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1、 杜仲胶的工艺研究进展与开发前景 姓 名 院（系） 专业班级 学 号 指导教师 日期： 摘 要 本论文主要对杜仲胶发展简史和开发应用前景作简要介绍。阐述了对杜仲胶的结构与性能的研究，同时介绍了杜仲胶与NR二元共混及与NR和顺丁胶三元共混体系中，杜仲胶对体系硫化性能以及力学性能的影响。最后，对杜仲胶今后的研究及开发方向进行了展望。关键词：杜仲胶 加工工艺 开发方向目 录1.前言12. 杜仲胶结构及性能的研究13. 杜仲胶的共混研究23.1杜仲胶/顺丁胶共混23.2杜仲胶/天然橡胶共混23.3杜仲胶与塑料共混34. 杜仲橡胶产业开发的战略意义及前景3参 考 文 献5杜仲胶的工艺研究进展与开发前景1
2、.前言 二次大战前，天然橡胶一直在垄断着橡胶工业。战后，由于合成橡胶工业的发展，它所具备的工业化生产的特征及廉价优势，有力地冲击着天然橡胶工业。至今，除轮胎工业外，很多橡胶制品已被或将被合成橡胶或塑料取代。天然橡胶的孪生兄弟杜仲胶(国外习称古塔波胶)，它们是同分异构体，但两者的物理形态及性能迥然不同，杜仲胶由于易结晶，常温下表现为硬质塑料，长期来只能作塑料代用品(海底电缆等)。80年代，严瑞芳首次将易结晶的合成反式聚异戊二烯硫化成了高弹性体。1继而又将同类天然高分子杜仲胶硫化成弹性橡胶，从而改写了杜仲胶不能作橡胶的历史。杜仲胶是中国特有资源，产自同名杜仲树，可在我国南起两广，北至长城沿线十余省
3、的广大地区内普遍种植，又适于在山区生长，其适应性及可种植范围是夭然橡胶树无法比拟的。杜仲硫化橡胶的成功，加之后来的工艺改善将会为橡胶工业开创一个潜力巨大的后备资源。2. 杜仲胶结构及性能的研究杜仲胶为反式-聚异戊二烯，与天然橡胶一样具有双键、柔性链。链的柔性是材料具有弹性的基础，天然橡胶是弹性材料，天然橡胶顺式-长链分子是一种无规则线团结构，在形成高次结构时以无定形弹性胶团存在。杜仲胶在室温下则为硬质塑料材料，其原因在于反式-聚异戊二烯的长链分子是有序的，易于有序聚集而结晶，这是导致它与天然橡胶性状不同的决定性因素。因此杜仲胶未表现出宏观弹性，不是由于分子链不具柔性，而是由于其结晶。若能有效地
4、抑制其结晶，则可体现其弹性。杜仲胶的结晶与交联度之间存在着反映硫化过程不同阶段性能突变的依赖关系，通过控制临界交联度，可将杜仲胶制成弹性橡胶，这种硫化橡胶具有优良的动态拉伸疲劳性能、高定伸应力及高硬度。2此外，杜仲胶是典型的柔性链高分子，软化点只有60左右,其优良的加工性是目前已知的塑料大品种所无法比拟的。除塑料加工中所有的加工方法都适用外，还具有手工可捏塑性及剪裁性。因此，它可以开发特殊形状的模型及工艺品。独特的加工性也带来了优良的共混性，易与橡胶及塑料共混,形成很宽的材料谱，赋予了杜仲胶独有的橡塑二重性。作为塑料，不会烫伤皮肤，将其在热水中浸一浸或用热风吹一吹，变软后，直接贴附在身体的伤病
5、部位，稍刻即会冷却硬化，起到良好的固定保护作用。比之于传统使用的石膏绷带、钢木夹板，既方便卫生，又轻巧舒适，还可以随时根据病情调整形态，打开清洗换药等。对于肢体畸形、残疾的朋友而言，杜仲胶更是一种理想的矫形康复器具和假肢材料，它可以根据各人身体的差异，像量体裁衣一样制成最符合病人身体需要的形态，譬如脖托、腰托、手足内外翻转矫形护套等。3. 杜仲胶的共混研究杜仲胶由于硫化过程存在着三个阶段，使杜仲胶可以集热塑性材料、热弹性材料及橡胶型材料多种特性于一身，从而使杜仲胶研究进入了系统性的材料工程学阶段。由于杜仲胶本身有双键，又具有优良的共混加工性，因此，它不仅易于同橡胶共混，又易于同塑料共混，而且共
6、混时既可硫化，也可不硫化，从而得到各种性能不同、用途各异的材料。3.1杜仲胶/顺丁胶共混 顺丁胶耐磨性好，但生胶强度极低,硫化后动态疲劳性能较差，不能单独使用，只能与天然橡胶等共混使用。杜仲胶加入明显提高了生胶强度，改善了加工性。硫化胶的性能，尤其是动态拉伸疲劳性能极佳。1986年中科院化学所严瑞芳教授在国家自然科学基金的支持下，首次研制成功规格为3. 25-16的杜仲胶/顺丁橡胶摩托车轮胎。经装车路试两年,结果表明其耐磨、耐刺扎，不爆胎。33.2杜仲胶/天然橡胶共混李良萍等4对杜仲胶与NR以不同共混比共混得到的硫化胶的静态力学性能及动态伸张疲劳性能进行了研究，发现杜仲胶对共混硫化胶动态伸张疲
7、劳性能方面的影响比较复杂。结果表明：在共混硫化胶体系中，杜仲胶的加入对共混硫化胶的拉伸强度、300%定伸应力、拉断永久变形影响不大；对撕裂强度及拉断伸长率的影响在30 %左右有一转折点；EUG对共混硫化胶的硬度影响最大。综合各因素，认为杜仲胶在共混硫化胶中质量分数在40%以下，能较好地保持共混硫化胶优良的静态力学性能；杜仲胶对共混硫化胶动态伸张疲劳性能影响的大小在较高交联程度体系和较低交联程度体系中是不同的，通过差示扫描量热法(DSC)分析，初步解释了这一现象可能与杜仲胶存在的微晶作用有关：有微晶存在的交联程度体系下，能较大地提高共混硫化胶的疲劳寿命；相反，在无微晶存在的交联程度体系中，对疲劳
8、寿命的影响明显降低。3.3杜仲胶与塑料共混5当杜仲胶与塑料共混时，可明显降低混炼温度。当与PP或PE按1：1共混时，混匀后的体系，在70附近即具有柔性的可塑性，而PP加入又提高了室温硬度。可预计，一旦杜仲胶大量开发，可能给塑料工业提供一种独特的低温成型、高冲击性能的新型材料，而杜仲胶所含双键的可硫化特征，可制成广泛性能的热塑弹性体。 杜仲胶与橡胶相比，虽无弹性，但却具有优良的热塑加工性；与塑料相比，结晶能力低，熔点低，因此,又表现出更为方便的加工操作性能。使得杜仲胶在共混加工时，有明显的优势。如：和橡胶共混，可大大降低混炼时的能耗，并明显改善橡胶的动态疲劳性能。和塑料共混时，不仅明显降低体系的
9、加工温度,还可以改善塑料的冲击性能。不仅如此，杜仲胶含有双键共混时，可以控制地加以利用，硫化或者不硫化。这样,杜仲胶通过和不同的材料，以不同方式共混，可以得到性能更为优异而富于变化的新型材料。4. 杜仲橡胶产业开发的战略意义及前景我国已成为世界橡胶第一大消费国，橡胶消费量已连续5年居世界首位，其中天然胶进口依存度达70%以上，消费量和进口量均占世界总量的20%以上。然而我国橡胶资源仅占世界总资源的不到10%。我国同时也是第一大橡胶进口国，第一大轮胎生产国，但还不是橡胶强国。原因之一是我国的天然橡胶产能不足，大量依赖进口，不仅需要花费大量外汇，而且战略资源受制于人。另一方面，随着对石油资源日益枯
10、竭的担忧，寻找替代石化产品的生物资源的课题已经纳入各国政府的重要议事日程。我国可种植杜仲面积占全世界的96%，原料资源具有垄断性优势，提炼杜仲胶技术专利权也为我国所有，并已开发出部分橡胶制品。我国独有的以杜仲橡胶新材料开发为代表的杜仲资源综合利用为解决这一难题开辟了新途径。杜仲胶的3大类不同用途的材料即热塑性材料、热弹性材料和橡胶弹性材料应用领域十分广阔。杜仲胶功能材料的开发可为社会提供各种各样的骨科外固定、支撑等制品，这对各类骨伤患者的康复有着重要的作用。热弹性形状记忆材料以其独有的用途，必将给人们提供其它材料无法比拟的独特制品。这些特殊用途材料的开发，不仅可以形象地增进人们对新型功能材料作
11、用的理解，还将为交通、通讯、电力、国防、水利、建筑和人们的日常生活提供全新材料和功能制品，解决传统材料长期无法解决的诸多难题。特别是杜仲胶高弹性材料用于轮胎的开发，将顺应国际趋势以反式胶开发长寿、安全、节能的“绿色轮胎”。杜仲胶的开发不仅可改变我国天然橡胶长期进口的局面，还可为我国提供新的来源充足的后备胶种，并且还将改变国际天然橡胶资源分布的格局。6参 考 文 献1严瑞芳.杜仲胶研究进展及发展前景J.化学进展,1995,7(1):65-71.2杨丹,黄慧珍.杜仲胶的研究与发展J.世界橡胶工业2009,36(7):14-15.3严瑞芳,胡汉杰.杜仲胶的研究与开发J.中国科学基金, 1994, 1
12、: 51-55.4严瑞芳,薛兆弘.高弹性杜仲橡胶及其硫化弹性机理J.弹性体, 1991, 1(3): 12-15.5朱峰,岳红,等.新型功能材料杜仲胶的研究与应用J.安徽大学学报(自然科学版),2005,29(3):91.6严瑞芳.杜仲橡胶的开发及应用概况J.橡胶科技市场,2010,(10):12.The study and application of Eucommia Ulmoides GumAbstract:This article introduced the brief history and the development application prospect of the E
13、ucommia Ulmoide Gum. It also summarized the processes of withdrawing and separating of the Eucommia Ulmoide Gum and the influence of Eucommia Ulmoide Gum on the curing performance and echanics performance of systems in the blend systems of EUG /NR and EUG /NR /BR.Finally,the Prospects of the comprehensive utilization of Eucommia Ulmoide Gum resources are discussed.Key Words: Eucommia Ulmoides Gum; processing technic; development direction6
