杜仲胶

烟台大学

科研训练报告

题目：杜仲胶的性能及应用研究

学院：化学化工学院

专业：高分子材料与工程

学号：201169502243

姓名：陈浩

指导教师：崔孟忠（教授）

2013年12 月14 日

杜仲胶的性能及应用研究综述

【摘要】杜仲胶是一种天然高分子．是天然橡胶的异构体。本文综述了杜仲胶的基本性能以及杜仲胶的改性，杜仲树在全国的分布情况和杜肿胶的提取、分离，以及杜肿胶高分子材料的基础研究与应用开发研究的新进展；总结了杜仲胶开发的现状。

【关键词】杜仲胶性质提取研究进展发展前景

1.杜仲胶的结构和基本性能

杜仲橡胶是天然橡胶的同分异构体，即反聚异戊二烯天然聚合物（简称TPI)。而天然橡胶是顺式一聚异戊二烯（NR）。

结构上的差异使二者性能迥然不同。天然橡胶具有高弹性，是橡胶工业中最主要的原料；然而天然杜仲胶则是非弹性体的硬性橡胶，由于其熔点低、易于加工，并具有很好的电绝缘性，主要用作海底电缆、高尔夫球的原料，不像三叶胶树那样得到大规模有计划的发展。

杜仲胶是一种淡黄色聚合物，反式1,4结构含量98%，与巴拉塔胶一致，结晶度高，链规整度高，玻璃化温度是-60~-53℃，熔点为55~60℃，密度0.91g/cm3，拉伸强度极限20～28N/mm2，拉断延伸率≤1000%，硬度(IRHD)50～98，耐油性能良好，允许工作温度-50℃～160℃。它能抗臭氧，对酸或碱、脂肪酸、酮类都很稳定，溶于多数芳烃、醚、二硫化碳、卤代烃等，抗屈挠强度高，加工性、绝缘性、耐水性都好，并有优良的成膜性能。但是杜仲橡胶化学性质活泼，极易氧化成为白色脆性体，因此在研磨、浮选、干燥时，必须及时加入防老剂。杜仲胶在正负50摄氏度时即融化为膏状物，随意切割有很强的可塑性。

下表列出的是几种高聚物的玻璃化温度和结晶熔融温度，从左到右逐渐提高，TPI 正处在NR 和典型塑料（PE ）的中间。由于TPI 常温下结晶，因而只能做塑料用，而NR 常温下难结晶，为弹性体。

表1.几种高聚物的Tg 值和Tm 值

特别有意义的是当TPI 交联密度一旦达到某一临界值时，其室温结晶受阻，而成为弹性体，与普通的硫化橡胶无差别。而且TPI 硫化橡胶的动态疲劳性能很好。从表2看出，三种橡胶中TPI 的动态拉伸疲劳性能最好。

表2.三种不同橡胶动态疲劳性能 胶种 TPI NR

顺丁橡胶 动态拉伸疲劳（200次/min ）

>2h 1h <20min 综上所述，TPI 可以通过控制交联或其他橡胶共混交联而成为弹性体。这种橡胶具有耐疲劳性能好、滚动阻力小、内耗低等独特的性能，在高性能轮胎中应用前景良好，是一种新型的异戊橡胶。

2.杜仲胶的改性应用

杜仲胶由于是反式规整结构，易结晶，所以在常温下是硬质材料，而天然橡胶（三叶橡胶）在室温下是典型的弹性体。杜仲胶的化学性质与天然橡胶相近，但其耐臭氧性能和耐疲劳性都优于天然橡胶。杜仲胶的硫化过程分为三个阶段：

第一阶段：零交联度，对应热塑性材料；第二阶段：低交联度，对应热弹性材料；

第三阶段：临界交联度，对应橡胶型材料。当杜仲胶硫化程度到达临界交联度，其性能就应该与天然橡胶完全一致了。

(1)未交联阶段杜仲胶，由于具有低熔点硬塑料特性可制作医用功能材料，如制作代替石膏的骨胳矫正固定材料，运动员护膝、颈托、腰托等，用途广、复盖面大。可多次反复回收使用，并具有使用方便，透气性好等特点。

(2)低交联度阶段杜仲胶，具有结晶型热弹性，作为热激形状记忆材料，可 性能 硅橡胶 顺丁橡胶 NR TPI PE 反式聚丁二烯

PP

Tg/℃

-123 -85 -73 -53 -20 -14 +5 Tm/℃ -85 -4 +64 +64 +120 +145

+180

用于制造异型管接头，电缆绝缘保护接头，温控开关及航空航天材料、军事工业材料等。

(3)临界交联阶段杜仲胶，具有非结晶型橡胶高弹性，耐寒耐水，用于制造各种橡胶制品，如特种轮胎、轻型履带、海底电缆、地下电缆；高绝缘性电缆和绝缘材料；耐腐蚀化学品容器；耐磨鞋底和高尔夫球；高阻力隔音材料和减震材料，雷达密封材料等等。

3.填料对杜仲胶结晶性能的影响

（1）填料对杜仲胶结晶性能的影响表现为杜仲胶的结晶焓以及结晶温度发生改变。四种填料对杜仲胶结晶焓影响的次序是：白碳黑>槽黑>中槽>滑石粉。这可以用填料和杜仲胶分子相互作用，抑制杜仲胶分子链段的运动，从而改变杜仲胶的结晶度来解释。杜仲胶的结晶温度受填料的影响也发生变化，其中以白碳黑的影响为最大。

（2）发现填料对结合胶结晶性能影响更大。由于填料和杜仲胶强烈的界面作用，结合胶的结晶完全消失，但在DSC上仍表现为不呈现典型峰型熔融特性而呈宽温度分布的有吸热特性的包络线峰。这可能是界面结合胶非晶有序状态的特征表现。

4.杜仲胶发展前景

研究发现，杜仲胶可以用于开发热塑性功能材料、热弹性形状记忆材料，特别是我们开发研制的杜仲胶高弹性材料。它可以用于航空及有关行业轮胎的开发，顺应了国际上以反式胶为主，发展长寿命、高强度、安全、节能“绿色轮胎”的趋势，可以解决长期以来困扰航空业及相关行业中轮胎强度、轮胎寿命、轮胎摩擦放热等一系列重大问题，最大限度地减少由于飞机轮胎爆裂而造成的灾害，为我国国防工业、航空航天工业的发展提供了新型橡胶材料。

进入21世纪，当代橡胶制品开发中的一个突出点就是橡胶与多种高分子材料并用，有机材料与无机材料并用。而杜仲胶就是一种具有橡-塑两重性的新型高分子材料，可以与橡胶、塑料等材料进行多途径共混，开发出一系列性能广泛的新型高科技材料。

目前，可开发的这类材料有：橡胶材料、新型形状记忆材料、热塑性弹性材料、化工材料、绝缘材料、骨科定型材料、日用功能材料、航空航天特种材料及