一种高性能天然橡胶的生产方法
【专利摘要】本发明涉及一种高性能天然橡胶的生产方法，是取新鲜天然胶乳在自然界微生物或加入蛋白酶或加酸的作用下得到絮凝胶；将絮凝胶经凝固和熟化得到凝块或生胶片，经压薄脱水、洗涤、造粒、压制成胶片，将胶片悬挂干燥，在进行造粒、干燥即可得到高性能天然橡胶产品，其氮含量控制在0.15～0.35%，胶片挂片干燥过程各阶段湿度严格控制干燥温度，控制温度为15～120℃，悬挂干燥时间为1～15天。本发明生产工艺简单，生产成本低，各个环节采用控制对橡胶分子链破坏最小的工艺和方法，保持了产品的高性能，产品质量好、生产回收率高，生产过程绿色环保，生产经济高效。
【专利说明】一种高性能天然橡胶的生产方法
【技术领域】
[0001]本发明属天然橡胶制胶【技术领域】，涉及一种天然橡胶的生产方法，具体涉及一种高性能天然橡胶的生产方法。
【背景技术】
[0002]天然胶乳除含有橡胶烃和水外，还含有大量的蛋白质、类脂物、有机酸及糖类等非胶物质，由于天然胶乳中的橡胶粒子受到蛋白质和类脂物等亲水物质构成的双电层保护，使天然胶乳能保持稳定的胶体状态，当天然胶乳被微生物污染，或加入酸、无机盐、加热、冷冻、辐射等都可使天然胶乳失去稳定而凝固或胶凝。目前，天然胶乳凝固方法主要是化学法、生物法和物理凝固法:一、化学法，即加入诸如酸、盐、脱水剂之类的凝固剂使胶乳凝固；二、生物法，即利用胶乳中原有的或外加的微生物或酶的作用使胶乳凝固；三、物理凝固法，即利用物理方法如采用微波辐射或加热、机械搅拌凝固天然胶乳的方法。
[0003]天然胶乳在胶园自然凝固得到的胶称为胶园凝胶，主要有:胶杯凝胶、胶团、胶线等；天然胶乳在人工凝固后经压片、停放脱水所得到的胶片称为生胶片。由于胶园凝胶、生胶片等往往杂质含量高需要经充分洗涤后，经造粒、干燥后，加工成标准胶产品。[0004]我国的天然橡胶加工主要采用集中加工的模式，即在胶园收集的鲜胶乳中加入氨作保存剂，再运回加工厂集中加工。工厂集中加工的方式主要有两种:一是鲜胶乳加酸用于中和氨并利用酸凝固胶乳，凝固后的凝块经压皱、洗涤、造粒、干燥后加工成标准胶产品；二是天然橡胶乳液经离心浓缩分离后得到浓缩胶乳和胶清，浓缩胶乳经稳定化和熟化加工成浓缩胶乳。
[0005]目前，经酸凝固的标准天然橡胶生产检验结果表明，大多数标准胶产品其纯胶配方的性能为拉伸强度为19.6~20.5MPa，耐热氧老化性能较低，耐臭氧龟裂性能为30~50分钟，门尼粘度约为60~70，塑性初值在30~40之间，PRI在75~80之间；大多数生胶片生产的标准胶其纯胶配方的性能为拉伸强度为20~22MPa、耐热氧老化性能较低，耐臭氧龟裂性能为40~60分钟，门尼粘度约为65~75，塑性初值在35~40之间，PRI在75~80之间。上述两种标准胶产品均难以用于生产高性能的航空轮胎及高质量全钢子午胎制品。因此，通过合适的生产工艺和条件优化的生产方法获得高性能天然橡胶具有重大意义。
[0006]目前的研究表明:天然橡胶的性能除了受天然橡胶的橡胶烃分子结构影响外，还受非橡胶组份的影响以及加工工艺与条件的影响。天然橡胶的分子结构包括:橡胶烃-聚异戊二烯的分子量大小和分子量分布。非橡胶组份主要包括:蛋白质、类脂物、丙酮溶物、无机盐等，非橡胶组份总量约为3~5%。加工工艺与条件包括:鲜胶乳的早期保存(保存剂的种类和用量)、胶乳的凝固(凝固方式和用量)、压片、洗涤和造粒的程度；干燥的条件(干燥温度、时间和空气湿度、流量)。影响橡胶性能及一致性的因素中，有些因素是无法控制的(如气候、季节、土壤等)，有些因素主要是从生长及产量角度来考虑亦难以控制(如胶树的品系、割胶制度、施肥等)，最有效且可行的控制和获得高性能的生产方法是对加工过程的控制。[0007]采用氨保存的鲜胶乳使用酸对天然胶乳进行凝固的标准橡胶生产工艺中，残留的氨与酸会影响产品的耐热氧老化性能和耐臭氧龟裂性能，力学性能降低。合适的洗涤、压皱工艺能清洗杂质和酸、氨等物质，但过度的破碎、撕裂会使分子断裂而伤害产品的力学性能。天然橡胶中的蛋白质主要有球蛋白和橡胶蛋白，以及少量的碱性蛋白质、纤维状蛋白；蛋白质能降低硫化的活化能，促进硫化，同时，蛋白质吸附在天然橡胶分子链上能提高耐热氧老化性能；但蛋白质过多，硫化速度太快不利于生产，并且容易长霉，生热性高；因此，适量的蛋白质含量能保持天然橡胶的高性能，
[0008]干燥过程的控制是获得高性能产品的关键，温度过高会严重破坏橡胶分子链使分子链降解，以及使分子链上的非胶物质受热破坏，使产品力学性能和老化性能降低；温度太低干燥时间太长，也容易长霉、夹生等现象。
【发明内容】
[0009]本发明的目的是针对现有加工工艺和技术的不足而提供一种高性能天然橡胶的生产方法，通过控制对橡胶分子链破坏最小的工艺和方法，控制氮含量，利用可控温度和湿度的挂片干燥使分子链在受得洗涤破碎、撕裂后使断裂分子链重新恢复，严格控制干燥温度，使橡胶在干燥过程尽可能的不破坏橡胶分子链和对分子链起保护作用的非胶物质，保持了产品的高性能，生产工艺简便，产品质量好、生产回收率高，生产过程绿色环保,生产经济闻效。
[0010]本发明所采用的技术原理:利用胶片充分泡洗，除去残留的酸、氨等物质，通过蛋白酶处理控制橡胶中的氮含量，通过可控温度和湿度的充分挂片使分子链在受到洗涤破碎、撕裂后又重新恢复，通过严格控制挂片干燥温度，使橡胶在干燥过程尽可能的不破坏橡胶分子链和对分子链起保护作用的非胶物质，使产品保持高性能。
[0011]本发明所采用的技术方案是:
[0012]一种高性能天然橡胶`的生产方法，其具体步骤如下:
[0013]1、取干胶含量为8~62%并按重量百分比计添加0.05%以下氨的新鲜天然胶乳，在自然界微生物或加入蛋白酶或加酸的作用下得到絮凝胶；将絮凝胶经凝固和熟化得到凝块或生胶片，经压薄脱水、洗涤、造粒、压制成厚度为2~15mm的胶片。
[0014]所述自然界微生物是指橡胶树胶乳中或割胶周边环境存在的、对天然胶乳的蛋白质起分解作用的微生物。
[0015]所述蛋白酶的加入量按橡胶胶乳重量百分比计为0.5%以下。
[0016]2、将胶片悬挂干燥,控制温度为15~120°C,悬挂干燥时间为I~15天。
[0017]3、将经过悬挂干燥的胶片进行造粒、干燥即可得到高性能天然橡胶产品，其氮含量控制在0.15~0.35%。
[0018]本发明利用蛋白酶处理控制橡胶的氮含量，利用挂片干燥(胶片悬挂干燥)除去水分的同时，使橡胶分子链在洗涤、造粒过程被破碎、撕裂后又重新恢复，根据胶片挂片干燥过程各阶段湿度严格控制干燥温度，使橡胶在干燥过程尽可能的不破坏橡胶分子链和对分子链起保护作用的非胶物质，因此，使产品可以保持高性能。
[0019]对橡胶的化学组分及性能进行测定，其测试方法如下:
[0020]( I)生胶的化学分析[0021]用常规仪器测试生胶的总固体含量、干胶含量、氮含量、杂质含量、灰分含量及丙酮抽出物含量等。
[0022](2)生胶性能的测定
[0023]分别用门尼粘度仪、硫化仪、拉力试验机、华莱士塑性计、热氧老化箱和臭氧老化箱测定用天然生胶的门尼粘度、塑性初值PO和抗氧指数PRI，混炼胶的硫化特性及硫化胶的力学性能、生热性能、热氧老化性能和耐臭氧龟裂性能。
[0024]本发明生产工艺简单，由于结合了自然风干和热风混合干燥过程，生产成本低，各个环节采用控制对橡胶分子链破坏最小的工艺和方法，控制氮含量，利用挂片使分子链在受得洗涤破碎、撕裂后使断裂分子链重新恢复，根据胶片挂片干燥过程各阶段湿度严格控制干燥温度，使橡胶在干燥过程尽可能的不破坏橡胶分子链和对分子链起保护作用的非胶物质，保持了产品的高性能，产品质量好、生产回收率高，生产过程绿色环保,生产经济高效。
【具体实施方式】
[0025]下面结合实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。
[0026]实施例一
[0027]取干胶含量为28%、氨含量为0.008%的新鲜天然胶乳1000Kg于混合池中，加入蛋白酶和符合标准的清水调节干胶含量到24%，采用经计算后确定浓度为2%的甲酸用量，经并流加酸到凝固槽，胶乳混合10`分钟出现絮凝，熟化15小时形成无白水的凝块。凝块经压薄脱水、洗涤、造粒、压片、挂片干燥5天(温度60°C)、造粒、干燥后得到高性能天然橡胶产品，测定干胶的质量指标和性能。
[0028]质量指标和性能:杂质含量为0.015%，塑性初值PO为47，塑性保持率PRI为90%，氮含量0.20%,灰份含量为0.2%，门尼黏度80单位；纯胶配方的硫化时间T-90为8分钟，拉伸强度为27.5MPa，拉断伸长率为900%，生热性为13°C，耐热氧老化性能保持率88%，耐臭氧龟裂性能为6小时。
[0029]实施例二
[0030]取干胶含量为32%、氨含量为0.006%的新鲜天然胶乳1000Kg于混合池中，加入蛋
白酶和符合标准的清水调节干胶含量到24%，采用经计算后确定浓度为2%的甲酸用量，经并流加酸到凝固槽，胶乳混合8分钟出现絮凝，熟化15小时形成无白水的凝块。凝块经压薄脱水、洗涤、造粒、压片、挂片干燥6天(温度55°C)、造粒、干燥后得到高性能天然橡胶产品，测定干胶的质量指标和性能。
[0031]质量指标和性能:杂质含量为0.015%，塑性初值PO为48，塑性保持率PRI为90%，氮含量0.25%，灰份含量为0.18%，门尼黏度82单位；纯胶配方的硫化时间T-90为7分钟，拉伸强度为27.0MPa,拉断伸长率为880%，生热性为16°C，耐热氧老化性能保持率88%，耐臭氧龟裂性能为6.5小时。
[0032]实施例三
[0033]取干胶含量为30%、氨含量为0.005%的新鲜天然胶乳1000Kg于混合池中，加入蛋白酶和符合标准的清水调节干胶含量到22%，采用经计算后确定浓度为2%的甲酸用量，经并流加酸到凝固槽，胶乳混合8分钟出现絮凝，熟化15小时形成无白水的凝块。凝块经压薄脱水、洗涤、造粒、压片、挂片干燥9天(温度45°C)、造粒、干燥后得到高性能天然橡胶产品，测定干胶的质量指标和性能。
[0034]质量指标和性能:杂质含量为0.013%，塑性初值PO为50，塑性保持率PRI为92%，氮含量0.18%，灰份含量为0.16%，门尼黏度80单位；纯胶配方的硫化时间T-90为10分钟，拉伸强度为27.7MPa，拉断伸长率为900%，生热性为11°C，耐热氧老化性能保持率91%，耐臭氧龟裂性能为12小时。
[0035]实施例四
[0036]取干胶含量为73%的生胶片，经充分浸泡、切块，凝块经压薄脱水、洗涤、造粒、压片、挂片干燥6天(温度50°C)、造粒、干燥后，测定干胶的质量指标和性能。
[0037]质量指标和性能:杂质含量为0.018%，塑性初值PO为50，塑性保持率PRI为90%，氮含量0.25%，灰份含量为0.25%，门尼黏度80单位；纯胶配方的硫化时间T-90为7分钟，拉伸强度为26.5MPa，拉断伸长率为850%，生热性为16°C，耐热氧老化性能保持率88%，耐臭氧龟裂性能为7小时。
[0038]实施例五
[0039]取干胶含量为28%、氨含量为0.005%的新鲜天然胶乳1000Kg于混合池中，加入符合标准的清水调节干胶含量到24%，加入蛋白酶水溶液，经并流加酶到凝固槽，胶乳混合60分钟出现絮凝，熟化16小时形成无白水的凝块。凝块经压薄脱水、洗涤、造粒、压片、挂片干燥8天(温度45°C)、造 粒、干燥后得到高性能天然橡胶产品，测定干胶的质量指标和性能。
[0040]质量指标和性能:杂质含量为0.016%，塑性初值PO为46，塑性保持率PRI为92%，氮含量0.18%，灰份含量为0.23%，门尼黏度78单位；纯胶配方的硫化时间T-90为9分钟，拉伸强度为27.0MPa,拉断伸长率为900%，生热性为15°C，耐热氧老化性能保持率90%，耐臭氧龟裂性能为12小时。
[0041]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种高性能天然橡胶的生产方法，其特征在于，具体步骤如下: 1)、取干胶含量为8~62%并按重量百分比计添加0.05%以下氨的新鲜天然胶乳，在自然界微生物或加入蛋白酶或加酸的作用下得到絮凝胶；将絮凝胶经凝固和熟化得到凝块或生胶片，经压薄脱水、洗涤、造粒、压制成厚度为2~15_的胶片； 2)、将胶片悬挂干燥,控制温度为15~120°C,悬挂干燥时间为1~15天； 3)、将经过悬挂干燥的胶片进行造粒、干燥即可得到高性能天然橡胶产品，其氮含量控制在 0.15 ~0.35%。
2.根据权利要求1所述的高性能天然橡胶的生产方法，其特征在于:所述自然界微生物是指橡胶树胶乳中或割胶周边环境存在的、对天然胶乳的蛋白质起分解作用的微生物。
3.根据权利要求1所述的高性能天然橡胶的生产方法，其特征在于:所述蛋白酶的加入量按橡胶胶乳重量 百分比计为0.5%以下。
【文档编号】C08C1/16GK103709271SQ201310747040
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年12月28日 优先权日:2013年12月28日
【发明者】黄桂春, 廖建和, 谢兴怀, 黄向前, 陈永平, 廖禄生, 黄海清, 王兵兵, 张仁奕 申请人:海南大学, 海南天然橡胶产业集团股份有限公司