三種不同品系天然橡膠膠乳的性能研究

黎燕飛 潘俊任 蔣一帆

摘 要 以3個主導橡膠樹‘熱研-873、‘熱研-73397、‘湛試-93114為研究對象，探討各品系鮮膠乳和濃縮膠乳的性能特征。結果表明：割膠時期、加工條件、儲存時間等直接影響膠乳的應用性能。割膠初期‘熱研-73397鮮膠乳的總固體含量和干膠含量最高，割膠后期總固體含量和干膠含量最低，降幅最大；‘熱研-873膠乳機械穩(wěn)定度（MST）最高；三者膠乳粘度接近且較穩(wěn)定；三者膠乳揮發(fā)脂肪酸值（VFA NO.）變化不大；‘湛試-93114硫化膠膜的物理性能最好。

關鍵詞 天然橡膠 ；品系 ；鮮膠乳 ；濃縮膠乳 ；儲存 ；硫化膜 ；性能

中圖分類號 TQ331.2 文獻標識碼 A Doi：10.12008/j.issn.1009-2196.2018.07.018

Abstract The performance characteristics of fresh latex and concentrated latex from the three major clones of rubber trees （‘Reyan 8-73，‘Reyan 73-3-97 and ‘Zhanshi 93-114） were analyzed. The results showed that the performance of latex was directly affected by the tapping time， processing conditions and storage time. The total solid content and dry rubber content of the fresh latex collected from‘Reyan73-3-97were the highest at the early stage of tapping， and the lowest at the late stage of tapping， with the highest decline range. The mechanical stability （MST） of the latex of‘Reyan8-73was the highest. The latexes of the 3 rubber clones had similar viscosity and relative stability with little change in volatile fatty acid. The vulcanized latex film of‘Zhanshi 93-114had the best physical properties.

Keywords rubber tree ； clone ； fresh latex ； concentrated latex ； storage ； vulcanized latex film ； performance

近5年來，國內科研工作者對不同品系天然橡膠性能研究方面開展了大量的研究工作，取得一定的研究成果。王開典等[1]以‘RRIM600‘熱研73397‘熱墾525‘云研774‘湛試72313‘湛試93114為研究對象，研究各品系生理參數(shù)。結果表明：‘云研774的蔗糖含量最高、‘熱研73397的硫醇含量最高、‘湛試93114總固干含最高、RRIM600濃縮膠乳的揮發(fā)脂肪酸值最高、‘熱墾525膠膜的物理機械性能最好。王岳坤等[2]以S/2 d3割制，對3個品系（‘熱研879、‘熱研73397、‘PR107）的幼齡開割樹割膠進行研究，結果表明：幾乎所有季節(jié)，‘熱研879株次產量、膠乳轉化酶活性、pH值都明顯高于‘熱研73397和‘PR107，蔗糖含量依次為‘熱研879<‘熱研73397<‘PR107，總固形含量3個品系差異很小，顯示‘熱研879乳管蔗糖利用率較高，乳膠再生能力較強的特性，‘PR107則相反。文曉君等[3]通過對比兩種品系‘熱研73397和‘熱研879的天然橡膠中橡膠粒子的粒度、生膠理化性能、相對分子量及其分布及硫化性能，研究了2種品系天然橡膠的結構和性能差異。陳瑯等[4]對比分析5個栽培條件相近的主栽品系天然橡膠的結構與性能差異發(fā)現(xiàn)，‘RRIM600性能最優(yōu)，拉伸強度達30.21 MPa，耐臭氧老化性能最優(yōu)。汪月瓊等[5]研究了不同品系橡膠的理化特性，并采用DSC測試手段表征了不同天然橡膠的低溫誘導結晶性能，初步探討了不同品系的理化特性與低溫誘導結晶性能間的關系。研究結果表明，不同品系天然橡膠的低溫誘導結晶性能不同。

天然濃縮膠乳的質量好壞與膠乳的化學成分有直接的聯(lián)系，進而與橡膠樹的品系有著密切的聯(lián)系[6]。自2003年以來，隨著國家布局部署天然橡膠建廠集中加工結構調整，有效地降低了加工成本，減少了污染源，取得了顯著的經濟效益和社會生態(tài)效果。然而，隨著早期橡膠樹的老化，新的橡膠樹品系更新?lián)Q代，不同的橡膠樹品系生產的天然鮮膠乳隨機混合加工，導致所生產的個別批次濃縮天然膠乳組分性能不穩(wěn)定，主要表現(xiàn)為產品性能一致性差，造成下游乳膠制品企業(yè)難以把控工藝，產品合格率低，乳膠制品性能較差。針對這些問題，有必要對不同橡膠樹品系的天然膠乳及其產品濃縮膠乳的性能進行基礎性研究，把握主導品系的各自性能變化規(guī)律，為橡膠栽培種植和產品性能需求選育高產、優(yōu)質、優(yōu)良的橡膠品系提供參考，為下游乳膠制品企業(yè)和高端乳膠制品生產提供優(yōu)質膠乳原料，生產出完全滿足不同客戶要求的天然乳膠。本實驗分別取3個橡膠樹品系在3個割膠時期的天然膠乳離心加工成濃縮天然膠乳，定期測定，初步研究了3個橡膠樹品系所得膠乳各個指標的性能變化情況。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試驗材料

以我國主要生產天然橡膠的地區(qū)及大量推廣的品系為研究對象?！疅嵫?873‘熱研-73397‘湛試-93114鮮膠乳，各50 kg，廣東省茂名墾區(qū)團結農場提供，于割膠初期（5月初）、割膠中期（9月初）、割膠后期（12月初）分3批收集。

1.1.2 儀器

機械穩(wěn)定度測試儀（丹佛斯成員企業(yè)-承德市金建檢測儀器有限公司）、恒溫水浴鍋（江蘇金壇市中大儀器廠）、拉力試驗機（高鐵檢測儀器有限公司）、數(shù)字旋轉粘度計（上海地學儀器研究所）、旋轉式粘度計（余姚市銀環(huán)流量儀表有限公司）、超級恒溫器（上海實驗儀器廠有限公司）。

1.1.3 試劑

月桂酸（工業(yè)級，馬來西亞進口產品）、液氨（工業(yè)級，廣東華南特種氣體研究所有限公司）、氫氧化鉀（分析純，廣東光華科技股份有限公司）、氧化鋅（分析純，天津北辰方正試劑廠）、平平加“O”、硫磺、ZDC均為橡膠工業(yè)配合劑。

1.2 方法

1.2.1 試樣制備

1.2.1.1 濃縮膠乳樣品的制備

將相同條件下保存的鮮膠乳，按現(xiàn)行工廠離心工藝制得濃縮膠乳，調節(jié)至國標高氨膠乳，

各品系分成3份：一份加入月桂酸0.4‰（以膠乳濕重計），一份不加月桂酸作空白試驗，一份用于制備硫化膠膜。

1.2.1.2 預硫化膠乳的制備

分別取350 g熟化3個月后的濃縮膠乳，在40℃水浴鍋內邊攪拌邊加入硫化配合劑，緩慢升溫至70℃后繼續(xù)攪拌，用氯仿值法每隔10 min檢測一次硫化程度，當硫化程度為二末到三初時停止操作，冷卻、過濾后制備預硫化膠乳。配合劑配方如下（按干膠質量計）：膠乳100、KOH 0.1、平平加“O”0.1、硫磺1.0、ZDC 0.5、ZnO 0.4。

1.2.1.3 硫化膠膜的制備

取一定量熟化兩天后的預硫化膠乳，過濾、消泡后將其傾倒在干凈的水平玻璃板上，室溫下干燥至透明，用去離子水瀝濾24 h后，再次干燥至透明，制備硫化膠膜樣品。

1.2.2 測定方法

1.2.2.1 膠乳性能的測定

取各品系濃縮膠乳適量保存到15、30、60、90 d，分別依照GB8301-2008、GB/T8292-2008、NY/T1037-2006標準測定MST、VFA NO.、粘度，用旋轉粘度計法測定熱穩(wěn)定度。

1.2.2.2 硫化膠膜物理機械性能的測定

分別參照GB/T528-2009和GB/T528-2008，采用萬能材料拉力試驗機測定硫化膠膜的物理機械性能（測試條件：拉伸速度為500 mm/min）。

2 結果與分析

2.1 鮮膠乳的成分性能

3個品系橡膠樹所得鮮膠乳在相同的保存條件下，測得鮮膠乳的性能如表1。

由表1可知，在不同割膠時期里不同品系膠樹所得的鮮膠乳，其化學成分的變化存在較大的差異。‘熱研-73397在開割初期的干膠含量最高，在割膠后期的干膠含量最低，降幅最大，‘湛試-93114的干膠含量次之，全年干膠含量降幅平穩(wěn)，‘熱研-873的干膠含量最低，全年干膠含量降幅也較平穩(wěn)；‘熱研-73397的游離鈣鎂含量最高，‘熱研-873的游離鈣鎂含量最低。

2.2 離心濃縮膠乳的性能

2.2.1 機械穩(wěn)定度（MST）

在相同條件下制得的濃縮膠乳（以下稱濃乳），測得各品系濃乳的機械穩(wěn)定度，它們在3個割膠時期的變化趨勢情況如表2所示。

從表2中得知，添加等量的月桂酸時，‘熱研-873為三者中最高，3個割膠時期生產的濃乳保存15 d均達到國家標準650 S以上，最低達到1 585 S，遠遠超出國家標準?！吭?93114在初期和中期的機械穩(wěn)定度與之接近，后期濃乳保存30 d達到國標以上。‘熱研-73397的MST為三者中最低，初期和中期濃乳需保存60和30 d才達到國標，后期濃乳保存90 d仍未能達標；空白試驗條件下，三者MST高低順序與上述相同，‘熱研-873、‘湛試-93114在初期和中期的濃乳保存15 d超出國標。‘熱研-73397在中期濃乳保存60 d才達到1 538 S，初期和后期濃乳保存90 d均未能達標。原因：不同品系膠乳中所含的非橡膠物質的種類和含量差異較大，它們以乳清相的離子強度和橡膠相保護層的結構來影響膠乳的機穩(wěn)[7]，直接導致三者MST差距大。膠乳中若游離鈣鎂含量高時，由于大量不溶性鈣鎂皂的作用，會降低膠粒的水合度，同時兩價鈣鎂離子壓縮膠粒的雙電層，從而使膠乳的穩(wěn)定性降低，影響膠乳制品的工藝性能，對橡膠樹的生理平衡、代謝方面有極其重要的作用[8]?！疅嵫?873在3個季節(jié)的游離鈣鎂含量最低，其機械穩(wěn)定度是三者中最高，而‘熱研-73397的游離鈣鎂含量三者中最高，因此其機械穩(wěn)定度在三者中表現(xiàn)最差。同時，3個品系的機械穩(wěn)定度都受到氣溫影響，在后期機械穩(wěn)定度上升較慢，不加月桂酸難以達標。

2.2.2 揮發(fā)脂肪酸值

在相同條件下，3個品系濃縮膠乳的保存效果如表3所示。

揮發(fā)脂肪酸值能敏感地反映膠乳保存狀況，特別是早期保存的好壞[9]。從表3中看出，3個品系儲存體系較穩(wěn)定，90 d揮發(fā)脂肪酸值均保持在0.02或以下，保存效果良好。其中，初期、后期濃乳在保存90 d內，3個品系的VFA NO.在0.01～0.02，中期在90 d內，3個品系的VFA NO.在0.01以下，與初期、后期相差大約是1倍，保存效果相對較好。這可能是由于在初期和后期的產量低，鮮膠乳在樹位或者收膠站停留的時間較長，導致鮮膠乳所含菌種較多，同時所含糖類等非膠成分也較多，使得細菌將糖轉化的揮發(fā)脂肪酸的值也較多[6]。

2.2.3 熱穩(wěn)定度、粘度

熱穩(wěn)定度和粘度，在很大程度上影響多種膠乳制品的工藝操作（熱穩(wěn)≥25 S、粘度20～40 m Pa·s為某安全套生產企業(yè)技術指標）。從表4中可知，湛試-93114熱穩(wěn)最高，儲存90 d全部在25 S以上。熱穩(wěn)最低的是‘熱研-73397，初期濃乳儲存30 d后跌破20 S。三者隨著割膠月份增加熱穩(wěn)逐漸提高，割膠中期和后期濃乳能達到30 S以上；三者在同一割膠時期，隨著儲存時間的增加熱穩(wěn)逐漸降低，儲存60 d后熱穩(wěn)變化不大，基本保持穩(wěn)定；在3個時期，三者中‘熱研-73397在割膠中、后期的粘度相對較高，‘熱研-873粘度基本都在20～40 mPa·s。在割膠后期，3個品系的粘度較高，這與后期氣溫低有一定關系?！疅嵫?73397和‘湛試-93114后期濃乳，儲存30 d粘度分別為45.28和47.24 mPa·s，稍高于40 mPa·s，儲存60 d后粘度回落到40 mPa·s以下，3個品系的粘度儲存90 d保持穩(wěn)定，變化很小。

2.3 硫化膠膜的物理機械性能

膠膜的物理機械性能是評價膠乳制品質量的重要指標之一。表5為物理機械性能的測試結果。從測試結果中可以看出，‘湛試-93114膠膜的拉伸強度和撕裂強度最高，‘熱研-73397略低，熱研-873最低，中期和后期膠乳拉伸強度低于15 MPa ，三者膠膜性能與SCR20標準橡膠性能比較：‘湛試-93114>SCR20標準橡膠>‘熱研-73397>‘熱研-873（SCR20相關數(shù)據依照近年平均值）。分析可能與濃縮膠乳分子量有關，分子量越大，分子鏈交聯(lián)密度越大，橡膠的彈性和強力就越大。

3 結論

（1）‘熱研-873和‘湛試-93114的濃縮膠乳MST在加月桂酸和不加月桂酸的試驗中，初期和中期濃乳保存15 d均達到國標650 S以上，因此在這兩個時期若選用這兩個品系生產濃縮膠乳，可以考慮不加月桂酸，這樣既節(jié)約成本，又對下游制品工藝控制有利，后期氣溫低，需要加入適量的月桂酸?！疅嵫?73397的MST偏低，需要根據不同割膠時期加入月桂酸。

（2）3個品系膠乳在不同割膠時期的保存效果較好。‘熱研-73397熱穩(wěn)定度相對較低，粘度相對較高，對下游制品工藝控制不利。

（3）‘湛試-93114在3個割膠時期中的膠膜物理機械性能較好，與標準橡膠性能接近。

（4）綜合以上幾個性能的分析，3個品系中湛試-93114的綜合性能最好，是值得推廣栽培種植的品系。

參考文獻

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