天然橡胶中丙酮溶物的提取、分离及其对橡胶性能的影响研究

论文摘要

本文以丙酮为抽提溶剂,从天然橡胶（NR）中提取丙酮溶物,采用傅里叶变换红外、气—质联用色谱分析了丙酮溶物的组成成分,考察了丙酮溶物对天然橡胶、异戊橡胶（IR）力学性能,交联密度及热氧稳定性的影响。并分别采用橡胶硫化仪对NR、IR硫化胶进行硫化特性研究,核磁共振交联密度仪进行交联密度的测试,热重分析仪进行热氧稳定性的研究；以氯仿/甲醇的混合溶剂为提取液,从新鲜天然胶乳（NRL）中提取天然脂类物质,将其皂化并分离出了p-谷甾醇,研究了p-谷甾醇对NR、IR老化性能及热氧稳定性的影响。力学性能的研究结果表明,丙酮溶物、β-谷甾醇分别对NR、IR力学性能有重要影响；外加丙酮溶物NR、IR的定伸应力、拉伸强度及撕裂强度都高于空白样。NR硫化胶拉伸强度随外加丙酮溶物用量增加呈现先增加后下降的趋势,当丙酮溶物为1份时,NR硫化胶拉伸强度最大,而IR硫化胶拉伸强度随外加丙酮溶物用量增加呈现一直递增趋势；外加p-谷甾醇NR、IR的定伸应力、拉伸强度及撕裂强度较空白样,随p-谷甾醇用量的增加呈平稳上升趋势,总体变化不大红外光谱和气-质联用（GC-MS）分析表明：丙酮溶物的成分复杂,丙酮溶物的组成成分包括高级脂肪酸（72.1%）,高级脂肪酸酯（7.99%）,烯烃（8.74%）,醇（9.01%）及少量醛（1.17%）和酮/醚（0.99%）。这些物质的存在,对橡胶起到了物理软化作用,改善了橡胶的加工性能。橡胶硫化特性曲线表明：外加丙酮溶物NR、IR的硫化特性参数t10,t60,t90都分别小于空白样NR、IR,而最大扭矩值MH都分别比空白样高。力学性能测试实验也表明了外加丙酮溶物NR、IR的定伸应力、拉伸强度及其撕裂强度都高于空白样。外加丙酮溶物后橡胶体现出了良好的硫化特性,这与丙酮溶物中所含高级脂肪酸及部分具有硫化活性的醇类有极大的关系,高级脂肪酸的存在,促进了硫化体系中氧化锌的分散,并增加了氧化锌的活性,两者共同的作用,促进了橡胶分子的交联,增加了交联键的数量,从而提高了硫化胶的定伸应力和拉伸强度。核磁共振测试橡胶交联密度结果表明：外加丙酮溶物NR、IR的交联密度要比空白样高,其硫化胶的磁衰减速率也更快,表明外加丙酮溶物硫化胶的交联网络有更好的完整性。丙酮溶物使用量1份时,NR硫化胶交联密度为1.56 x10-4 mol/cm3,比空白样提高了54.5%,而丙酮溶物使用量2.5份时,IR硫化胶的交联密度为1.92 x10-4 mol/cm3比空白样提高了10.3%。由此看,丙酮溶物很好的影响了硫化胶的交联结构,促使硫化胶分子的网络结构更复杂。热重分析结果表明：丙酮溶物、p-谷甾醇对NR、IR的热稳定性及热氧稳定性都产生了重要影响。NR、IR的的热降解反应为一步反应,丙酮溶物、β-谷甾醇的加入都提高了NR、IR的热稳定性,而NR、IR的热氧降解分两个阶段完成,降解的第一阶段发生在300℃-450℃,第二阶段发生在450℃-550℃。丙酮溶物可以促进橡胶分子的交联,提高交联密度,进而改善了橡胶的老化性能,而β-谷甾醇本身具有抗氧化作用,两者都可以提高橡胶的热氧稳定性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 前言
• 1.1 天然橡胶的性质与应用
• 1.2 天然胶乳的组成成分
• 1.3 天然胶乳中的橡胶烃及橡胶粒子
• 1.4 天然胶乳中的非橡胶物质
• 1.5 聚异戊二烯橡胶的性质与应用
• 1.6 本研究的目的意义
• 2 材料与方法
• 2.1 实验原料
• 2.2 仪器与设备
• 2.3 样品制备
• 2.3.1 天然橡胶中丙酮溶物的提取
• 2.3.2 天然胶乳中β-谷甾醇的提取
• 2.3.2.1 天然胶乳中脂类的提取
• 2.3.2.2 天然胶乳脂类中β-谷甾醇的提取
• 2.3.3 硫化胶配方
• 2.3.4 硫化胶试样制备
• 2.4 测试方法
• 2.4.1 傅里叶红外光谱分析（FTIR）
• 2.4.2 气-质联用色谱分析
• 2.4.3 化学显色法对β-谷甾醇提取物分析鉴定
• 2.4.4 胶料硫化特性试验
• 2.4.5 硫化胶力学性能测试
• 2.4.6 硫化胶老化性能测试
• 2.4.7 核磁共振法测交联密度
• 2.4.8 热重分析（TG）
• 2.4.9 差示扫描量热仪分析（DSC）
• 3 结果与讨论
• 3.1 丙酮溶物提取率随抽提时间的变化
• 3.2 丙酮溶物提取率随橡胶颗粒大小的变化
• 3.3 丙酮溶物的红外谱图
• 3.4 丙酮溶物的气-质联用（GC-MS）分析
• 3.5 丙酮溶物对硫化胶性能的影响分析
• 3.5.1 丙酮溶物对天然橡胶（NR）硫化胶性能的影响
• 3.5.1.1 不同用量丙酮溶物NR硫化胶的硫化曲线
• 3.5.1.2 丙酮溶物在NR硫化体系中起助促进剂作用的分析
• 3.5.1.3 丙酮溶物对NR硫化胶交联密度的影响分析
• 3.5.1.4 不同用量丙酮溶物NR硫化胶力学性能分析
• 3.5.1.5 不同用量丙酮溶物NR硫化胶老化性能分析
• 3.5.1.6 丙酮溶物对NR硫化胶热氧稳定性的影响分析
• 3.5.1.7 丙酮溶物对NR硫化胶热稳定性的影响分析
• 3.5.1.8 丙酮溶物对NR硫化胶DSC的影响分析
• 3.5.2 丙酮溶物对聚异戊二烯橡胶（IR）硫化胶性能的影响
• 3.5.2.1 不同用量丙酮溶物IR硫化胶硫化曲线
• 3.5.2.2 丙酮溶物对IR硫化胶的交联密度的影响分析
• 3.5.2.3 不同用量丙酮溶物IR硫化胶力学性能分析
• 3.5.2.4 不同用量丙酮溶物IR硫化胶老化性能分析
• 3.5.2.5 丙酮溶物对IR硫化胶热氧稳定性的影响分析
• 3.5.2.6 丙酮溶物对IR硫化胶热稳定性影响分析
• 3.6 天然胶乳中β-谷甾醇的鉴定分析
• 3.7 β-谷甾醇对硫化胶性能的影响分析
• 3.7.1 β-谷甾醇对天然橡胶性能的影响
• 3.7.1.1 不同用量β-谷甾醇NR硫化胶硫化曲线
• 3.7.1.2 β-谷甾醇对NR硫化胶的交联密度的影响分析
• 3.7.1.3 不同用量β-谷甾醇NR硫化胶力学性能分析
• 3.7.1.4 不同用量β-谷甾醇NR硫化胶老化性能影响分析
• 3.7.1.5 β-谷甾醇对NR硫化胶热氧稳定性的影响分析
• 3.7.1.6 β-谷甾醇对NR硫化胶热稳定性分析
• 3.7.2 β-谷甾醇对异戊橡胶性能的影响
• 3.7.2.1 不同用量β-谷甾醇IR硫化胶硫化曲线
• 3.7.2.2 β-谷甾醇对IR硫化胶的交联密度分析
• 3.7.2.3 不同用量β-谷甾醇IR硫化胶力学性能分析
• 3.7.2.4 不同用量β-谷甾醇IR硫化胶老化性能分析
• 3.7.2.5 β-谷甾醇对IR硫化胶热氧稳定性的影响分析
• 3.7.2.6 β-谷甾醇对IR硫化胶热稳定性分析
• 4 结论
• 参考文献
• 致谢