新型生物工程橡胶的设计和制备
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端羧基聚丁二烯液体橡胶是一种重要的合成橡胶材料,具有优异的性能和广泛的应用领域。
本文将从制备端羧基聚丁二烯液体橡胶的方法、性能特点和应用领域三个方面进行分析和讨论。
一、制备端羧基聚丁二烯液体橡胶的方法端羧基聚丁二烯液体橡胶的制备方法多种多样,包括乳液聚合法、溶液聚合法等。
其中,乳液聚合法是目前应用最为广泛的制备方法之一。
通过在反应体系中引入端羧基官能团,可以在不同程度上调控聚合物的结构和性能,从而制备出具有特定性能的端羧基聚丁二烯液体橡胶。
二、端羧基聚丁二烯液体橡胶的性能特点1. 分子结构稳定端羧基聚丁二烯液体橡胶分子结构稳定,具有较高的稳定性和持久性,可适应复杂的使用条件和环境变化。
2. 耐热性能优异端羧基聚丁二烯液体橡胶具有出色的耐热性能,能够在高温环境下长时间保持稳定的物理和化学性能。
3. 耐化学腐蚀性能优秀端羧基聚丁二烯液体橡胶在酸碱等化学腐蚀性环境下具有良好的稳定性和耐腐蚀性能。
三、端羧基聚丁二烯液体橡胶的应用领域1. 汽车制造业端羧基聚丁二烯液体橡胶在汽车制造业中广泛用于制作汽车轮胎、密封件、悬挂系统等部件,其优异的耐磨损性能和耐候性能能够有效提升汽车产品的品质和使用寿命。
2. 电气电子行业端羧基聚丁二烯液体橡胶在电气电子行业中被广泛应用于制作电线电缆、绝缘套管等产品,其优异的电气绝缘性能和耐高温性能能够有效保障电气设备的安全可靠运行。
3. 医疗卫生领域端羧基聚丁二烯液体橡胶在医疗卫生领域中可用于制作医疗器械、医用胶带等产品,其无毒、无味、抗菌防霉等特点能够有效保障医疗器械和用品的安全性和卫生性。
总结而言,端羧基聚丁二烯液体橡胶作为一种重要的合成橡胶材料,具有稳定的分子结构和优异的性能特点,广泛应用于汽车制造业、电气电子行业、医疗卫生领域等多个领域。
随着科技的发展和市场需求的不断增长,端羧基聚丁二烯液体橡胶的研究和应用前景将更加广阔。
端羧基聚丁二烯液体橡胶是一种具有重要意义的合成橡胶材料,其优异性能和广泛应用使得其在工业生产和科研领域备受关注。
生物基合成橡胶的研究进展吉海军; 乔荷; 王朝; 杨慧; 王润国; 张立群【期刊名称】《《材料工程》》【年(卷),期】2019(047)012【总页数】9页(P1-9)【关键词】生物基化学品; 生物基橡胶; 聚酯型生物基橡胶; 衣康酸酯橡胶【作者】吉海军; 乔荷; 王朝; 杨慧; 王润国; 张立群【作者单位】北京化工大学新型高分子材料制备与加工北京市重点实验室北京100029; 北京化学工业集团有限公司北京市化工职业病防治院北京 100093【正文语种】中文【中图分类】TQ333近代社会的迅猛发展得益于繁盛的石化工业,然而石油化工行业的发展不可避免地带来了一系列问题。
化石资源属于不可再生资源,随着数百年的开采,已逐渐不能满足人们日益增长的能源需求,化石资源的过度开发对生态环境造成破坏并产生大量的温室气体,与目前生态环保、可持续发展理念相悖。
为了应对能源和环境危机,人们开始探索可持续发展的新能源道路[1]。
生物质能是从太阳能转化而来的,通过植物的光合作用将二氧化碳和水合成生物质,其使用过程又生成二氧化碳和水,形成一个理论上二氧化碳的净排放为零的物质循环,生物质能同时也被认为是唯一能被存储的太阳能,在替代化石燃料方面有不可比拟的优势[2]。
到2020年,我国生物质能源消费量有望占到整个石油消费量的20%,将我国对石油的对外依存度控制在50%以下。
利用生物质资源提炼生物质燃料及化学品,美国能源部计划2025年生物燃料提供30%的能源需求,生物基化学品提供总有机化学品需求的25%,据预计至2050年,来源于可再生物质大宗化学品可达到约 1.13亿吨,占所有有机化学品的38%[3]。
目前已经使用生物基化学品成功制造了如聚乳酸(PLA)[4]、淀粉基聚合物[5]、聚羟基链烷酸酯(PHAs)[6]、1,3-丙二醇基聚合物[7-8]和聚丁烯[9]等材料。
陶氏化学公司已建成一座年产14万吨的PLA工厂,并计划将产能提高到45万吨/年。
沈国舫院士简介沈国舫沈国舫 Shen Guofang (1933.11.15 -) 林学及生态学专家。
出生于上海市,原籍浙江省嘉善县。
1956年毕业于前苏联列宁格勒林学院。
北京林业大学教授,曾任北京林业大学校长、中国林学会理事长,现任中国工程院副院长,八、九、十届全国政协委员。
长期从事森林培育学和森林生态学的教学和研究工作,是国家重点学科森林培育学的学科带头人。
在立地分类和评价、适地适树、混交林营造及干旱地区造林方面做了许多研究工作。
第一个提出了分地区的林木速生丰产指标,主持起草了《发展速生丰产用材林技术政策》。
曾对大兴安岭特大火灾后的森林资源和生态环境恢复工作起了关键的指导作用。
后期着力从事林业可持续发展战略及水资源和生态建设的咨询研究,取得显著成绩。
1995年当选为中国工程院院士。
周廉院士简介周廉周廉(1940.3.11-)超导及稀有金属材料专家。
吉林省舒兰县人。
1963年毕业于东北大学。
西北有色金属研究院院长、教授级高工。
长期致力于超导和稀有金属材料的研究与发展工作,从20世纪60年代起,研制低温超导材料,发展了均质铸锭及最佳时效形变技术,在铌钛和铌三锡材料及高场磁体制备性能研究及超导工程应用方面做出了突出贡献。
20世纪80年代以来,在高温超导材料研究方面,主持了钇系超导块材、铋系超导带材及高温超导电缆等多项研究,在高温超导材料合成、制备、性能及应用方面取得了一系列重大突破。
还主持和参与了多项国家稀有金属新材料重点攻关、高技术及重大工程应用项目。
多次获得国家及省部级科技成果奖励,“高JC钇钡铜氧超导体材制备技术”获1999年国家发明技术二等奖。
获多项国家发明专利,发表学术论文300多篇。
1994年当选为中国工程院院士。
姚福生(1932.4.26-)。
动力机械、汽轮机专家。
上海市人。
1955年毕业于上海交通大学,1962年毕业于波兰格旦斯克工业大学获博士学位。
北京航空航天大学机械与自动化学院教授、山东理工大学校长、上海理工大学动力工程与环境能源研究院院长。
附件12016年度山东省重点研发计划(科技攻关部分)项目指南一、电子信息 (1)二、新材料 (1)三、先进制造 (3)四、新能源与高效节能 (4)五、交通运输 (5)六、生物技术 (6)七、现代服务业 (6)八、化工及建材 (7)九、轻工纺织 (8)十、高效农业 (9)十一、智慧农业 (10)十二、绿色农业 (11)十三、临床医学 (12)十四、生物医药 (12)十五、中医药 (14)十六、海洋科技 (15)十七、公共安全 (16)十八、资源与节约 (17)十九、环境与可持续发展 (17)二十、城镇发展与其他社会事业 (18)一、电子信息1.软件。
重点研究开发可信计算、数据库优化移植、大数据挖掘、服务在线开发部署和弹性扩展技术等关键技术,重点开发云数据中心支撑软件、大数据应用支撑平台、基于开放源代码的数据库系统等基础软件。
2.集成电路。
重点研究开发软硬件逻辑模块复用技术、编解码加速算法、封装的电磁兼容设计等关键技术,研发RFID、存储设备、传感器等集成电路专用芯片及器件。
3.计算机及数字化电子产品。
重点研发虚拟化优化、数字信号处理、高清晰显示、嵌入式软件等关键技术,开发高性能服务器、电子加速器、微波雷达以及汽车电子、智能网络家电、智能终端以及各类磁光开关、光纤联接器等电子产品。
4.网络与通信。
研究开发异网同构技术、数据压缩传输与接收技术、量子通信、卫星通信、网络终端技术、下一代互联网关键技术。
5.信息安全。
研发云端、移动终端和工控设备的安全保障技术,网络空间隐私保护、行为监管和治理技术,面向金融、电子政务、电子商务等重点行业的安全确保技术。
二、新材料1.特种纤维材料。
重点研究开发高性能碳纤维、芳纶纤维、陶瓷纤维、玻璃纤维以及聚苯硫醚、聚氟纤维等新品种高性能纤维制备及产品生产技术。
2.特种陶瓷材料。
重点研究开发超细陶瓷粉体制备技术,功能陶瓷等特种陶瓷制品的生产技术、成型及烧成工艺等。
3.特种金属材料。
仿生材料的分级制备技术随着科技的不断发展,人类逐渐探索出了许多自然界的奥秘,并将这些发现应用于生产和生活中,仿生技术也自然而然的应运而生。
仿生材料作为仿生技术的重要组成部分,是近年来备受关注的研究领域之一。
仿生材料能够模仿生物系统的结构和功能,使其能够适应特定的环境和应用,并具有高度的韧性和灵活性,因此可以广泛应用于医学、工程、科技等领域。
而仿生材料的制备,则是实现其应用的关键之一。
本文将着重探讨仿生材料的分级制备技术。
一、仿生材料的定义和分类仿生材料是以仿生学原理为指导的一种材料,它通过模拟生物的形态结构、组成以及功能等仿生机制,来设计和制备一类表现出类似或相同的性质和表现的新型材料。
目前,仿生材料常见的类别主要有三类:结构仿生材料、机能仿生材料和结合仿生材料。
1. 结构仿生材料结构仿生材料是通过仿生学对自然界中各种生物体的微观结构进行研究,将其微观结构和宏观形态进行理论分析和仿真设计,设想出一些新型的微结构形态,并运用现代制造技术加工出复合材料、多孔材料、纳米材料等。
其主要应用领域包括医学、生物工程、环保、机械制造等。
2. 机能仿生材料机能仿生材料则是将仿生学原理应用于设计和制备新型材料的过程之中,它以实现特定的机能性能为目的,着重于材料力学、心理力学、声学、光学、电液等性能特征。
常用的机能仿生材料包括形状记忆合金材料、智能材料、晶格材料、电成像材料等。
3. 结合仿生材料结合仿生材料是将结构仿生材料和机能仿生材料的特点综合在一起,因此具有多种特性,同时具有多个应用领域。
结合仿生材料的研究范围和应用领域极广,包括智能材料、仿生传感器、仿生机器人、仿生智能自适应控制系统等。
二、仿生材料的分级制备技术仿生材料和人造材料相比有很大的优势,但是息息相关的是它的分级制备技术。
因为仿生材料本身的微观和宏观结构都非常复杂,因此制备涉及到不同的领域,如化学、物理、材料科学等等。
针对不同的仿生材料的制备需求,可以采用不同的分级制备技术。
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第8期雷丽娟等.新型生物工程橡胶的设计和制备453新型生物工程橡胶的设计和制备雷丽娟1,张立群1’2。
(1.北京化工大学北京市新型高分子材料制备与加工重点实验室,北京先进镧备技术与应用科学重点实验室。
北京100029)100029,2.北京化工大学教育部纳米材辩捕要:以1。
3一丙二醇、1,4-丁二醇、癸二酸和衣康酸4种单体为原料,采用熔融缩聚的方法合成新型生物工程橡胶聚(丁二醇/丙二醇/癸二酸/衣康酸)(PBPSI)共聚酯,并采用傅立叶转换红外光谱、凝胶渗透色谱、差示扫描量热仪等对其结构和性能进行表征.结果表明,PBPSI具有较高的相对分子质量、远低于室温的玻璃化温度,优异的物理性能和良好的环境稳定性.关■词:生物工程橡胶I熔融缩聚,共聚醇I环境稳定性中田分类号:TQ334.1文献标识码:A文章绩号:1000—890x(2010)08—0453-06化学工业的发展高度依赖化石资源[1],现在约95%的化学品都是通过石化途径生产的。
据国际橡胶研究组织(IRSG)发布的2007年橡胶消费量数据显示,2007年橡胶的总消费量增长约6.2%,达到2293万t。
其中,NR的耗用量大约增长5.6%,达973万t,SR的耗用量增长6.6%,连续2年保持高增长率,达到1319万t。
受国际金融危机影响,2008年全球橡胶消费量下降2.9%,2009年整体再下跌7%左右。
但预测2018年,全球橡胶总体消耗量大致在2800万t左右。
生产SR的原料基本上都来源于化石资源。
近年来,石油资源的紧缺和持续攀升的石油价格对化工行业造成了很大的冲击。
丰富的生物资源被认为是绿色化工原料的未来出路[2],越来越多的化工产品可通过生物资源得到,其中包括1,3一丙二醇、1,4一丁二醇等常用的化学原料[3]。
本研究的目的是以不依赖于化石资源的单体为原料设计合成一种新型的生物工程橡胶(bioengineeringrubber),以解决化石资源危机对通过可再生的生物资源制备,单体容易获得,价格便宜;(2)具有良好的环境稳定性,例如较低的吸水率和非常低的降解速率I(3)采用传统的橡胶加工工艺加工,例如混炼、模压和硫化等工艺;(4)具有与传统SR相比拟的理想物理性能,适合多方面的工程应用。
本研究选用1,3一丙二醇、1,4一丁二醇、癸二酸和衣康酸4种单体为原料,采用熔融缩聚的方法‘合成分子链中含有双键的高相对分子质量聚(丁二醇/丙二醇/癸二酸/衣康酸)(PBPSI)共聚酯,添加白炭黑进行补强,并采用硫化剂DCP进行热化学交联,以期得到物理性能优异的新型生物工程橡胶。
1实验1.1主要原材料1,4一丁二醇和1,3一丙二醇,质量分数不小于0.99(气相色谱法测定),德国Riedel-deHnell公司产品,减压蒸馏后使用。
衣康酸,质量分数不小于0.99,瑞士Fluka公司产品。
癸二酸,分析纯,质量分数不小于0.99,天津光复试剂研究所产品。
钛酸四丁酯(TBT),质量分数不小于0.98I橡胶工业的冲击。
生物工程橡胶应具备4个基本条件:(1)所用原料不依靠于化石资源,最好可以基金项目:国家杰出青年科学家基金资助项目(50725310),北京市自然科学基金资助项目(2061002)作奢简介:雷丽娟(1982一),女,山西稿汾人,北京化工大学在读博士研究生,主要从事聚醇高分子材料的合成与性能研究.-通讯联系人对苯二酚,分析纯,质量分数不小于0.99,国药集团化学试剂公司产品。
三氯甲烷,分析纯,质量分数为0.99;甲醇,分析纯,质量分数为0.995,北京化工厂产品。
万方数据454橡胶工业2010年第57卷1.2试样制备(1)PBPSI的合成PBPSI通过酯化和缩聚两步法合成。
以衣康酸/癸二酸质量比为15/85的共聚酯PBPSI的合成过程为例描述如下:第一阶段,将1,4一丁二醇(O.11氮气保护、190℃的条件下反应1h,此阶段产生大量的水分。
第二阶段,在第一阶段产物中加人质量分数为0.0005的催化剂TBT和质量分数为0.0003的对苯二酚,逐渐减压至1kPa并升温至220℃,约4h后停止反应。
产物用三氯甲烷溶解,然后用冷的甲醇沉淀,沉淀物在40℃的真空干燥箱中烘干至恒质量。
反应方程式见图1。
通过改变原料单体的摩尔比,采用相似的合成条件可以得到不同衣康酸含量的PBPSI。
t001)、1,3一丙二醇(0.11m01)、癸二酸(0.17t001)和衣康酸(O.03m01)以总醇酸摩尔比为1.1:1的比例加入到一个装有机械搅拌、氮气人口和冷凝管的100mL三口圆底烧瓶中,在CH2IHOOC--(-CH2h—COOH+Ho叫《CH2》。
广OH+Ho——@H2h—OH+HooC000/K/0CH2COOH——Hz000Ho—E占<cH。
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于;—E邑一∈cH。
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》丁.o壬—E巴上KH:一‰H:片姗H2一c_伽:片姗0CH20—EcID-c圈1PBPSI的反应方程式(2)复合材料的制备将100份共聚酯PBPSI、0.2份硫化剂DCP和30份白炭黑在哈克流变仪中熔融共混30min,混合温度为60℃,转速约为50r?min~。
然后,将混合物置于平板硫化机上硫化成型,硫化条件为150℃/15MPaX30min。
1.3分析测试(1)傅立叶转换红外光谱(FTIR)分析采用热熔法在溴化钾盐片上涂膜制样,采用美国Nieolet公司生产的Nicolet-210型FTIR仪收集数据,收集范围为4000~500cm~。
采用PecksolveVerion氮淬断断面形貌。
(5)物理性能测试邵尔A型硬度采用上海化工机械四厂生产的XY21型橡胶硬度计按照GB/T531—1999进行测试;拉伸性能采用深圳新三思计量技术有限公司生产的CMT4104型电子拉力试验机进行测试,拉伸速率为(500±1)mm?min-。
,哑铃型试样,试样宽度为6mm、厚度为1mm。
(6)吸水率测试将哑铃型试样于常温下在去离子水中分别浸泡不同的时间(10,20和30d),取出后擦干试样表面的去离子水,立即用分析天平称量,质量记为m:,然后将试样在40℃的真空干燥箱中烘干至恒质量,记为m。
吸水率(以百分比表示)即为515HPLC1.05软件,利用Lorentzian和Guassian曲线对红外光谱峰进行分峰拟合。
(2)凝胶渗透色谱(GPC)分析采用美国Waters公司生产的Waterspump和Waters2410RI(m2一m1)/ml。
Detector凝胶色谱系统进2结果与讨论2.1行测试,聚苯乙烯作标样,四氢呋喃为流动相。
(3)差示扫描量热(DSC)分析采用美国PerkinElmer公司生产的DSC仪进行测试,测试温度范围为一80~+100℃,升温和降温速率均为10℃?min~。
(4)扫描电子显微镜(SEM)分析采用美国FEI公司生产的SEM观察试样液FTIR分析衣康酸/癸二酸质量比对白炭黑/PBPSI复合材料FTIR谱的影响如图2所示。
图2中1735cm-1处的C,--一O强伸缩振动646峰证明了酯键的形成,而1则是共聚酯中衣康酸单元渊的振动峰。
从cm-1处较弱的峰万方数据第8期雷丽娟等.新型生物工程橡胶的设计和制备455图2可以明显看出,随着衣康酸用量的增大,16462.3DSC分析衣康酸/癸二酸质量比对白炭黑/PBPSI复合cm_1处振动峰的强度逐渐增大,这说明共聚酯中双键含量增大。
这些双键的存在使得共聚酯可以通过过氧化物或者硫黄硫化体系进行交联。
材料DSC曲线的影响如图4所示。
圈4衣康酸/癸二酸质■比对自炭熏/PBPSI复合材科DSC曲线的影响圈2衣康酸/癸二酸质量比对白炭■/PBPSl复合材料lrlrlR谱的影响衣康酸/癸二酸质量比ll一5/95t2一lO/9013—15/85I4—20/80,5—25/75.2.2注同图2.从图4可以看出,白炭黑/PBPSI复合材料的玻璃化温度都远低于室温,大约在一50℃附近,说明这些材料都属于弹性体。
2.4GPC分析衣康酸/癸二酸质量比对白炭黑/PBPSI复合SEM分析白炭黑在材料中的分散状况采用SEM进行材料GPC谱的影响如图3所示。
分析。
衣康酸/癸二酸质量比为15/85的白炭黑/PBPSI复合材料的冷冻淬断断面的SEM照片如图5所示,复合材料的数码照片如图6所示。
从图5可以看出,未经任何处理的白炭黑在鼷基丑培基体中分散相对比较均匀,达到了纳米级分散。
从图6也可以看出白炭黑/PBPSI复合材料的透明性非常好。
2.5硫化特性衣康酸/癸二酸质量比为10/90的白炭黑/PBPSI复合材料的典型硫化曲线如图7所示。
啊3衣康酸/癸二酸质量比对白炭纛/PBPSI复台材科GPC谱的影响注同图2.硫化曲线中转矩的差值表明,采用硫化剂DCP在150℃的条件下可以使PBPSI发生交联,这也说明了合成的生物工程橡胶与现代橡胶加工工艺具有很好的相容性。
2.6物理性能衣康酸/癸二酸质量比对白炭黑/PBPSI复合材料应力(盯)一应变(E)曲线和物理性能的影响分别如图8和表1所示。
从图8和表1可以发现,在小应变下,衣康酸/癸二酸质量比为5/95的复合材料拉伸强度随从图3可以推算出,对应衣康酸/癸二酸质量比为5/95的PBPSI主峰的数均相对分子质量(-n)为35940,多分散因数[PDI,重均相对分子质量(矾)与-n的比值]为2.53。
当增大衣康酸单体的比例时,共聚酯的Mn有所降低,并且相对分子质量分布明显变宽,这也意味着与癸二酸相比,衣康酸单体的反应活性较低。
万方数据456橡胶工业2010年第57卷圈6白炭黑/PBPSl复合材辩的数码照片昌Z3般僻圈7衣康酸/癸二酸质■比为10/90的自炭悬/PBPSI复合材料的典型硫化曲线降低。
这可能是由于随着衣康酸单元的增多,一方面共聚酯PBPSI的相对分子质量减小、相对分子质量分布变宽,另一方面微晶增强作用消失。
但是总的来说,这些生物工程橡胶复合材料都具有良好的物理性能。
分析认为这可能归因于白炭黑在基体中良好的分散状况以及白炭黑与含有大圈5白炭黑/PBPsI复合材料的SEM照片量酯基的生物工程橡胶之间较强的界面作用。
2.7环境稳定性复合材料的环境稳定性直接影响其作为工程橡胶的使用性能,因此,本研究对复合材料吸水性和降解性以及复合材料在水中浸泡后的物理应变的增大迅速增大,其拉伸曲线类似于含有少量结晶的聚合物的拉伸曲线。
随着共聚酯中衣康酸单元的增多,分子链被进一步杂化,复合材料中的结晶明显较少,同时弹性体的拉伸强度也随之万方数据第8期雷丽娟等.新型生物工程橡胶的设计和制备445732零\静繁螫lOlO2030浸泡时间/d圈8农康酸/癸二酸质量比对白炭黑/PB黔l复合材料矿。