论文部分内容阅读
近些年来经济飞速发展,天然橡胶(Nature Rubber NR)以成本低廉、性能优异等优势在国防、航天、交通、建筑、医疗等领域广泛使用。我国对于NR的使用依赖程度很高,由于三叶橡胶树苛刻的生长条件,在我国NR的自给率不足20%,对外依存度超过80%,对我国未来国防、军工等相关产业造成不利影响。因此发展第二天然橡胶成为弥补我国天然橡胶不足的有效手段。蒲公英橡胶(Taraxacum koksaghyz TKS)、杜仲橡胶(Eucommia ulmoides gum EUG)等第二天然橡胶目前已经进入广泛的研究阶段。目前国内对于TKS的研究处于整个产业研究的初级阶段,大多数的研究集中于基因的改造编辑与调控、TKS的种植、种苗选育等,尚未开展提取及应用等下游产业的研究。本文针对蒲公英橡胶的胶含量检测及提取进行了研究,共分为三个研究部分,分别是TKS橡胶草的组分含量检测;TKS橡胶的绿色提取技术;TKS橡胶下游应用技术暨应用于制作冬季全钢载重轮胎胎面橡胶的配方设计及性能研究。1、对TKS的断面进行光学显微镜与扫描电镜(SEM)观察,研究其内橡胶的存在分布与状态。对TKS的各组分含量进行检测,发现木质素和综纤维素占总体系约40%,成为后续提胶方法研究中主要的杂质成分。建立了变温红外法检测反式橡胶含量的方法,将所得结果与索氏提取法结果比对,所有样品的相对误差均控制在了 5%以内。2、关于TKS的绿色提取技术研究,为了将水基法与溶剂法提胶工艺进行对比,首先确定了溶剂法提胶的最佳工艺条件为:溶剂甲苯,溶料比20:1,提取时间3h,溶剂法提取橡胶纯度可达到98.0%。而后对于绿色水基法提取TKS工艺进行建立,主要原理为橡胶密度小于水,其在水中漂浮,其他木质纤维素成分吸水沉入水底,从而实现分离。本文将水基法提胶工艺确定为四个部分,分别为前处理阶段、强剪切搅拌、球磨研磨及离心分离,并对各部分的最佳工艺实验条件进行确定,并将整体提胶工序进行调整,目前已经提取出的TKS橡胶纯度可达91.4%。为了将木质纤维素从橡胶中彻底分离出来,针对酸分解纤维素,碱溶解木质素的原理,本文又研究了酸碱法提胶的工艺,将TKS根部根皮、根瓤与根芯分离,用质量分数为4%稀硫酸和3%稀氢氧化钾溶液对其进行分段提胶工艺的建立并对最佳工艺条件进行了确定。通过酸碱法所得橡胶纯度可达94.0%,并且有效控制了体系内的综纤维素和木质素含量。3、将上述四种提胶方法所得橡胶产品及NR进行结构与性能的表征与对比,发现:红外光谱、核磁共振、XPS、DSC、TGA测试结果显示四组产品与NR并无明显差别。将TKS、NR、TKS和EUG共混胶、异戊胶(Isoamyl rubber IR)分别与顺丁胶(Polybutadiene rubber BR)、丁苯胶(Butadiene styrene rubber SBR)共同作为基体原料,按照冬季轮胎胎面胶配方进行混炼,通过对其硫化、门尼、RPA、DMA、力学性能测试,显示四组胶均无明显差别,说明了绿色提取的TKS橡胶与NR性能无异,在一定程度上可替代NR。