 h。混合分散体配方如表4所示，其中C3配方为目前混合分散体常用配方。

表4 混合分散体配方 份

混合分散体研磨完毕后卸罐消泡，将C1，C2，C3配方混合分散体分别加入胶乳中，配制成D1，D2，D3配合胶乳，制作气球。

气球生产流程为：凝固剂、胶乳制备→浸胶乳→停放胶凝→浸热水脱膜→清洗胶膜→泡水→充气定型→硫化干燥→检查→包装入库。工艺条件为：浸胶乳时间 3.5 min，浸热水温度 （60±2）℃，浸热水时间 4 min，定型条件 38 ℃×40 min，直接蒸汽硫化110 ℃×15 min，间接蒸汽硫化90 ℃×90 min。

气球物理性能如表5所示。从表5可以看出：使用0.05份抗沉淀剂KM-S的D1配方气球物理性能最好，拉伸强度和拉断伸长率与D3配方气球相近，爆破直径、老化后拉伸强度和拉断伸长率均大于D3配方气球，由此可见，加入适量抗沉淀剂KM-S对气球的物理性能无不利影响。

表5 气球物理性能

2.4 抗沉淀剂KM-S对胶乳粘度及稳定性的影响

为了考察抗沉淀剂KM-S对胶乳体系的影响，将D1，D2，D3配合胶乳放置一段时间，观察配合胶乳变化情况，监测其粘度和氯仿值。

配合胶乳的粘度和氯仿值如表6所示。从表6可以看出：随着放置时间延长，加入抗沉淀剂KM-S的D1和D2配合胶乳的粘度呈先减小后增大的趋势，粘度变化幅度比D3配合胶乳小，稳定性好；D1和D2配合胶乳的氯仿值变化与D3配合胶乳相同。这说明用抗沉淀剂KM-S研磨的混合分散体制备的配合胶乳不但分散效果较好，而且固体颗粒的水溶性增大，胶乳可以更好保存。而且抗沉淀剂KM-S在改善胶乳稳定性的同时，不影响胶乳凝固过程。

表6 配合胶乳粘度和氯仿值

3 结论

（1）抗沉淀剂KM-S用于研磨碳酸钙时，其用量为1份的分散体沉降量最小。

（2）抗沉淀剂KM-S研磨半补强炭黑的分散效果比扩散剂NF、拉开粉BX和聚乙烯醇好，其分散体总固体质量分数最高可达0.3，而其他分散剂分散体总固体质量分数最高为0.1。

（3）抗沉淀剂KM-S研磨混合分散体配制的胶乳粘度低，稳定性好，制备的气球物理性能优良。