天然橡胶1

天然橡胶

摘要：论述关于天然橡胶的研究与发展的重要内容，介绍了一种关于天然橡胶材料的改性，橡胶的发展对轮胎、电缆、耐酸碱制品、电工材料、医用材料、日常生活用品等领域的影响。

关键词：天然橡胶组成性能改性分类制备方法应用前景一、天然橡胶的来源和采集：

天然橡胶是从天然植物中采集并经加工而得到的一种高弹性材料，其主要成分是聚异戊二烯，含量在90％以上，此外还含有少量的蛋白质、类脂物和有机酸、糖类及灰分等。由于加工方法的不同以及橡胶制品的需要，天然橡胶产品可以分为天然生胶和浓缩天然胶乳两大类，前者如烟片胶、风干胶片、绉胶片、颗粒橡胶、橡胶粉及其它特种橡胶等，后者有离心浓缩天然胶乳、膏化浓缩天然胶乳、蒸发浓缩天然胶乳及其它特种胶乳等。自然界中含有橡胶成分的植物不下两千种。但含胶量多、产量大、质量好、采集容易的要首推巴西橡胶树。通常橡胶成乳液状态—胶乳储存于橡胶树的根、茎、叶、花、果、以及种子等器官的乳管中。天然橡胶除了巴西橡胶树外，还有银叶橡胶菊和杜仲树。野生的银叶橡胶菊可从根茎中提取橡胶。杜仲树则与巴西橡胶和银菊胶为同分异构体，在室温下为是坚硬而具有韧性的结晶橡胶。

二、天然乳胶的组成

天然乳胶是一种粘稠的乳白色液体，外观像牛奶，它是橡胶粒子在近中性介质中的乳状水分散体。在空气中由于氧和微生物的作用，胶乳酸度增加，2到12小时即自然凝固。为防止自然凝固，需加入一定量的氨溶液作为保存剂。

天然乳胶的主要成分如表1—1所示

表1—1 天然乳胶的主要成分

三、固体天然橡胶的种类、制法

固体天然胶是指乳胶经加工制成的干胶。用于橡胶工业生产的天然生胶的品种很多，最主要的品种有烟胶片和雏胶片以及今年来发展起来的标准马来西亚橡胶。

a 烟胶片是天然生胶中有代表性的品种，产量和耗量较大，因生产设备比较简单，适用于小胶园生产。

烟胶片为表面带有菱形花纹的棕黄色片状橡胶。由于烟胶片是以新鲜乳胶为原料，并且在烟熏干糙时，烟气中含有的一些有机酸和酚类物质，对橡胶具有防腐和防老化的作用，因此使烟胶片的胶片干、综合性能好、保存期较长，是天然橡胶中物理力学性能最好的品种，可用来制作轮胎及其他橡胶制品。

b 雏胶片由于制造时使用原料和加工方法的不同，而分为胶乳雏胶片和杂交雏胶片两类。

胶乳雏胶片是以乳胶为原料制成的，有白雏胶片和浅色雏胶片，还有一种低级的乳黄雏胶片。

用分级凝固法制得的白雏胶片颜色洁白，而用全乳凝固法制得的浅色雏胶片颜色浅黄。与烟胶片相比，前两者含杂质均少，但物理性能稍低，成本更高适用于制造色泽鲜艳的浅色及透明制品。在分级凝固法制得白雏胶片的同时，所得到的乳黄雏胶片，通常用作制造杂交雏胶片原料。

杂交雏胶片共分为胶园褐胶片、混合雏胶片、薄褐雏胶片、厚毡雏胶片、平树皮雏胶片和纯烟雏胶片等六个品种。

杂交雏胶片质量较好，而混合雏胶片、薄褐雏胶片、厚毡雏胶片等，因制造原料中掺有烟胶片裁下的边角料、湿胶或皮屑胶，因此质量依次降低。

c 颗粒胶或标准马来西亚橡胶颗粒胶是天然生胶中的一个新品种，标准马来西亚橡胶的生产是以提高天然橡胶与合成橡胶的竞争能力为目的，打破传统的烟胶片和雏胶片的制造方法和分级方法，具有生产周期短，成本较低，有利于大型化、连续化生产，分级方法较少、质量均匀等一系列优点。

颗粒胶的原料有两种，一种是以鲜乳胶为原料，制成高质量的产品；另一种是以胶杯凝胶等杂胶为原料，生产中档和低档质量的产品。颗粒胶的用途与

胶乳片相同。比起烟胶片，颗粒胶胶质较软，更易加工，但耐老化性能差。

d其他品种除了烟胶片、雏胶片、及颗粒胶外还有风干胶片、恒粘和低粘橡胶。

风干橡胶以乳胶为原料，用热空气干糙，风干胶片颜色较浅、质量较好，使用于制造轮胎和其他浅色制品。

恒粘和低粘橡胶其中恒粘橡胶为粘度恒定的天然生胶，而低粘橡胶在恒粘橡胶的基础上加入占干胶量4%环烷油，从而使生胶的门尼粘度值下降。

四、天然橡胶的结构

普通的天然橡胶至少要有97%以上的异戊二烯的顺式1,4—加成结构，天然橡胶和其他高分子化合物一样具有多分散性，即分子链有长有短，相对分子量有大有小，平均分子量70万左右，相当于平均聚合度1万左右，相对分子质量分布较宽，相对分子量绝大数为3—1000万，相对分子质量分布指数HI为2.8—10之间。

五、天然橡胶的成分

天然橡胶是由乳胶制成的，乳胶中的一些非橡胶成分留在固体天然橡胶中，一般固体天然橡胶中橡胶烃的含量有92%—95%，非橡胶成分5%—8%，非橡胶的表见1—2，制法不同、品种不同、非橡胶烃含量不同，非橡胶成分对固体天然橡胶的性能有一下影响。

1水分生胶水分多，贮存过程易发霉，还影响橡胶的加工性能，例如混炼时配合剂结团不易分散、压延、压出过程中易出气泡，硫化工程中产生气泡或海绵等。1%以内的水分在橡胶加工过程中可以除去。

2灰分在胶乳凝固过程中大部分灰分留在乳清中而被除去，仅少部分转入干胶中。灰分是一些无机盐类物质，主要成分为钙、镁、钾、钠、铁等，除了吸水性较大会降低制品的电绝缘性以外、还会因含微量的铜、锰等变价离子，使橡胶的老化速度大大加快，因此要要严格控制铜、锰含量。

3蛋白质天然橡胶中的含氮化合物都属于蛋白质类，蛋白质有防老化作用，如除去蛋白质，则生胶老化过程会加快，蛋白质中的碱性氮化物及醇溶性蛋白质有促进硫化的作用。但是，蛋白质在橡胶中易腐败变质而产生臭味，且由于蛋白质的吸水性而使制品的电绝缘性下降。蛋白质含量较高时，会导致会导致硫化胶硬度较高，生热较大。

4丙酮抽出物它是一些树脂状物质，主要是一些高级脂肪酸和固醇类物质。高级脂肪酸是一种硫化活性剂，可促进硫化，并能增加加料的塑性而固醇类及某些还原性强的物质则具有防老化的作用。

5水溶物它主要是糖类及酸性物质。它们对生胶的可塑性及吸水性影响较大，对于耐水性制品和绝缘制品要注意水溶物的作用。

表1—2烟胶片、风干胶片和颗粒胶的化学组成

六、天然橡胶的性能

1 天然橡胶的热性能

天然橡胶常温下为高弹性体，玻璃化转变温度为-72度，胶硫温度130度，开始分解温度200度，激烈分解温度270度。当天然橡胶硫化后，其转化温度上升，也不会再发生粘流。天然橡胶按形态分为固体天然橡胶和浓缩胶乳。

2 良好的综合物理力学性能

天然橡胶的弹性与交联密度不高的硫化胶的弹性相比是高的。在0到100度之间，回弹性在50到85度之间，其弹性模量仅为钢的三千分之一，伸长率为百分之一千，拉伸到百分之三百五年，缩回永久变形仅为原形的百分之十五，天然橡胶弹性较高，在通用橡胶中仅次于顺丁橡胶。天然橡胶的强度在弹性材料中，天然橡胶的生胶、混炼胶、硫化胶的强度比较高，未硫化橡胶的拉伸强度为格林强度，天然的为1.4至2.5mpa,天然橡胶的撕裂强度也很高但是耐磨性比较好,天然橡胶的机械强度高的原因在于它是自补强橡胶,当拉伸时使得大分子链沿应力方向取向形成结晶。

3天然橡胶的电性能

天然橡胶为非极性物质，是一种较好的绝缘材料，当天然橡胶硫化后，因引入极性因素，如硫磺、促进剂使得绝缘性能下降。

4天然橡胶的耐介电性能

天然橡胶为非极性物质，它溶于非极性物质和非极性油中。天然橡胶不耐环己烷、汽油、苯等介质。未硫化胶能在上述介质中溶解，硫化橡胶则膨胀，天然橡胶则不溶于极性的丙酮、乙醇及水中。

5天然橡胶的加工工艺性能

天然橡胶由于相对分子质量高、相当分子质量分布宽，分子链易于断裂，再加上生胶中存在一定数量的凝胶分子，因此很容易进行塑炼、混炼、压延、压出、成型等。

6天然橡胶的化学性质

天然橡胶是不饱和橡胶，容易与硫化剂发生硫化反应（结构化反应），溴与氧、臭氧发生氧化、裂解反应，与卤素发生氯化、化反应，在催化剂和酸作用下发生化学反应等。但由于天然橡胶是高分子化合物，所以它具有烯类有机化合物的

反应特性，如反应速度慢，反应不完全、不均匀，同时具有多种化学反应存在的现象如氧化裂解反应和结构化反应等。

在天然橡胶的各类化学反应中，最重要的是氧化裂解反应和结构化反应。前者是生胶进行塑炼加工得理论基础，叶酸橡胶老化的原因所在；后者则是生胶进行硫化加工制得硫化的理论依据。而天然橡胶的氯化、环化、氢化等反应，则可应用于天然橡胶的改性方面。

7天然橡胶的其他性能

天然橡胶还具有很好的耐屈饶疲劳性，纯胶硫化胶屈饶20万次以上才出现裂口。原因是滞后损失小，多次变形生热低。耐磨性低、耐寒性较好，具有良好的气密性，同时具有良好的防水性、电绝缘性和绝热性。

四天然橡胶被改性后的分类

1特制天然橡胶

天然橡胶通过采取特定的技术措施，改善原来存在的特点，提高加工性能和质量等。目前主要有粘度稳定橡胶、易操作橡胶、纯化天然橡胶、自由流动天然橡胶、充油天然橡胶、轮胎用天然橡胶。

2改性天然橡胶

a耐结晶天然橡胶打破天然橡胶的构型，不易产生结晶现象。改变天然橡胶遇冷变硬、弹性下降各相对密度增大的特点，降低玻璃化转变温度。专用于低温下使用的橡胶制品如航空或寒冷地区的橡胶配件。

b接枝天然橡胶改善耐屈饶龟裂及动态疲劳性能、抗冲击性强、震动吸收性好。模流动性好，有较大自补强性，不易焦烧粘着性好。主要用于制造抗冲击的坚韧制品、纤维粘合的胶粘剂。

c环化天然橡胶分子链为环状结构、呈棕色树脂的状态。耐酸碱性非常好、耐水蒸气特别好、耐透气性好、耐溶剂性强，不溶于苯、醚、汽油、酒精的溶剂。用于鞋底和坚硬的模制品、化学腐蚀衬里、海底电缆、胶黏剂及防湿性涂料。还可以作为天然橡胶的补强剂、提高硬度、耐磨耗等性能。

d天然橡胶和氢氯化天然橡胶耐酸碱性非常好、氧化性好、而氢氯化天然橡胶抵抗性差、有阻燃性，离开火源自行熄灭。常温下稳定，高温下会分解出氯化氢而不稳定。氢氯化橡胶比氯化橡胶气密性好、热稳定性好、可以成膜、易溶于芳

烃不易解聚合。主要用于清漆涂料、包装薄膜、还可用于建筑上的油毡、在橡胶方面多制作成胶黏剂、皮革塑料、纤维。在塑料木业中常采用的方法生产耐老化耐酸碱的薄膜、氢氯化橡胶也可用来制作食品包装材料。

e环氧化天然橡胶气密性好、耐油性好、在非极性溶剂性中膨胀性小，类似丁晴橡胶、防滑性能高、玻璃化转化温度高使得低温性能变坏、可用常规硫化体系硫化、但强度和应力高、压缩变形增大。可用于要求气密性的耐油性的制品。但由于物理机械性能的均衡协调性不好，价格高，所以用途受到限制。

f解聚天然橡胶根据分子量的大小呈油膏至蜂蜜状，可浇注成型硫化，物理机械性能大幅度降低主要用作密封材料、填缝材料、建筑防护涂层、粘合剂及软质模制品。

七、天然橡胶的优缺点比较

优点:1强度大，除了聚氨酯以外，纯胶在所有的橡胶中强度是最高的。2橡胶弹性最好3耐弯曲开裂性优良，内部发热少4抗撕强度好，胜过SBR 5耐磨损性优良6耐寒性出色，至—50度仍不脆，仍耐用。7绝缘性比较好8硫化性、加工性、粘合性等也优良。

缺点：1由于是天然原料，耐久性、耐臭氧性、耐热老化性、耐光性等较差2耐油性、耐溶剂性极差，除醇以外，对所有溶剂均须注意防护3耐药品性方面，一般能耐弱酸弱碱，但能为强酸所侵蚀。4耐热性中等，上限90度，根据条件还可耐到120度5透气性中等，不能说是气密性的6是自然性的，不是难燃性的7颜色为浅黄到褐色，略带有臭气。

七天然橡胶的用途

天然橡胶由于有很好的弹性、良好的绝缘性、可塑性、隔水隔气、抗拉和耐磨的特点，广泛的应用于工业、农业、国防、交通、机械制造、医疗卫生领域和日常生活等方面。1交通运输用的轮胎2工业上用的运输带、传送带、各种密封圈、耐酸耐碱手套3卫生医疗上所用的医用的手套、输血管、尿导管、安全套4日常生活中使用的胶鞋、雨衣、暖水袋、水鞋、松紧带5国防上使用的飞机、大炮、坦克甚至尖端科技领域的火箭、人造卫星、宇宙飞船、航天飞机等需要大量的橡胶零部件。6农业上使用的排灌胶管、氨水袋。7天文气象上所用的气象气球等都是以橡胶为主要原料制成的。

目前，世界上天然橡胶制品以达10万种以上，因此天然橡胶在国民经济中占很重要的地位。

八、天然橡胶的运输和保管

1装载橡胶的船舶、船舱要整洁、干糙、舱内管系、排水畅通、舱盖严密。

2装船时，橡胶要与舱内的金属部分用垫物隔开垫舱物料应有清洁、干燥且完整无破碎。

九、天然橡胶的发展前景

天然橡胶与钢铁、石油、煤炭并称为四大工业原料。是关系国计民生的基础产业，也是重要的战略物资。随着经济和社会的发展，我国天然橡胶需求量在逐年快速增长。在新的历史条件下，作为资源约束型战略性资源，天然橡胶仍具有不可替代性，并且天然橡胶的应用范围很广，涉足工业、农业、国防、交通、机械制造、医疗卫生领域和日常生活方面。天然橡胶为天然原料本身就有不足之处，如果进行改进，增加橡胶的性能，能更好的适应需求。