天然胶乳厚胶膜热风干燥与红外干燥对比研究

天然胶乳厚胶膜热风干燥与红外干燥对比研究 天然胶乳厚胶膜热风干燥与红外干燥对比 研究 10 广东化工 www.gdchem.com 2009年第9期 第36卷总第197期 天然胶乳厚胶膜热风干燥与红外干燥对比研究 陈静,杨磊,欧春艳,钟杰平,熊伟梅,郑彦丽 (1.湛江师范学院化学科学与技术学院,广东湛江524048;2.广东海洋大学理学院, 广东湛江524088) 【摘要]采用失熏法研究了天然胶嚣厚胶膜在热风与红外线两种干燥方式下的干 燥过程.研究结果表明,在相同条件下,红外干燥的干燥速 率常数远大于热风干燥,采用红外干燥可大大缩短干燥时闻,干燥温度和厚度均显 着影响干燥过程,红外干燥对温度更敏感.通过动力学拟合 结果,得到了干燥动力学方程,可以预测千燥时间. 【关键词】天然胶乳膜;热风干燥;红外干燥;动力学 [中图分类-~]TQ330.52f文献标识码】A【文章编号】lo07—1865(2009)09—0010 —03 TheComparisonStudyofDryingProcessofThickNaturalLatexFilmunderHot AirandInfraredRay ChenJing,YangLei,OuChunyan,ZhongJieping,XiongWeimei,ZhengYanli (1.ChemistryScienceandTechnologySchool,ZhanjiangNormalUniversity,Zhanjiang524 048;2.Collegeof Science,GuangdongOceanUniversity,Zhanjiang524088,China) Abstract:Inordertoinvestigatethedifierencesofdryingprocessofthicknaturallatexfilmund erhotairand1nfraredrayandlookfora low—energy— consumptionandeffectivedryingmethod,theirdryingcharacteristicswerestudiedwithmas slossmethodTheresultsshowedthatdryingrateconstant ofinfraredraydryingwasfarbiggerthanthatofhotairdrying;thedryingtimewaslargelyreduc edbyinfraredraydrying;thedryingrateofthicknaturallatexfilm wereobviouslyeffectedbydryingtemperatureandtheirthickness;theinfluenceofdryingte mperatureondryingrateweremoreobviouslybyinfraredraydrying thanbyhotairdryingThedryingkineticsmodelscanaccuratelydescribingdryingprocess. Keywords:naturalrubber1atexfilm:hotairdrying;Infraredraydrying;kinetics 天然胶乳(NRL)产量约占天然橡胶(NR)产量的15%,在 橡胶行业占有不可替代的作用.由于NRL具有良好的成膜性, 所以其产量的60%用于生产胶膜制品(例如安全套,医用检查 手套,家用手套,气球等)J.NRL胶膜制品的生产工艺为: 天然胶乳硫化助剂搅拌配合,初硫化成型干燥 及后硫化产品.从生产工艺可以看到,干燥过程是NRL 制品生产中必不可少,能耗最高的工序,也是产品性能控制的 关键工艺. 长期以来,科技工作者对NRL的硫化机理,胶乳胶膜的 热氧老化特性有较多的研究,但对NRL胶膜干燥特性的研究 报道不多,主要研究厚度<0.5rnn]的胶膜在热风下的干燥特 性(如温度,湿度,风速及装载方式等),或通过在NRL中加 入填充物来改善胶膜的干燥性能.对NRL厚胶膜(厚度>1rnlT1) 的干燥,特别是红外线干燥的研究少见报道,更没有大的突 破L2J.在生产应用上,胶膜的干燥主要是以热风干燥为主. 红外线干燥是利用了有机物和水对红外线敏感的特性,加以人 工制造的高效红外线能源,因此干燥效率较高,是一种高效节 能的干燥方法.文章研究天然胶乳膜在热风干燥与红外干燥条 件下的干燥特性,建立两种干燥方式的干燥动力学模型,寻找 天然胶乳膜低耗高效的干燥方法,为研发新型的干燥设备提供 可能的途径和设计的基础数据. 1实验部分 1.1实验与方法 1.1.1原材料 天然浓缩胶乳购自高州橡胶加工中心;硫磺,氧化锌,从 zDC,KOH(I业级). 配合胶乳配方(干基):60%天然胶乳100,20%KOH溶 液0.2,50%硫磺分散体0.5,50%ZDC分散体2.0,50%ZnO 分散体0.2. 1.1.2胶片的制备 量取一定体积的配合胶乳,将其加入到自制的 130mmx130minx15mm的玻璃模板中,均匀后要水平放置 12h,取出沥滤24h,制成不同厚度胶膜若干片. 1.1.3干燥实验 干燥实验在数显鼓风干燥箱中进行(GZX一9140)和红外电 子水分计(MOC-12OH,岛津制作所,波长2.6rtm)进行,于恒 定温度下测取试样的失重数据. 为了清晰地表明胶膜过程中干燥速率的变化,定义两个参 数:干基水分含量:即某一时刻下胶膜中水和固体成分质量 的比值即(水):(固体);含湿量比(MR,moistureratio)的定义 X—X 式为:朋—二_.式中:为初始含水量(干基),为一UP 平衡含水量(干基). 2结果与讨论 2.1温度对胶膜干燥速率的影响 按照生产实践经验,胶膜的干燥温度必须保持在100?以 下,否则胶膜内部产生的水蒸气会在胶膜表面上形成气泡,气 泡破裂后严重影响胶膜表面质量. 取厚度为21Tim胶膜,在80,90,100oC的干燥温度下进 行热风干燥和红外干燥实验,实验结果见图1和图2. 由1可知,无论热风干燥或红外干燥,其干燥曲线类似, 干燥过程主要2个降速干燥阶段组成,在第一降速阶段(MR> 0.7),含水率急剧下降,该阶段时问很短,这是由于胶膜表面 的水分不能得到补充,液体/空气界面开始减小所造成,这一 阶段胶膜的表面张力(毛细管力)开始起主要作用,是影响胶膜 [收稿日期]2009-07—19 [基金项目]广东省科技计划资助项目(2007B080701044) [作者简介]陈静(1970一),女,湖南人,硕士,副教授,主要研究方向为天然高分子材料. 2009年第9期 第36卷总第197期 广东化工 ?,,v,v.gdchem.com 干燥速率的主要因素;进入第二干燥阶段(?0.7),胶膜表 面大部分水分已挥发,形成了连续的胶膜,干燥速率取决于胶 膜中残留水通过粒子问空隙向表面的扩散能力,故其值进一步 下降,最后趋于零,干燥规律符合Vanderhoff干燥理论;胶 膜干燥没有出现明显的恒速干燥阶段,这是由于胶膜表面积 大,表面的自由水分在干燥过程中很快挥发而直接进入降速干 燥阶段所致. Dryingtime/rain 图1天然胶乳膜热风干燥特性曲线 Fig.1Thedryingcureoflatexfilmunderhotairdrying tin~rma 图2天然胶乳膜红外干燥特性曲线 Fig.2Thedryingcureoflatexfilmunderinfraredraydrying 2_2厚度对干燥特性的影响 在90?干燥条件下,不同厚度的NRL胶膜的干燥特性见 图3和图4.从图2看出,不同厚度的胶膜具有相似的干燥规 律.随着胶膜厚度的增加,无论热风干燥或红外干燥,干燥时 间均显着增加.在相同厚度下,红外干燥比热风干燥时间显着 缩短.当胶膜厚度为3mm时,热风干燥时间超过700min, 仍然无法完成干燥,而在红外干燥条件下,480min时胶膜干 燥完全.因此对于厚胶膜,单采用热风干燥难达到干燥效果. 2.3干燥过程的拟合 根据图1,图2干燥曲线的形状特点,选择指数函数作为 基函数.常见的指数干燥模型有3种: 单项经验模型MR=o'exp(-Kt) page模型MR=exp(一Ktn) 指数模型MR=exp(-Kt) 式中干燥速率常数,rain,,一参数. 用不同模型对干燥过程进行拟合,单项经验模型 mR=a?exp(一Kt)有较好的相关性,拟合结果见表1,4. OlO0200300400500600700800 Dryingtime/min 图3不同厚度胶膜热风干燥特性曲线 Fig.3Thedryingcureoflatexfilmwithdifferentthickness 05O1OO150200250300350400450500 time/min 图4不同厚度胶膜红外干燥特性曲线 Fig.4Thedryingcureoflatexfilmwithdifferent thicknessunderhotairdryingunderinfraredraydrying 表1动力学拟合结果(热风干燥,胶片厚度均为2mm) Tab.1Theresultofkineticsfitting(dryingunderhotair, thickness2mm) 表2动力学拟合结果(红外干燥,胶片厚度均为2mm) Tab.2Theresultofkineticsfitting(dryingunderinfraredray thickness2mm) 拟合结果表明,在相同干燥温度和胶膜厚度下,红外干燥 的干燥速率常数远大于热风干燥,采用红外干燥可大大缩短干 燥时间. 2.4温度对干燥速率常数的影响 根据阿仑尼乌斯公式K=Aexp[--Ea/(R,由不同温度 (80,90和100?)数据拟合得到的值,并用InK对I/T作图 l2 广东化工 www.gdchem.com 2009年第9期 第36卷总第197期 如下,结果见图5和图6.由直线斜率可以求得热风干燥活化 能El=47.8kJ?mol,,红外干燥活化能2=53.4kJ?mol,.红外 干燥活化能略高于热风干燥,表明红外干燥对温度更敏感. 表3动力学拟合结果(热风干燥,90?C) Tab.3Theresultofkineticsfittingrdryingat90? underhotair) 表4动力学拟合结果(红外干燥,90?) Tab.4Theresultofkineticsfittingrdryingat90?under infraredray) 0002680002720002760.002800.00284 1/T/K'. 图5热风干燥InK对1/7-关系图 Fig.5TherelationgshipbetweenInkand1/Tunderhotair drying 000268000272000276000280000284 1IT/K 图6红外干燥In对1/7_关系图 Fig.6TherelationgshipbetweenInkand1/Tunderinfraredray drying 2.5厚度对干燥速率常数的影响 如图7和图8所示,由拟合结果可得,胶膜厚度与干燥速 率常数成指数关系,得到热风干燥速率常数与厚度的关系式 为:K=0.00441+0.05335exp(一2.493x),红外干燥速率常数与厚 度的关系式为:K-0.00474+0.03737exp(一1.865x),式中为胶 膜厚度.拟合相关系数R均为1. d 至 籁 斟 厚度/mm 图7热风干燥厚度对干燥速率常数影响 Fig.7Theinfluenceofthicknessunderhotairdrying 10l5202.530 胶膜厚度/mm 图8红外干燥厚度对干燥速率常数影响 Fig.8Theinfluenceofthicknessunderinfraredraydrying 3结论 (1)在相同干燥温度和胶膜厚度下,红外干燥的干燥速率 常数远大于热风干燥,采用红外干燥可大大缩短干燥时间. (2)无论是红外干燥还是热风干燥,干燥温度和厚度均显 着影响干燥过程. (3)干燥动力学方程可以用单项经验模型MR=Aexp(一Kt)表 述. (4)红外干燥活化能略高于热风干燥,表面红外干燥对温 度更敏感. 参考文献 [1]中国橡胶编辑部整理.2008年1-6月我国橡胶用原材料及橡胶制 品进出口情况[J].中国橡胶,2008,24(16):24—26. [2】谭海生,袁子成.不同纯度胶乳及其生胶的硫化性能和硫化胶性能的比 较『J].胶乳工业,1993,(2):23—28. 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(3)计算得到的粒子粒径是平均粒径,且用这种方法得到 的粒径会比实际的要大,颗粒的形貌及直观的粒径大小需要使 用电子显微镜表征. 3结论 采用共沉淀法制备纳米磁性Fe0粒子,较佳的条件为: 铁盐溶液浓度为0.5mol/L,沉淀剂溶液浓度为0.2mol/L, Fe:Fe":OH一=1.00:1.00:6. 00,反应温度为30?,搅拌 速度为1000r/min.在该实验条件下制得的Fe304粒子粒径在 10~20nm,且分散性较好;通过XRD谱图可以得出产物为 具有立方晶系的单分散,小粒径Fe,0颗粒. 参考文献 [1]FuYZ,XiangXD.SynthesisandCharacterizationHydrophobicFePtAu core--shellNanoparticlesinaQuaternaryCTAB/n?-butanol/n--heptane/water ReverseMieelle[J].JournalofDispersionScienceandTechnology.2008, 29(6):861—865. [2]ShenRS.Parametersconcerningthepreparationandperformanceofa magneticmicroparticleantibody[J].JournalofRadioanalyticalandNuclear Chemistry,1997,218,(1):131-133. [3]CordulaG,SandraR,JoachimT.Improvedpropeaiesofmagneticparticles bycombinationofdifferentpolymermaterialsasparticlematrix[M].JMagn Mater,2001,225-226. [4]付云芝,杜玉扣,江龙,等.憎水性单分散粒径小于10纳米复合金属 量子点的制备[J].无机化学,2006,22(2):384—388. [5】王全胜,刘颖,王建华,等.沉淀氧化法制备Fe304的影响因素研究[J].北 京理工大学,1994,14(2):267—268. [6]高逆江,工建华.超微磁性四氧化三铁粒子的制备fJ].四川师范大学学 报,1997,20(6):94—97. 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