杜仲胶研究简述

LOGO杜仲胶研究进展简述主讲：张勇LOGOPage2为什么关注杜仲胶？中国杜仲胶科学研究院正式成立中国化工报2011-11-15中国杜仲胶科学研究院近日在青岛正式成立。这是国际上第一个杜仲胶科学技术研究机构，它将着力推动杜仲胶的产业化应用。中国杜仲胶产业化高峰论坛在京举行中化新网2010-7-127月10日，由中国化工报社、中国橡胶工业协会联合主办的“2010中国杜仲胶产业化高峰论坛”在北京召开，来自相关行业协会、科研院所以及杜仲产业相关企业的代表参加此次峰会。LOGO为什么关注杜仲胶？Page3杜仲胶用途广泛，可用于轮胎行业，高分子材料行业以及中医药保健品行业等。我国杜仲资源极为丰富，据统计，目前，我国杜仲栽培面积约35万公顷，占世界杜仲种植总面积的99%以上，具有垄断性的资源优势。我国适应杜仲生长的地域十分广阔，可用于种植杜仲的土地达1000万公顷以上，发展潜力巨大。而与之对应的是，据天然橡胶协会统计，2009年我国天然橡胶产量64.4万吨，进口天然橡胶171万吨，进口复合橡胶102万吨，我国对国外天然橡胶的依存度高达80%，这严重影响我国橡胶工业的平稳、安全发展。充分利用我国丰富的杜仲资源，可以解决国内天然橡胶严重不足，使我国橡胶工业实现可持续发展。LOGO杜仲胶杜仲树的幼苗就可用以提取橡胶，树龄增到10～15年，每公顷可产橡胶270千克以上。杜仲胶主要存在于杜仲叶、皮和种子中，其含量如下：叶含胶量2%～4%；皮含胶量8%~10%；籽含胶量10%~15%。杜仲在我国的分布：目前，我国杜仲栽培面积约35万公顷，占世界杜仲种植总面积的99%以上，种植范围南起两广、北至吉林、东至山东、西达新疆，包括台湾也有种植，因此在我国除了少数几个省份外，几乎都可以种植，可种植范围远远超过了三叶橡胶树（普通天然橡胶）。Page4LOGO杜仲胶的结构Page5三叶橡胶杜仲胶LOGO杜仲胶的性能杜仲胶的一般物理常数Page6相对密度邵氏A硬度熔点/℃软化点/℃体积膨胀系数（/℃）热导率（kJ/cm*s*℃）0.96~0.999865550.0008129.6杜仲胶在植物组织中，其自然形态为白色丝状物质，存在于含胶细胞胶腺中，从植物中提取，经高度纯化、脱色后可得白色固体，而满足一般工业要求的材料允许存在少量色素而呈棕色。LOGO杜仲胶由于分子链的有序性，易于结晶，通常温度下为硬质固体，55℃下软化，65℃为熔点。这事由于杜仲胶基质内有2种晶体结构共存，α晶型的熔点为65℃，β晶型的熔点为55℃。只要温度达到65℃以上，α晶型融化，材料即可熔融。α晶型和β晶型可相互转化。Mandelkern认为β晶型只是一种亚稳态，在一定的条件下β晶型可以向α晶型转变。力学性能由于提取来源的不同（如叶子、种子等），分子量也不同。黏均相对分子质量＜5×104，材料的应力-应变曲线呈现为脆性断裂而失去塑形变形特征，成为脆性材料；相对分子质量太高，达200万后，其应力-应变曲线也失去屈服特征，但强度仍很高，成为坚韧的韧性材料。Page7杜仲胶的性能LOGO杜仲胶的性能受热形态及加工性分子量低的脆性材料，加热到熔点以上时是一种高黏性的树脂状熔融物，基本状态属热熔胶范围，可用作热熔胶。超大分子量的杜仲胶不仅在常温下失去屈服特征，加热后也失去热可塑性，而表现出热弹性，加工性差。加工这种材料需要特殊的措施。电性能电绝缘性能优良，可用作海底电缆用绝缘材料介电常数：2.6表面电阻：1×1012Ω/cm2化学稳定性分子链上含有双键，易于受到光或氧的作用而降解，因此长期存放搞纯度杜仲胶要注意避光和隔离空气。Page8LOGO杜仲胶的提取杜仲胶可以从杜仲叶、皮、籽中提取．杜仲皮是名贵中药，杜仲籽产量低，而杜仲叶产量大，容易集中，成为目前杜仲胶提取的主要原料，但缺点是含胶量太低，需要处理的废渣太多．杜仲胶的提取方法主要有碱处理法和溶剂抽提法，具体工艺见下图．Page9碱处理法由于操作复杂、成本高、污染环境，已经废弃不用．而溶剂抽提法，省时省力，溶剂循环利用，是目前杜仲胶提取的主要方法。LOGO杜仲胶提取的改进贵州大学的研究者开发出一种新的提胶方法，先用酶对杜仲叶进行预处理，然后再进行常规杜仲胶的提取。经过酶处理后，提胶效率大大提高，提胶质量也有很大提升。Page10LOGO杜仲胶的硫化过程Page11人们为了获得杜仲胶的弹性体进行了各种尝试，如异构化，硫化等，而硫化的效果好一些。杜仲胶硫化的三阶段：LOGO杜仲胶硫化三阶段第一阶段：热塑性材料。未硫化的杜仲胶是结晶热塑性高分子，存在2种晶型，熔点分别为62℃和52℃．由于杜仲胶是热的不良导体，绝热性能较好，在60℃左右软化可手捏成型，不会伤及皮肤，冷却后又具有一定的硬度和刚度，利用这一点，开发出了一类新型的无需制模的医用代石膏功能材料。第二阶段：人弹性材料。低交联度的杜仲胶是硬质热弹性体，是交联网络型结晶材料．受热后具有橡胶弹性，受力可变形，冷却至室温变硬，并冻结住在变形态．利用这一特性可将其发展成为一种热刺激性形状记忆功能材料。第三阶段：橡胶型高弹性材料。交联度增至临界值(m=43，Mc=2924)，杜仲胶变成为柔软的弹性体．由于是有序弹性，动态疲劳性能较好，将其与顺丁橡胶1:1共混做胎面胶制成了3.25-16型外胎，并经过了一年多行驶考验。Page12LOGO杜仲胶的共混研究EUG（杜仲胶）由于硫化过程存在着三个阶段,使EUG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EUG研究进入了系统性的材料工程学阶段。由于EUG本身既有双键,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。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EUG/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。李清泉等提出了将天然橡胶-杜仲胶作为改性剂与沥青共混后用作公路路面材料的新途径。Page13LOGO杜仲胶的产业化发展方向杜仲胶不仅能应用于传统的海底电缆、高尔夫球及装饰器件．还可以在绿色轮胎、医疗器械、消音减震、异型管件接头、密封堵漏等领域发挥独特作用．1.绿色轮胎．杜仲胶是发展绿色轮胎的一种理想材料，首先杜仲胶大分子链柔顺，弹性较好;其次杜仲胶大分子链规整，内摩擦比较小，生热低;最后杜仲胶大分子易结晶，在硫化共混橡胶中以微晶相存在，在遇到裂纹时会使撕裂拐弯，因而抗撕耐穿刺，因此，在轮胎中添加一定比例的杜仲胶，将会使轮胎具有，高弹性、低生热、耐磨、耐撕、耐扎刺等特点。可以预见，在不久的将来杜仲胶在我国绿色轮胎的发展进程中必将占据一席之地，可以为大大化解我国的橡胶资源短缺的危机。Page14LOGO杜仲胶的产业化发展方向2.医疗器械．杜仲胶属于天然高分子材料，无任何毒副作用，也没有合成高分子普遍存在的催化剂残留问题，因此在医疗领域的应用前景广泛．首先以杜仲胶为基材制作的牙科填充材料占到全球市场的65%左右，深受医患的欢迎;其次，利用杜仲胶低温可塑的特点制作骨科外固定夹板，假肢市场前景广阔;最后，利用杜仲胶形状记忆特性，制作可重复使用的矫形器材，可显著降低患者的医疗费用。Page15LOGO杜仲胶的产业化发展方向3.阻尼材料。据研究表明，通过控制杜仲胶的交联密度，可使杜仲胶的tan-T曲线呈现双峰特性。虽然此时杜仲胶传统Tg区域的tan峰较小，阻尼性能较差，但是在中高温度下出现另一个tan峰，其峰值大大超过同等温度下传统阻尼材料氯化丁基橡胶的tan值．据此可以开发出各种减震件、消音器件等。Page16LOGO杜仲胶的产业化发展方向4.异型管件接头及密封堵漏材料．利用杜仲胶的形状记忆特性还可以开发出各种异型管件接头及密封堵漏材料。由于杜仲胶具有优异的抗水解、抗霉烂变质、抗酸碱盐腐蚀性，因此对于在海底、湖底、河底以及深埋于地下的输气、输水、输油管线铺设中存在异型管件接头衔接，渗漏管件的密封堵漏等棘手问题意义重大。具有形状记忆功能的杜仲胶异型管件接头具有操作方便、密封性能好、不易腐蚀霉变等特点，市场应用前景广泛。Page17谢谢大家！