天然鲜胶乳中橡胶分子结构差异及其对橡胶性能影响

Natural rubber, which is mainly made of fresh latex collected by Brazil Hevea brasiliensis,is an important industrial raw material. The fresh latex, gathered from the rubber tree, is a complex composition of the rubber-water-based dispersion. The dispersed phase include rubber particles and non-rubber particles. Whey , the dispersion medium, constitute by the water soluble protein, fatty acids, inorganic salts, carbohydrate and so on. The morphological structure of the rubber hydrocarbon molecules in the rubber particles, such as molecular weight, molecular weight distribution, terminal groups and side chain distribution,have a significant impact on the technics of prepare glue and product performance.And the morphological structure is different for different natural latex and is influenced by rubber trees cultivar and age, produce seasonal, tapping systems . The purpose of this project is to compare the differentiation of rubber hydrocarbon molecules morphology of different natural rubber latex and analysis its impact on the properties of rubber. Chemical analysis, atomic force microscopy, infrared, nuclear magnetic resonance, scanning electron microscopy and other analytical methods will be used. The influence rule of rubber molecular structures will be studied to find the fundamental factors of the quality of natural rubber. The research will provide certain fundamental theoretical basis on natural rubber production, processing and application, and promote the development of the natural rubber industry.

天然橡胶是重要的工业原料，主要由巴西三叶橡胶树中采集新鲜胶乳所制成。橡胶树采集的新鲜胶乳是一种组成复杂的橡胶-水基型分散体系，分散相包括橡胶粒子、非橡胶粒子；而分散介质则为能溶于水的蛋白质、脂肪酸、无机盐、糖类等所构成的乳清。其中橡胶粒子中橡胶烃分子的组成、分子量、分子量分布、端基基团、侧链分布等形态结构对天然橡胶制胶工艺和产品性能产生重大影响。而橡胶烃分子的形态结构受到胶树品系、生产季节、胶树树龄、割胶制度等因素的影响而产生差异。 本课题旨在选取不同来源的天然鲜胶乳，通过化学分析、原子力显微镜、红外、核磁共振、扫描电镜等分析方法对橡胶烃分子的形态结构差异化及其对橡胶性能的影响进行比较分析，研究探索橡胶分子结构的影响规律，寻找天然橡胶品质的根本因素，为天然橡胶的生产、加工和应用提供一定的基础理论依据，服务于天然橡胶产业的发展。

天然橡胶（NR）是不可缺少的战略物资，具有优异的综合性能。原料橡胶的质量与天然胶乳性质、橡胶烃分子的形态结构及非胶组分有着紧密的联系，而橡胶烃分子结构受胶树品系、树龄、季节、割胶制度等因素的影响。本项目通过分析表征天然橡胶分子结构并寻找影响我国天然橡胶品质的结构因素。重点研究了品系、树龄、季节、割胶制度对天然胶乳粒子的结构差异的影响，橡胶烃分子链构成、侧链结构及聚集态结构，并分析不同分子量及其分布对天然橡胶各项性能的影响。.研究结果显示：.在不同品系橡胶树胶乳中，PR107的灰分含量、杂质含量、丙酮溶物含量和挥发脂肪酸值最高，热稳定性最佳；RRIM600的P0、门尼粘度、拉伸强度、撕裂强度、绍尔硬度、凝胶含量和分子量最高。对于同一品系，不同数龄、季节产胶乳成分差异较大。对橡胶树采用乙烯利刺激制得生胶的氮含量、杂质含量、灰分含量、拉伸强度、撕裂强度及动态黏弹性能较大；乙烯气体刺激处理割胶所制生胶的粘流活化能（E）降低、稠度及弹性模量（G′）下降，对改善胶料的加工性能起着重要的作用。NR粒子膜是蛋白质和磷脂混合体系所包覆的单层膜结构；相同浓度条件下电解质压缩天然胶乳双电层效率由大到小顺序为NaCl > NaBr > NaNO3 > SDS。NR分子链上环氧基、醛基、羧基及羟基等侧基及3,4-异戊二烯的含量分别为0.14%、0.11%、0.01%、0.07%和0.36%。NR中金属离子与蛋白质、磷脂间存在着物理的或化学的作用力；蛋白质、磷脂起到节点的作用，有利于形成分子间网络结构。NR具有两种结晶结构，在-25℃下结晶速率和结晶程度最大，NR的平衡熔点在18.03~62.42℃之间；与普通硫黄硫化体系天然橡胶硫化胶相比，有效硫黄硫化体系的结晶速率和结晶程度更小，热稳定性较好。随贮存时间的延长，NR的交联密度、分子量、凝胶含量、P0和门尼粘度增大，塑性保持率减小；影响NR贮存过程中分子交联网络形成的因素为分子链中醛基和环氧基等官能团以及蛋白质和类脂物等非胶物质，其中类脂物的影响较为显著。