不同生产工艺及组分对天然橡胶臭氧老化性能的影响

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生产工艺的不同,天然橡胶(NR)的组分及分子结构也不同,其力学性能及耐臭氧老化的能力也不同。本文通过探讨不同的凝固方式(酸凝固、微波凝固、自然凝固、微生物凝固)与不同的干燥方式(热风干燥、自然风干)相结合共7种生产工艺下的NR的氮含量、塑性初值P0、抗氧指数PRI、加工性能、交联密度、动态力学性能以及臭氧老化性能的差别,并采用热重分析仪与傅里叶红外光谱仪对NR臭氧老化前后的热稳定性及官能团的变化做了分析。在此基础之上,分别研究了不同非胶组分(蛋白质、丙酮溶物、水溶物)对NR耐臭氧性能的影响。通过一系列的探讨,为生产高性能耐臭氧NR提供了理论依据以及实验基础。在研究其生产工艺时发现:微生物凝固后,再采用低温干燥工艺的NR氮含量低,其NR的拉伸强度可达25.62MPa,撕裂强度可达30.7MPa,均优于其他工艺;其热氧老化性能仅次于酸凝固,在臭氧浓度为50pphm环境中老化8h后的性能变化率仅为7.9%;其臭氧龟裂时间远远高于其他生产工艺,可达945min; m-NR高分解温度说明其具有优异的耐热性;对其交联密度以及DMA的测试发现,其Mq最小,反而言之,其交联点比其他工艺密集,其玻璃化转变温度(Tg)升高约6℃,其耐湿滑性与滚动阻力没有明显的变化;同时随着臭氧老化时间的延长,橡胶烃分子链上的不饱和双键逐渐减少,而对应的羰基基团不断增多,说明臭氧与NR主要在主链上发生反应。在对胶乳降蛋白的过程中发现,随着枯草杆菌酶用量的增多,NR中的氮含量逐渐下降,而其力学性能则是先上升后下降,在酶用量为0.15%时,性能最佳,可到20.3MPa;通过对低蛋白天然橡胶(LPNR)老化前后的对比发现,蛋白质在耐老化过程中具有重要作用,且降低部分蛋白质可以提高其抗老化能力,但是降低的过多或过少,都会打破其独特性:另外通过RPA分析,发现适量地降低蛋白质,可以提高弹性模量,降低其损耗因子(tanδ);在交联密度以及DMA测试,发现在酶添加量为0.15%时的交联密度最大,其此时的NR的Tg几乎无变化,而在0℃时以及50-80℃的tanδ变小了,说明降蛋白有助于提高其耐湿滑性与降低的磨损损耗;同时红外光谱(FTIR)分析表明,蛋白质在橡胶与臭氧作用时参与了氧化分解反应。提取部分水溶物后的天然橡胶(NR-CW)的实验更能够很好的证明,水溶物对NR的力学性能有很大的影响,但是其只降低了NR的热氧老化性能,对耐臭氧老化性能几乎没有影响;水溶物的减少,有效地降低了橡胶分子链的交联密度及弹性模量,同时也降低了其Tg;而FTIR分析更能有效的证明水溶物对NR耐臭氧性能的影响很小。提取部分丙酮溶物后的天然橡胶(NR-CA)的实验进一步证明丙酮溶物对橡胶有促进交联作用,其力学性能随着丙酮溶物的减少而降低,其热氧老化后的性能变化率最高能降低到70.25%,但是,NR-CA在臭氧老化后的力学性能的变化率几乎相同;丙酮溶物的减少,使混炼胶的弹性模量降低,交联密度也有很大程度的下降,Tg的范围变窄,Tg升高,在0℃时以及50-80℃的tan8也有升高。通过FTIR发现,有胺类化合物参与了防臭氧老化反应,并生成了含一NO2化合物。
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