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摘要:天然橡胶的综合性能良好,具有广泛使用的潜力,橡胶中含有特定数量的蛋白质,蛋白质受环境的影响易发生发霉现象,橡胶的吸湿性能、导电性能下降,其中较为突出的是出现过敏性问题,这些不利因素的存在会限制天然橡胶的使用范围,通过对天然橡胶的结构和组成进行深入研究发现,想要处理这些问题,突破天然橡胶使用的局限性,可以对其进行低蛋白处理。
关键词:低蛋白;天然橡胶;制备;性能
一 、前言
我国的橡胶加工产业至今已经有50年历史,随着改革开放、同世界先进技术接轨,我国的天然橡胶产业取得了飞跃式的发展,短短几十年间橡胶的产量节节攀升,增加了近20倍,近年已经超过了美国位列世界第六名,橡胶制备的新技术、新工艺不断更新,我国的橡胶生产业已经逐步走上了科学发展的道路,为适应社会不断增长的需求,出现了多种新型橡胶,如环氧化天然橡胶、脱蛋白橡胶等,这些橡胶具有除普通橡胶性能以外的优点,其中低蛋白天然橡胶的面市解决了橡胶发霉、导电性变差等问题,但还处在研究开发阶段,本文介绍了几种制备低蛋白天然橡胶的方法,并简要分析了这种橡胶的性能和未来的发展。
二 、低蛋白天然橡胶的制备方法
1.多次离心法
新鲜胶乳中的一小部分蛋白质分布在橡胶粒子表面,大部分溶解在乳清中,剩下的部分与胶乳底层连接,因其分层故可以利用离心法将水溶液中的蛋白质分离出来,实验数据显示,一次离心处理后蛋白质剩余含量约2%,三次分离后可降低到l%,通常的离心法要进行多次分离,最终蛋白质含量剩余约0.94%,但是这种方法成本高、操作复杂,因此没有在实际的制备中采用,经过改良后用十二烷基硫酸钠溶液,将其加到一定浓度的浓缩胶乳里面,然后加水稀释,静止后进行离心分离,这样只要重复分离三次就可以得到蛋白质含量较低的天然胶乳。
2.沥滤法
这种方法是用热水漂去胶乳制品中的水溶性物质,又叫漂洗法,常用的有干胶膜沥滤法和湿凝胶沥滤法,干胶膜沥滤法即在模具上附着干燥和硫化后的胶膜, 湿凝胶沥滤法就是附上湿润的凝胶膜,实际制备时可以将两种方法结合使用,但湿凝胶膜干燥后喷水来制备低蛋白质过敏的胶乳,实验数据显示,在保持温度50°的环境中对乳胶进行5分钟湿凝胶和半分钟的干燥硫化,这样就可以制备低蛋白、低过敏的胶乳。
马来西亚是国际上橡胶制备领先的国家,马来西亚提出可以在胶乳的沥滤过程中采用超声波技术,这种技术能够加快水溶蛋白的脱除速度,实践证明这种与声波结合的沥滤方法非常有效。后来在此基础上又进行了工作温度的优化,通过实验知道最合适的温度是55"C,另外,干胶法中浸在氨水溶液中也可以降低WSP。
3.吸附置换法
蛋白质和橡胶烃一个是极性,一个是非极性,根据极性原理可以采用吸附置换法,蛋白质和橡胶烃之间的吸附作用是由瞬间偶极引起的,蛋白质表面活性很低,容易被表面活性大的物质吸引,因此在胶乳中加入吸附能力强的活性剂可以吸附蛋白质,从而降低胶乳蛋白含量。实验中加入活性剂吸附蛋白质,然后将胶乳中的橡胶物质凝固处理,最后用其他溶液将活性剂分离,这种方法制备的天然橡胶蛋白含量很低。
4.酶处理法
这种方法就是利用蛋白酶破坏胶乳中的蛋白质结构,使蛋白质分解,再将分解后的胶乳融入水中,这样在离心分离过程中蛋白质就很容易滤除掉,上世纪六十年代马来西亚学者就已经提出蛋白酶处理的方法,到了八十年代末就可以生产少量的脱蛋白橡胶了,在世界上处于领先位置。国外橡胶研究所在试验中使用木瓜酶去除蛋白质,将新鲜胶乳处理后加入磷酸氢二铵制成溶液,静置一夜,待出现淤渣后将淤渣除掉,然后用水稀释胶乳,按照稀释量加入适量的木瓜酶,叫胶乳制备时可用的酶有很多种,要根据实际情况选择,酶处理方法是目前比较成熟的方法,各国的研究普遍较多,这种方法可以有效降低蛋白质含量,但是制备工艺有难度,因为要在胶乳中加保存剂,橡胶制备的设备较贵,成本高、操作难、稳定性差是酶处理法降低蛋白质含量的弱点,对一般水平的国家来说用于实际生产较难,目前只有少数橡胶龙头国家使用这种方法。
5.辐射法
辐射法是一种新型方法,与传统的工艺有很大区别。对胶乳进行丫射线或电子束照射,可以轻松将胶乳中的蛋白质转化成水溶性的,溶解在乳清中,然后离心处理。辐射剂量越多乳液中分离出的蛋白质就越多,橡胶中剩下的蛋白质含量就越少,研究发现,在辐射法中还可以加入一些水溶性好的物质以增加水溶性的蛋白含量,辐射法降低蛋白含量的程度受停放时间影响不大。
6.表面氯化处理法
通过化学反应生成氯气,氯气通过离子反应与NR发生环化反应,这样可以实现蛋白质移动的阻断,同时氯气能使蛋白质的性质发生改变,变成难溶性蛋白,用氨水也可以冲除WSP,这方法常用于工业上。但是存在着两个明显的缺陷,一是氯化水对环境有害,二是无法彻底消除蛋白质过敏现象,所以表面氯化法会逐渐被其他方法代替。
7.综合法
实际制备中可以采用多种处理方法结合来制备胶乳,多种方法配合使用可以最大程度的降低蛋白质含量,并且何以让各种方法优势互补,弥补只用一种方法时存在的缺陷,纯化天然橡胶的制备就是采用综合法,但是无法避免的缺点是成本高、工艺复杂。
8.新方法——乳液接枝共聚技术
这种方法是由中国热带农业科学院研究发现的,已经申请了专利,最初主要针对农产品加工而研究,具体内容是待浓缩胶乳达到稳定状态后,依次加入各类物质,然后在一定反应条件下使亲水性物质聚集到胶乳粒子表面,调节乳胶的酸碱性,使蛋白质在酸性环境中水解。
三、低蛋白质天然橡胶性能
天然橡胶属于不饱和胶,容易和很多物质发生反应,但橡胶本身是高分子物质,它的反应速度慢、反映不完全,橡胶发生的反应主要是结构反应和氧化分解反应,前者正是某些种类橡胶老化的原因所在,而后者可应用在改善胶体性能方面。
天然橡胶具有很好的弹性,其伸长率极高,可以达到钢铁的300倍,回弹性良好。天然橡胶耐高温、抗老化,且具有很强的耐介质性,同时又适合加工。
以上是天然橡胶的共性,低蛋白天然橡胶当然具有这些性能,同时低蛋白橡胶又有自身独特的性能:
低蛋白天然橡胶的拉伸应力与普通橡胶相比差不多,但是低蛋白天然橡胶的拉伸强度和扯断长度都增加了,原因是低蛋白胶粒间的距离小、相互作用较强。经过蛋白质抽离的天然橡胶蛋白质含量显著降低,从而降低了天然橡胶制品的吸水性,大大提高橡胶制品的绝缘性,也不会出现蛋白质过敏问题,同时因为拉伸强度变大,避免了低应力松弛现象,使橡胶制品更加耐疲劳,低蛋白天然橡胶可以用于特殊需求的工程方面,例如需要高强度、高耐磨性的密封圈,需要绝缘性的绝缘垫,以及抗震垫等,另外还可以用于医学保健制品,如导管、瓣膜等,低蛋白天然橡胶弥补了天然橡胶的多个性能缺陷,具有更广泛的应用价值。
四、结语
高分子科学技术的发展带动了合成橡胶产业,同时也给天然橡胶带来了前所未有的压力,通过不断的努力,目前天然橡胶的单位产量在压缩了成本、提高了性能的基础上还有一定的增加,而且加强了研究理论和新工艺、新技术的结合,本文对低蛋白的制备方法和性能进行了简要的分析并表达了自己的一些看法,相信通过技术的完善和创新一定能够研制生产出各种具备优良性能的天然橡胶,强化橡胶加工产业的竞争力,寻求新的、适合的发展空间。
参考文献
[1]陈媛媛,赵同建,符新.蛋白质对天然橡胶及其性能影响的研究[J].弹性体,2008(6).
[2]侯婷婷,钟杰平,吕明哲.纯化胶清橡胶的热氧降解研究[J].广州化工,2007(5).
[3]李静伶,敖宁建.天然乳胶医用制品中蛋白质的影响及消除研究[J].广东化工,2009(6).
[4]胡朝伟,赵艳芳.低蛋白天然橡胶的制备与性能研究[J].橡胶工业,2012(8).
关键词:低蛋白;天然橡胶;制备;性能
一 、前言
我国的橡胶加工产业至今已经有50年历史,随着改革开放、同世界先进技术接轨,我国的天然橡胶产业取得了飞跃式的发展,短短几十年间橡胶的产量节节攀升,增加了近20倍,近年已经超过了美国位列世界第六名,橡胶制备的新技术、新工艺不断更新,我国的橡胶生产业已经逐步走上了科学发展的道路,为适应社会不断增长的需求,出现了多种新型橡胶,如环氧化天然橡胶、脱蛋白橡胶等,这些橡胶具有除普通橡胶性能以外的优点,其中低蛋白天然橡胶的面市解决了橡胶发霉、导电性变差等问题,但还处在研究开发阶段,本文介绍了几种制备低蛋白天然橡胶的方法,并简要分析了这种橡胶的性能和未来的发展。
二 、低蛋白天然橡胶的制备方法
1.多次离心法
新鲜胶乳中的一小部分蛋白质分布在橡胶粒子表面,大部分溶解在乳清中,剩下的部分与胶乳底层连接,因其分层故可以利用离心法将水溶液中的蛋白质分离出来,实验数据显示,一次离心处理后蛋白质剩余含量约2%,三次分离后可降低到l%,通常的离心法要进行多次分离,最终蛋白质含量剩余约0.94%,但是这种方法成本高、操作复杂,因此没有在实际的制备中采用,经过改良后用十二烷基硫酸钠溶液,将其加到一定浓度的浓缩胶乳里面,然后加水稀释,静止后进行离心分离,这样只要重复分离三次就可以得到蛋白质含量较低的天然胶乳。
2.沥滤法
这种方法是用热水漂去胶乳制品中的水溶性物质,又叫漂洗法,常用的有干胶膜沥滤法和湿凝胶沥滤法,干胶膜沥滤法即在模具上附着干燥和硫化后的胶膜, 湿凝胶沥滤法就是附上湿润的凝胶膜,实际制备时可以将两种方法结合使用,但湿凝胶膜干燥后喷水来制备低蛋白质过敏的胶乳,实验数据显示,在保持温度50°的环境中对乳胶进行5分钟湿凝胶和半分钟的干燥硫化,这样就可以制备低蛋白、低过敏的胶乳。
马来西亚是国际上橡胶制备领先的国家,马来西亚提出可以在胶乳的沥滤过程中采用超声波技术,这种技术能够加快水溶蛋白的脱除速度,实践证明这种与声波结合的沥滤方法非常有效。后来在此基础上又进行了工作温度的优化,通过实验知道最合适的温度是55"C,另外,干胶法中浸在氨水溶液中也可以降低WSP。
3.吸附置换法
蛋白质和橡胶烃一个是极性,一个是非极性,根据极性原理可以采用吸附置换法,蛋白质和橡胶烃之间的吸附作用是由瞬间偶极引起的,蛋白质表面活性很低,容易被表面活性大的物质吸引,因此在胶乳中加入吸附能力强的活性剂可以吸附蛋白质,从而降低胶乳蛋白含量。实验中加入活性剂吸附蛋白质,然后将胶乳中的橡胶物质凝固处理,最后用其他溶液将活性剂分离,这种方法制备的天然橡胶蛋白含量很低。
4.酶处理法
这种方法就是利用蛋白酶破坏胶乳中的蛋白质结构,使蛋白质分解,再将分解后的胶乳融入水中,这样在离心分离过程中蛋白质就很容易滤除掉,上世纪六十年代马来西亚学者就已经提出蛋白酶处理的方法,到了八十年代末就可以生产少量的脱蛋白橡胶了,在世界上处于领先位置。国外橡胶研究所在试验中使用木瓜酶去除蛋白质,将新鲜胶乳处理后加入磷酸氢二铵制成溶液,静置一夜,待出现淤渣后将淤渣除掉,然后用水稀释胶乳,按照稀释量加入适量的木瓜酶,叫胶乳制备时可用的酶有很多种,要根据实际情况选择,酶处理方法是目前比较成熟的方法,各国的研究普遍较多,这种方法可以有效降低蛋白质含量,但是制备工艺有难度,因为要在胶乳中加保存剂,橡胶制备的设备较贵,成本高、操作难、稳定性差是酶处理法降低蛋白质含量的弱点,对一般水平的国家来说用于实际生产较难,目前只有少数橡胶龙头国家使用这种方法。
5.辐射法
辐射法是一种新型方法,与传统的工艺有很大区别。对胶乳进行丫射线或电子束照射,可以轻松将胶乳中的蛋白质转化成水溶性的,溶解在乳清中,然后离心处理。辐射剂量越多乳液中分离出的蛋白质就越多,橡胶中剩下的蛋白质含量就越少,研究发现,在辐射法中还可以加入一些水溶性好的物质以增加水溶性的蛋白含量,辐射法降低蛋白含量的程度受停放时间影响不大。
6.表面氯化处理法
通过化学反应生成氯气,氯气通过离子反应与NR发生环化反应,这样可以实现蛋白质移动的阻断,同时氯气能使蛋白质的性质发生改变,变成难溶性蛋白,用氨水也可以冲除WSP,这方法常用于工业上。但是存在着两个明显的缺陷,一是氯化水对环境有害,二是无法彻底消除蛋白质过敏现象,所以表面氯化法会逐渐被其他方法代替。
7.综合法
实际制备中可以采用多种处理方法结合来制备胶乳,多种方法配合使用可以最大程度的降低蛋白质含量,并且何以让各种方法优势互补,弥补只用一种方法时存在的缺陷,纯化天然橡胶的制备就是采用综合法,但是无法避免的缺点是成本高、工艺复杂。
8.新方法——乳液接枝共聚技术
这种方法是由中国热带农业科学院研究发现的,已经申请了专利,最初主要针对农产品加工而研究,具体内容是待浓缩胶乳达到稳定状态后,依次加入各类物质,然后在一定反应条件下使亲水性物质聚集到胶乳粒子表面,调节乳胶的酸碱性,使蛋白质在酸性环境中水解。
三、低蛋白质天然橡胶性能
天然橡胶属于不饱和胶,容易和很多物质发生反应,但橡胶本身是高分子物质,它的反应速度慢、反映不完全,橡胶发生的反应主要是结构反应和氧化分解反应,前者正是某些种类橡胶老化的原因所在,而后者可应用在改善胶体性能方面。
天然橡胶具有很好的弹性,其伸长率极高,可以达到钢铁的300倍,回弹性良好。天然橡胶耐高温、抗老化,且具有很强的耐介质性,同时又适合加工。
以上是天然橡胶的共性,低蛋白天然橡胶当然具有这些性能,同时低蛋白橡胶又有自身独特的性能:
低蛋白天然橡胶的拉伸应力与普通橡胶相比差不多,但是低蛋白天然橡胶的拉伸强度和扯断长度都增加了,原因是低蛋白胶粒间的距离小、相互作用较强。经过蛋白质抽离的天然橡胶蛋白质含量显著降低,从而降低了天然橡胶制品的吸水性,大大提高橡胶制品的绝缘性,也不会出现蛋白质过敏问题,同时因为拉伸强度变大,避免了低应力松弛现象,使橡胶制品更加耐疲劳,低蛋白天然橡胶可以用于特殊需求的工程方面,例如需要高强度、高耐磨性的密封圈,需要绝缘性的绝缘垫,以及抗震垫等,另外还可以用于医学保健制品,如导管、瓣膜等,低蛋白天然橡胶弥补了天然橡胶的多个性能缺陷,具有更广泛的应用价值。
四、结语
高分子科学技术的发展带动了合成橡胶产业,同时也给天然橡胶带来了前所未有的压力,通过不断的努力,目前天然橡胶的单位产量在压缩了成本、提高了性能的基础上还有一定的增加,而且加强了研究理论和新工艺、新技术的结合,本文对低蛋白的制备方法和性能进行了简要的分析并表达了自己的一些看法,相信通过技术的完善和创新一定能够研制生产出各种具备优良性能的天然橡胶,强化橡胶加工产业的竞争力,寻求新的、适合的发展空间。
参考文献
[1]陈媛媛,赵同建,符新.蛋白质对天然橡胶及其性能影响的研究[J].弹性体,2008(6).
[2]侯婷婷,钟杰平,吕明哲.纯化胶清橡胶的热氧降解研究[J].广州化工,2007(5).
[3]李静伶,敖宁建.天然乳胶医用制品中蛋白质的影响及消除研究[J].广东化工,2009(6).
[4]胡朝伟,赵艳芳.低蛋白天然橡胶的制备与性能研究[J].橡胶工业,2012(8).