蒲公英橡胶绿色提取技术及结构与性能研究

摘要

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。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 天然橡胶概况

1．1．1 天然橡胶简介

1．1．2 天然橡胶结构特征

1．1．3 天然橡胶性能优势及应用

1．1．4 天然橡胶产业问题

1．2 第二天然橡胶

1．2．1 第二天然橡胶简介

1．2．4 蒲公英橡胶草橡胶

1．2．2 杜仲橡胶

1．2．3 银胶菊橡胶

1．3 蒲公英橡胶草研究

1．3．1 国内外蒲公英橡胶研究进展

1．3．2 蒲公英橡胶胶含量检测

1．3．3 蒲公英橡胶提取方法的研究

1．5 本论文的研究内容及创新点

1．5．1 本论文研究内容

1．5．2 本论文创新点

第二章 实验方案与表征

2．1 实验原材料与仪器

2．1．1 实验原材料

2．1．2 实验仪器

2．2 蒲公英橡胶草形态观察及组分含量检测

2．2．1 蒲公英根形态观察

2．2．2 抽提法检测

2．2．3 木质素含量检测

2．2．4 综纤维索含量检测

2．2．5 红外法胶含量检测

2．3 蒲公英橡胶提取工艺的探索

2．3．1 传统溶剂法提胶

2．3．2 水基法探索

2．3．3 酸碱法提胶工艺建立

2．4 冬季轮胎胎面胶配方混炼胶加工

2．5 橡胶结构与性能表征

2．5．1 FTIR红外光谱检测

2．5．2 GPC凝胶渗透色谱检测

2．5．3 XPS X射线光电子能谱检测

2．5．4 NMR核磁共振波谱仪检测

2．5．5 DSC差式扫描量热曲线检测

2．5．6 TGA热重分析曲线检测

2．5．7 万能拉力机测试

2．5．8 硫化曲线测试

2．5．9 门尼粘度测试

2．5．10 RPA橡胶加工分析仪测试

2．5．11 DMA动态力学分析仪测试

2．5．12 低温脆性试验

第三章 蒲公英根含量测定结果分析及形态观察

3．1 蒲公英根形态观察

3．2 抽提法检测

3．3 木质素含量测定

3．4 综纤维素含量检测

3．5 红外法胶含量检测

3．5．1 顺式橡胶胶含量检测

3．5．2 反式橡胶胶含量检测技术建立

3．6 本章小结

第四章 蒲公英橡胶提取工艺建立

4．1 溶剂法提胶效果检测

4．2 水基法提胶工艺建立及完善

4．3 酸碱法提胶工艺建立

4．4 本章小结

5．1 生胶结构表征

5．1．1 FTIR光谱分析

5．1．2 GPC分子量分析

5．1．3 核磁共振波谱分析

5．1．4 XPS能谱分析

5．2 生胶性能表征

5．2．1 DSC量热曲线分析

5．2．2 TGA热失重曲线分析

5．2．3 力学性能分析

5．3 冬季轮胎配方混炼胶性能表征

5．3．1 硫化性能测试

5．3．2 门尼粘度测试结果

5．3．3 RPA加工性能分析

5．3．4 DMA动态力学分析

5．3．5 力学性能分析

5．3．6 低温脆性实验结果

5．4 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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