第二章 膠乳制品配方設(shè)計(jì)

第二章膠乳制品配方設(shè)計(jì)4學(xué)時(shí)《膠乳化學(xué)與工藝學(xué)》多媒體教程主要內(nèi)容膠乳用配合劑膠乳制品配方設(shè)計(jì)原則與程序膠乳制品配方設(shè)計(jì)要點(diǎn)膠乳配方的表示與計(jì)算本章要求掌握膠乳配合劑的種類及主要品種掌握膠乳配方設(shè)計(jì)原則和程序掌握表面活性劑的分類及其在膠乳中的應(yīng)用掌握膠乳制品物性配方設(shè)計(jì)要點(diǎn)掌握水相調(diào)節(jié)劑的選取方法掌握膠乳實(shí)用配方的計(jì)算方法第一節(jié)膠乳配合劑一、膠乳配合劑的分類膠乳配合劑通用配合劑專用配合劑硫化劑、促進(jìn)劑、活化劑補(bǔ)強(qiáng)劑、填充劑防老劑、紫外線吸收劑著色劑、抗靜電劑等相界面調(diào)節(jié)劑：分散劑、乳化劑、濕潤劑、穩(wěn)定劑、起泡劑等水相調(diào)節(jié)劑：增稠劑、膏化劑、凝固劑、膠凝劑、熱敏劑等表面處理劑：隔離劑、表面潤滑劑鹵化處理劑其他配合劑：香味劑（聚合物相調(diào)節(jié)劑）二、聚合物相調(diào)節(jié)劑1、硫化體系配合劑硫化劑：硫黃、硫載體、有機(jī)過氧化物促進(jìn)劑：噻唑類、秋蘭姆類、二硫代氨基甲酸鹽類活化劑：ZnO、ZnCO3、MgCO3、硬脂酸2、補(bǔ)強(qiáng)填充體系補(bǔ)強(qiáng)劑：樹脂乳液、納米二氧化硅填充劑：碳酸鈣、木質(zhì)素、滑石粉等3、防護(hù)體系防老劑：酚類防老劑如264、SP、2246、2246S、1010紫外線吸收劑：水楊酸酯、二苯甲酮衍生物等4、著色劑無機(jī)顏料：ZnO、鈦白粉、立德粉、氧化鐵黃、氧化鐵紅有機(jī)顏料：群青、酞青藍(lán)、酞青綠、立索爾大紅等三、相界面調(diào)節(jié)劑（一）表面活性劑降低界面自由能的物質(zhì)，由親油基和親水基組成。表面活性劑離子型非離子型陰離子型陽離子型兩性離子型羧酸鹽類烷基硫酸鹽類磺酸鹽類磷酸酯鹽類伯胺鹽仲胺鹽季銨鹽叔胺鹽兩性咪唑啉衍生物甜菜堿氨基酸類聚氧乙烯型：烷基酚聚氧乙烯醚等多元醇型：脂肪酸甘油酯、失水山梨醇酸酯表面活性劑的用途：陰離子表面活性劑：脂肪酸鹽類：乳化劑、起泡劑，不宜作分散劑硫酸鹽類：起泡劑、油的乳化劑磺酸鹽類：濕潤劑、分散劑、乳化劑磷酸鹽類：乳化劑、分散劑、抗靜電劑陽離子型表面活性劑：陽離子膠乳的乳化劑、濕潤劑、分散劑兩性離子型表面活性劑：去污、起泡劑、乳化劑、耐硬水、對酸、堿、金屬離子穩(wěn)定，抗靜電、防腐殺菌等非離子型表面活性劑：乳化劑、濕潤劑、增溶劑（二）主要的相界面調(diào)節(jié)劑1、分散劑吸附在液-固界面，能顯著降低液-固界面自由能，使固體顆粒均勻且穩(wěn)定地分散在水中的物質(zhì)。制備分散體時(shí)使用。分散劑作用機(jī)理：（1）使被分散粒子表面帶電荷；（2）在固體粒子表面形成水合層。常用品種：

擴(kuò)散劑NF、月桂酸鈉、硬脂酸鈉、土耳其紅油、達(dá)薩達(dá)鈉鹽、焦磷酸鈉鹽、吐溫60、80、甲基羥乙基纖維素等。使用方法：配成2.5%～10%的溶液，用量為分散體的1%～4%.2、乳化劑

吸附在液-液界面，能顯著降低液-液界面自由能，使兩種不相溶混的液體形成均勻而穩(wěn)定乳濁液的物質(zhì)。在制備乳濁液時(shí)使用。乳化劑作用機(jī)理：（1）使分散顆粒帶電荷；（2）在被分散膠粒表面形成膠體保護(hù)膜；（3）定向排列，降低相界面張力。常用品種：油酸銨、油酸鉀、硬脂酸銨、硬脂酸鉀、油酸三乙醇胺、乳化劑S、乳化劑W等。3、穩(wěn)定劑加入到膠乳體系中增加膠粒表面電荷、保護(hù)層、水和度，提高膠乳穩(wěn)定性的物質(zhì)。在膠乳存放、濃縮、配合、加工等過程中使用。穩(wěn)定劑的作用機(jī)理：（1）提高pH值，增加膠粒表面電荷；（2）在膠粒表面形成親水性保護(hù)層，增加水和度；（3）螯合膠乳中影響膠乳穩(wěn)定性的金屬離子。常用品種：

KOH、NaOH、酪素、明膠、骨膠、月桂酸鉀、月桂酸銨、水楊酸鈉、平平加O、胰加漂T、聚乙二醇、水玻璃等4、濕潤劑增加水對固體物質(zhì)的濕潤能力或增加膠乳對織物滲透和擴(kuò)散能力的物質(zhì)。在制備粉狀配合劑分散體及織物浸膠時(shí)使用。作用機(jī)理：（1）降低液-固界面自由能；（2）降低膠乳的表面張力。常用品種：

烷基硫酸鹽、拉開粉、濕潤劑OT、吐溫20（40、60、80）、司盤20

（40、60、80）。5、起泡劑、發(fā)泡劑、穩(wěn)泡劑在制造膠乳海綿制品時(shí)使用。起泡劑：加入到膠乳中，使膠乳在機(jī)械攪拌下產(chǎn)生相對穩(wěn)定泡孔的物質(zhì)。多為堿金屬的油酸鹽類和皂類，如油酸鉀、油酸銨、硬脂酸銨、硬脂酸鉀、蓖麻油酸鉀、皂素等。發(fā)泡劑：加入到膠乳中，加熱能分解釋放出氣體，使膠乳產(chǎn)生泡孔的物質(zhì)。如NH4HCO3、H2O2、發(fā)泡劑BN等。穩(wěn)泡劑：使膠乳泡沫保持穩(wěn)定的物質(zhì)。如油酸、蓖麻醇酸皂、皂素、甲基硅氧烷乳液等。6、消泡劑、抗泡劑、抗蹼劑消泡方法靜置一段時(shí)間，使氣泡上浮，用刮刀刮去使膠乳在減壓下薄層流動加入消泡劑消泡劑：使膠乳中氣泡不能繼續(xù)穩(wěn)定存在下去的物質(zhì)。主要有天然油酸、動物蠟、植物蠟（高級脂肪酸酯）、

5個(gè)碳以上的醇如正丁醇、異丁醇、環(huán)己醇、癸醇、十六醇、聚醚、聚硅氧烷乳液等?？古輨杭尤氲侥z乳中防止膠乳在配合、傾倒或過濾等操作時(shí)產(chǎn)生氣泡的物質(zhì)。多為5個(gè)碳以上的醇如仲辛醇、環(huán)己醇、癸醇、十二醇、乙二醇、羊毛脂等?？辊雱杭尤氲侥z乳中防止膠乳在模型突出或凹陷部分形成膠膜的物質(zhì)。主要有羊毛脂、正丁醇、亞乙基二醇等。四、水相調(diào)節(jié)劑加入到膠乳中，調(diào)節(jié)膠乳水相黏度、流動性，提高或降低膠乳穩(wěn)定性、殺滅水相中細(xì)菌的一類助劑。主要有增稠劑、膏化劑、凝聚劑、保存劑、防腐劑等。1、增稠劑與膏化劑（1）增稠劑加入到膠乳中增加膠乳黏度，減小流動性的物質(zhì)。增稠劑按作用機(jī)理分吸附型：吸附到膠粒表面，增大水合作用，如酪素、藻酸鈉、皂土等吸水型：溶解時(shí)吸收大量的水，增加水相黏度，如聚乙烯醇、聚乙二醇混合型：吸附和吸水作用均有，如甲基纖維素、乙基纖維素、羥甲（乙）基纖維素、聚丙烯酸鹽按來源分增稠劑動物型：酪素、明膠、動物膠植物型：藻酸鈉礦物型：皂土、硅酸鋁鎂、表面改性的碳酸鈣合成型：聚丙烯酸鹽、纖維素衍生物制備厚制品時(shí)選用吸附型增稠劑，吸水型和混合型有破壞水合層的作用，使膠乳穩(wěn)定性下降。（2）膏化劑加入到膠乳中，減小膠粒布朗運(yùn)動，使膠乳粒子聚集而上浮的物質(zhì)。在膠乳濃縮時(shí)使用。常用膏化劑多為親水膠體，如酪素、藻酸鹽、皂土、明膠等。2、凝聚劑加入到膠乳中，使膠乳由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槟龎K、半剛性凝膠的物質(zhì)。有凝固劑、膠凝劑、熱敏劑等。凝聚劑凝固劑酸：甲酸、乙酸、鹽酸、硫酸等金屬鹽：氯化鈣、硝酸鈣、氯化鋇、硝酸鋇脫水溶劑：乙醇、丙酮、氯仿陽離子表面活性劑：有機(jī)銨鹽膠凝劑：硅氟化鈉、硅氟化鉀、硝酸銨、二苯胍熱敏劑：鋅氨絡(luò)合物、聚乙烯基甲醚、聚醚聚甲醛3、附型劑提高浸漬模型上凝固劑附著量的物質(zhì)。使用時(shí)加入到凝固劑溶液中增大凝固劑黏度。主要有陶土、淀粉、阿拉伯膠等。五、表面處理劑1、隔離劑和脫模劑防止膠乳制品在工藝過程中互相粘連及制品與模型粘連。

隔離劑主要品種有：滑石粉、輕質(zhì)碳酸鈣、云母粉、改性淀粉、硅油（甲基硅油、乳化硅油）、肥皂水、硬脂酸鋅、油酸鈉皂、聚乙烯蠟、硅石粉、沉淀法白炭黑等。

脫模劑主要有：肥皂水、硬脂酸鋅、聚乙烯蠟、硅油2、表面鹵化處理劑鹵化目的：使表面光滑，滿足以用制品的無粉、潤滑的要求；提高耐老化性，延長膠乳制品的使用壽命。常用品種：氯水、次氯酸鈉、次氯酸鈣、溴水、漂白粉、硬脂酸鋅、紫膠等。后處理：處理后用氨水或硫代硫酸鈉溶液中和幾分鐘后漂洗。3、表面潤滑劑在膠乳制品表面涂抹、沉積或交聯(lián)一層潤滑劑，使制品表面潤滑舒適，光亮平滑。方法在制品表面涂硅膠在制品表面沉積一層聚氨酯薄膜在制品表面涂水凝膠水凝膠：一種具有親水性但又不溶于水，而在水中高度溶脹的高分子化合物。水凝膠具有細(xì)胞組織類似的性質(zhì)，可與膠乳制品表面分子發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，不脫落，表面潤滑光亮，吸收汗液、體液后更柔軟爽滑，無過敏刺激反應(yīng)。水凝膠天然水凝膠交聯(lián)葡萄糖酶處理的交聯(lián)骨膠原合成水凝膠聚（甲基）丙烯酸羥烷酯聚（甲基）丙烯酰胺及其衍生物聚乙烯基吡咯烷酮聚乙烯醇聚電解質(zhì)復(fù)合物陰離子、陽離子水凝膠六、其他助劑主要為芳香劑，如氧雜萘鄰?fù)?、水楊酸甲酯、檸檬醛、苯乙酮、香草醛等。第二?jié)膠乳制品配方設(shè)計(jì)程序與原則一、膠乳制品配方設(shè)計(jì)程序1、確切了解制品的使用條件，提出制品的性能要求；2、收集資料，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)，擬出干比基本配方；3、確定各配合劑分散體或乳濁液的濃度及配方，制備方法；4、確定配合膠乳的制備方法、實(shí)驗(yàn)工藝條件及性能測試方法5、配合劑濕料制備、配合膠乳制備、膠膜制備，性能測試；6、優(yōu)選配方并擴(kuò)大規(guī)模，進(jìn)行中試，調(diào)整配方或工藝條件；7、試產(chǎn)產(chǎn)品，對配方及工藝進(jìn)行微調(diào)，確定配方及工藝。二、膠乳制品配方設(shè)計(jì)原則1、相容原則：配合劑分散體、乳濁液與膠乳相容2、穩(wěn)定原則：配合劑分散體、乳濁液對膠乳穩(wěn)定性無不利影響3、適應(yīng)性原則：配合膠乳適應(yīng)加工及制品性能要求4、環(huán)保安全原則：配合劑無毒，對人體無害5、經(jīng)濟(jì)原則：配方成本要盡可能低6、簡化原則：配方組成盡可能簡單。第三節(jié)膠乳制品配方設(shè)計(jì)一、原料膠乳的選擇根據(jù)膠乳制品主要的性能及加工方法選擇。二、聚合物相調(diào)節(jié)劑的選擇根據(jù)膠乳品種、膠膜的性能、制品的顏色、加工方法及條件確定。硫化體系：多采用硫黃硫化或硫載體硫化，硫用量0.5～1.2份，海綿制品硫用量3份左右。促進(jìn)劑采用超速或超超速級，多為二硫代氨基甲酸鹽或黃原酸鹽，用量1～2份，或與噻唑類、秋蘭姆類并用，提高模量、彈性、強(qiáng)度和耐老化性?；罨瘎┎捎肸nO，透明制品用

ZnCO3，ZnO用量0.5～1.5份，海綿3份。防護(hù)體系：宜采用無污染或不易抽出的反應(yīng)性防老劑，用量1～2份。實(shí)際生產(chǎn)中多采用酚類防老劑如264、2246、2246S、4436、425等。補(bǔ)強(qiáng)填充體系：一般不加補(bǔ)強(qiáng)劑，可以少量添加填充劑如碳酸鈣、白炭黑等，用量在30份以內(nèi)。軟化體系：一般不加軟化劑。膠乳純膠制品基本配合（干比）：NRL100；穩(wěn)定劑0.2；硫化劑1.0；促進(jìn)劑1.5；活化劑1.5；防老劑1.0三、相界面調(diào)節(jié)劑的選取根據(jù)所起的作用及表面活性劑的HLB值選擇。HLB值：即親水親油平衡值，是指表面活性劑分子中親油基和親水基的大小和力量的平衡值。該值越大，親水性越強(qiáng)。HLB=11.7lg（Mw/Mo）+7.0HLB值計(jì)算：Mw——親水基的分子量Mo——親油基的分子量HLB值＜10表面活性劑是親油性的；HLB值＞10表面活性劑是親水性的。表面活性劑HLB值與用途HLB值主要用途1.5～3消泡劑3～6W/O型乳化劑7～9濕潤劑、滲透劑8～18O/W型乳化劑13～15洗滌劑15～18增溶劑四、水相調(diào)節(jié)劑的選取由所起的作用和加工工藝條件確定。調(diào)整體系黏度：增稠劑、膏化劑使膠乳凝固或膠凝：凝固劑（加附型劑）、膠凝劑、熱敏劑保存膠乳：保存劑、殺菌劑、防腐劑五、其他配合劑選取根據(jù)膠乳配合、加工過程的實(shí)際需要選取。第四節(jié)膠乳配方表示及計(jì)算一、膠乳配方的表示方法1、干比配方（mi）以膠乳中干橡膠的量為100份，其他配合劑都相對以干質(zhì)量份表示的配方。2、濕比配方（yi）干比配方中膠乳及配合劑用濕料的量表示的配方。

濕比（yi）=干比（mi）/濕料濃度Ci3、實(shí)際生產(chǎn)配方（Mi）以膠乳及配合劑濕料的實(shí)際質(zhì)量表示的配方。

實(shí)際用量（Mi）=濕比×擴(kuò)大系數(shù)a

擴(kuò)大系數(shù)a=待配制膠乳總重量W（kg）/膠乳總濕比B二、膠乳生產(chǎn)配方的計(jì)算步驟：（1）計(jì)算濕比配方：yi=干比/濕料濃度=mi/Ci（2）計(jì)算總濕比：B=總干比/待配制膠乳濃度=∑mi/C（3）計(jì)算濕比配方中軟水的用量：

y軟水=總濕比—∑yi=B—∑yi

（4）計(jì)算擴(kuò)大系數(shù)：a=待配制膠乳重量（kg）/總濕比=W/B（5）計(jì)算生產(chǎn)配方：Xi=yi×a例題：配制100kg、濃度為50%的海綿配合膠乳，干比及濕料濃度如表所示。計(jì)算軟水濕比及生產(chǎn)配方。原料名稱干比/份濕料濃度/%濕比（yi）生產(chǎn)配方/kgNRL10062161.3③S2.5505.0④PX1.0402.5⑤2641.2502.4⑥D(zhuǎn)BH1.5503.0⑦ZnO2.5