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微波辐射凝固天然橡胶性能的研究

作　者: 李一民
导　师: 廖建和
学　校: 海南大学
专　业: 材料学
关键词: 天然橡胶微波辐射凝固结构性能
分类号: TQ330.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 44次
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内容摘要

微波对被照物有很强的穿透力,在微波辐射下,被照物吸收能量,通过分子的偶极作用产生热效应(即介电损耗)而起深层加热作用。作为一种高效、清洁的能源,微波辐射己应用于天然橡胶(NR)的干燥和橡胶的硫化等方面的研究。本文将微波辐射应用于NR的凝固,利用微波的高频辐射使橡胶乳液保护层中的蛋白质变性、水分子受热快速升温使胶乳中的胶粒热运动显著加快,克服胶粒保护层作用力而使胶粒团聚、凝固。通过研究微波辐射NR的工艺条件,以及三种不同凝固方法(微波辐射凝固、酸凝固和自然微生物凝固)对NR生胶性能、硫化胶结构和性能硫化胶热降解的影响,为新的制胶工艺提供研究基础。首先,考察了微波辐射凝固NR的工艺条件。通过微波辐射对NR胶乳理论穿透深度的计算以及完全凝固时间(tc)的考察发现,微波辐射凝固过程中,容器的形状和大小都会对凝固效果产生影响,其中所盛装胶乳的深度而非质量是影响t。的决定性因素。研究微波辐射凝固NR的工艺条件对硫化胶强度的影响发现,在试验范围内,较优的凝固条件为：新鲜胶乳浓度30%、微波辐射温度90℃、单位体积的微波辐射强度为38.89KW/m3、胶乳深度12mm、微波辐射时间12min。其次,研究了三种不同凝固方法制得的NR(即微波辐射凝固NR (NR-m)、醋酸凝固NR (NR-a)(?)口自然微生物凝固NR(NR-n))在生胶结构与性能方面的不同。结果表明：(1)在理化性能方面,NR-m的杂质含量、灰分含量、氮含量均比NR-a和NR-n高,NR-m的塑性初值(P0)和门尼粘度介于NR-a和NR-n之间,而塑性保持率指数(PRI)则最高,这与微波辐射凝固保留了NR中的大部分非胶物质有关；(2)对比三者的红外光谱图发现,NR-m在3315cm-1附近出现了明显的N-H伸缩振动峰,在1618cm-1和1073cm-1附近出现了胺基的吸收谱带,说明NR-m的红外谱图有较明显的蛋白质的吸收峰；(3)分子量方面,NR-m的Mn、Mw和Mz均比NR-n和NR-a的小,但其分子量分布宽度指数更大。再者,研究了三种不同凝固方法对NR硫化胶结构与性能的影响。发现：(1)在物理机械性能方面,老化前,三种硫化胶的拉伸强度分别为23.6Mpa(NR-m)、20.1Mpa(NR-a)、24.5Mpa(NR-n),NR-m硫化胶的定伸应力、扯断伸长率和撕裂强度也均比NR-a高；老化后,NR-m的拉伸强度保持率比NR-a低,但比NR-n高。(2)对比了三种硫化胶老化前后的红外谱图,发现NR-m和NR-a硫化胶老化前在1539 cm-1处具有明显的吸收峰(对应于硬脂酸锌和NR中蛋白质酰胺Ⅱ谱带),且老化后减弱,说明NR-m和NR-a硫化胶中的蛋白质参与了硫化胶的氧化反应,从而有效防止了橡胶分子链的降解,这也部分解释了为何NR-m与NR-a老化后的力学性能比NR-n的高。(3)在硫化特性方面,NR-m的硫化诱导时间ts、焦烧时间t10和正硫化时间t90均比NR-a和NR-n的短很多,NR-m的最大转矩MH、转矩增大速率VM和硫化速率指数VC则比NR-a和NR-n高,说明NR-m的硫化速度更快。(4)硫化动力学的研究表明NR-m和NR-n的硫化速率常数k大于NR-a。(5)采用核磁共振法测试了三种硫化胶的交联密度,结果表明NR-m和NR-n硫化胶的交联密度比NR-a的更高,而老化24h后NR-m和NR-a硫化胶的交朕密度增加,这与老化后硫化胶网链部分质量减小、自由末端增加有关。最后,采用热分析法(TA)研究了三种硫化胶在氮气气氛中的热降解行为,并通过Achar法和Coats-Redfern’s法求得了三种硫化胶热降解反应所遵循的降解机理函数以及平均表观活化能Ea、频率因子A等动力学参数。结果表明：三种硫化胶在氮气气氛中的热降解为一步反应,遵循化学反应控制机理,NR-m硫化胶的热降解平均活化能为179.0～193.0 KJ·mmol-1,NR-a硫化胶的热降解平均活化能为172.8-181.3 KJ-mol-1,NR-n硫化胶的热降解平均活化能为162.0-162.6 KJ·mol-1,说明NR-m硫化胶比NR-a和NR-n硫化胶的热稳定性高。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-8
目录  8-10
1 绪论  10-17
  1.1 NR的生产过程  10
  1.2 NR的凝固方法  10-13
    1.2.1 自然微生物凝固  10-11
    1.2.2 酸凝固  11-12
    1.2.3 无机盐凝固  12-13
  1.3 微波加热的原理与特点  13-14
  1.4 微波辐射在橡胶中的应用  14-15
    1.4.1 微波连续硫化技术  14-15
    1.4.2 微波脱硫技术  15
    1.4.3 微波干燥技术  15
  1.5 论文研究的目的、创新之处和主要内容  15-17
    1.5.1 本文的目的  15-16
    1.5.2 本文创新之处  16
    1.5.3 本研究主要内容  16-17
2 材料与方法  17-21
  2.1 实验原料  17
  2.2 仪器设备  17-18
  2.3 样品制备  18
    2.3.1 微波凝固天然橡胶(NR-m)  18
    2.3.2 醋酸凝固天然橡胶(NR-a)  18
    2.3.3 自然微生物凝固天然橡胶(NR-n)  18
    2.3.4 硫化胶  18
  2.4 测试和表征  18-21
    2.4.1 理化性能  18-19
    2.4.2 物理机械性能  19
    2.4.3 硫化特性  19
    2.4.4 凝胶色谱仪(GPC)  19-20
    2.4.5 核磁共振法测交联密度  20
    2.4.6 傅立叶红外光谱分析(FTIR)  20
    2.4.7 热分析(TA)  20-21
3 结果与讨论  21-44
  3.1 微波辐射凝固NR工艺条件的研究  21-26
    3.1.1 微波辐射凝固NR机理的探讨  21-23
    3.1.2 微波辐射条件对NR硫化胶强度的影响  23-26
  3.2 不同凝固方法对NR生胶结构与性能的影响  26-29
    3.2.1 理化性能  26-27
    3.2.2 傅里叶红外光谱分析  27-28
    3.2.3 分子量  28-29
  3.3 不同凝固方法对NR硫化胶结构与性能的影响  29-36
    3.3.1 物理机械性能  29-30
    3.3.2 傅里叶红外分析  30-31
    3.3.3 硫化特性  31-33
    3.3.4 硫化动力学研究  33-35
    3.3.5 交联密度  35-36
  3.4 不同凝固方法对NR硫化胶热降解的影响  36-44
    3.4.1 热降解过程  36-38
    3.4.2 热降解机理  38-39
    3.4.3 热降解机理函数分析  39-43
    3.4.4 动力学补偿效应  43-44
4 结论  44-45
参考文献  45-49
在读期间科研成果简介  49-50
后记  50

微波辐射凝固天然橡胶性能的研究

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