甜菜碱及微生物凝固对天然橡胶结构与性能的影响研究

论文摘要

本文以酸凝固天然橡胶（NR-a）为对照,主要采用核磁共振交联密度仪（NMR-CDS） ,橡胶加工分析仪（RPA） ,研究了甜菜碱以及微生物凝固对天然橡胶结构与性能的影响。考察了天然橡胶的硫化过程,硫化动力学,交联密度,物理性能,动态性能等基本特性。硫化特性实验表明:加入甜菜碱的天然橡胶（NR-b）其tc10,tc50和tc90最小,NR-a的最大, MH则是NR-b>NR-m （微生物凝固天然橡胶） >NR-a,说明甜菜碱对NR有促进硫化的作用,NR-m中由于保留了较多的非胶组分,也有促硫化作用。物理性能测试表明:甜菜碱和微生物凝固都提高了NR的拉伸强度,硬度,回弹。对于未填充NR,甜菜碱加入量为1.0 g时的拉伸和撕裂强度达到最大,拉伸强度为23.82 MPa,撕裂强度为33.88 kN/m,分别比NR-a提高了27.04 %和28.92 %。甜菜碱使促进剂锌盐络合物在橡胶中的溶解度增大,使硫磺分散更均匀,交联网络更完善,网络中的缺陷相对较少,表现出优异的拉伸和撕裂性能。核磁共振实验表明:NR-m的物理交联密度（Physical XLD）最大,NR-b和NR-a相当,NR-b的化学交联密度（Chemical XLD）最大,总交联密度（Total XLD）是NR-b>NR-m>NR-a。在相同硫化时间下,NR-b的XLD和硫化胶网链部分含量（AMc）要大于NR-a,横向松弛时间（T2） ,小分子等部分的含量（AT2）和交联点间分子量（Mc）都小于NR-a。NR-m混炼胶磁衰减曲线速度最快,NR-b和NR-a相当,硫化胶的磁衰减曲线速度为NR-b>NR-m>NR-a。对未填充NR的热重（TG）及差热分析（DTA）分析表明:三种NR在N2中的热降解都是一步反应,起始降解温度和最大降解速率温度差别不大。DSC分析表明:NR-b的玻璃化转变温度（Tg）最低。硫化动力学研究表明:三种混炼胶的硫化速率常数随着硫化温度的上升而增大,在每一温度下,NR-b的硫化速率常数要比NR-a和NR-m的大,说明加入甜菜碱能有效地提高NR硫化反应速率常数,促进硫化。对炭黑（Carbon Black,CB）填充NR的动态性能测试表明:三种混炼胶的储能模量（G’）都随着频率的增大而升高,损耗因子（tanδ）都随着频率的增大而降低;对温度的扫描发现NR-b混炼胶在110℃就开始出现交联。具有不同交联密度的硫化胶其动态性能对频率,温度和应变的依赖性不同。NR-b硫化胶的交联密度最大,tanδ随着频率,温度和应变的提高,变化趋势要小于NR-a和NR-m。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 天然橡胶概述
• 1.1.1 天然橡胶的国内外概况
• 1.1.2 天然橡胶的研究方法简述
• 1.2 天然胶乳的组分
• 1.2.1 蛋白质
• 1.2.2 类脂物
• 1.2.3 丙酮溶物
• 1.3 天然胶乳的凝固方法及优缺点
• 1.4 微生物凝固天然橡胶概述
• 1.5 橡胶硫化的反应过程
• 1.6 天然橡胶硫化胶的交联结构
• 1.7 交联结构的表征
• 1.7.1 交联键类型
• 1.7.2 交联密度
• 1.8 甜菜碱简介
• 1.9 本研究的目的及意义
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验原材料
• 2.2 仪器与设备
• 2.3 分析与测试
• 2.4 样品制备
• 2.4.1 基本配方
• 2.4.2 未填充天然橡胶
• 2.4.3 炭黑填充天然橡胶
• 第三章 甜菜碱和微生物凝固对未填充天然橡胶结构与性能的影响
• 3.1 甜菜碱和微生物凝固对天然橡胶硫化特性的影响
• 3.2 甜菜碱和微生物凝固对天然橡胶硫化胶物理性能的影响
• 3.3 甜菜碱对天然橡胶硫化过程中交联结构的影响
• 3.3.1 核磁共振法和平衡溶胀法测硫化胶交联密度的比较
• 3.3.2 硫化过程中交联密度（XLD）的变化
• 2 的变化'>3.3.3 硫化过程中AMc 和AT₂的变化
• 2 的变化'>3.3.4 硫化过程中Mc 和T₂的变化
• 3.4 硫化动力学研究
• 3.5 硫化热力学研究
• 3.6 甜菜碱和微生物凝固对天然橡胶交联密度的影响
• 3.6.1 核磁共振法测交联密度
• 3.6.2 天然橡胶硫化胶磁化衰减比较
• 3.6.3 游离硫含量及溶胀法测硫化胶交联密度
• 3.7 老化性能和热分析
• 3.7.1 天然橡胶硫化胶的老化性能
• 3.7.2 天然橡胶硫化胶的TG/DTG 分析
• 3.7.3 天然橡胶硫化胶的DSC 分析
• 3.8 RPA 分析
• 3.8.1 天然橡胶硫化过程中弹性扭矩 S’、粘性扭矩 S”及损耗因子tanδ随时间的变化
• 3.8.2 天然橡胶混炼胶对应变的依赖性
• 3.8.3 天然橡胶硫化胶对频率的依赖性
• 3.9 本章小结
• 第四章 甜菜碱及微生物凝固对炭黑填充天然橡胶结构与性能的影响
• 4.1 天然橡胶硫化特性的比较
• 4.2 天然橡胶硫化胶物理性能的比较
• 4.3 天然橡胶的交联密度
• 4.3.1 核磁共振法测交联密度
• 4.3.2 天然橡胶硫化胶磁化衰减比较
• 4.3.3 溶胀法测交联密度
• 4.4 天然橡胶混炼胶动态性能的比较
• 4.4.1 天然橡胶混炼胶对频率的依赖性
• 4.4.2 天然橡胶混炼胶对温度的依赖性
• 4.4.3 天然橡胶混炼胶对应变的依赖性
• 4.5 天然橡胶硫化胶动态性能的比较
• 4.5.1 天然橡胶硫化胶对频率的依赖性
• 4.5.2 天然橡胶硫化胶对温度的依赖性
• 4.5.3 天然橡胶硫化胶对应变的依赖性
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文