了得網工業技術_天然高分子基新材料--天然橡膠及生物基彈性體

編輯推薦

天然橡膠屬於天然高分子材料的一種，其研究涉及高分子化學、材料、生物醫藥、食品等諸多學科交叉和融合。本書既可作為高端科普讀物，也可視為國內天然橡膠領域的**本專著，作者為研究橡膠領域多年的權威專家，內容主要涉及天然橡膠的科學發展史以及其品種介紹，重點闡述了常見天然橡膠（三葉橡膠、銀菊橡膠、蒲公英橡膠、杜仲橡膠）的栽培與種植、生物合成與制備方法，並介紹了其理化性能與應用，同時還簡要介紹了其它種類的天然橡膠，*後作者從開發天然高分子基新材料的角度介紹了其**研究成果（生物基彈性體），從而很好地解決了天然橡膠的產量受生長環境等因素的限制所帶來的繫列問題。全書內容全面、結構緊湊，闡述簡潔明了、深入淺出，技術實用，使人很容易在理解的基礎上掌握相關理論和技術。

《天然高分子基新材料》叢書由天然高分子基新材料領域院士、長江學者核心專家團隊撰寫。

叢書共包括如下10個分冊，建議您一並關注：

作者簡介

張立群 *“長江學者”特聘教授，博士生導師

現為北京化工大學教授，1999年6月-2001年5月分別在美國UniversityOfAkron聚合物科學繫和Case Western ReserveUniversity高分子繫作訪問學者和博士後。國家“973”項目首席科學家，國家傑出青年基金獲得者，中國化工學會理事、中國材料研究學會理事、中國復合材料學會常務理事，*彈性體材料節能與資源化工程中心主任，北京市新型高分子材料制備與加工重點實驗室主任；《高分子通報》、《橡膠工業》等8個中文核心期刊的副主編及編委，美國Rubber Chemistry and Techonlorv，

Journal of AppliedPolymerScience，MiniReviews in MedicinalChemistrySCI期刊編委。

主要研究方向橡膠材料科學與工程。特別是在天然橡膠和生物基彈性體領域，領導啟動了中國的蒲公英天然橡膠計劃，首次提出了生物基工程彈性體的概念和內涵，建立了首條百噸級生物基聚酯類彈性體中試生產裝置。近年來，發表SCI收錄論文近300篇，獲得中國發明專利100餘項，60餘次被邀在大型國際會議上做邀請報告、大會報告和會場主席。榮獲*和省部級科技獎勵12項；曾獲中國青年科技獎、何梁何利科技創新獎、第九屆光華工程科技獎、美國化學會橡膠分會Sparks-Thomas科技獎、日本化工學會亞洲研究獎(SCEJAsiaResearchAward)和國際聚合物加工學會PPS頒發的MorandLamb，aAward等。

第1章緒論001
1.1引言002
1.2發展歷史002
1.2.1世界天然橡膠的發展歷史002
1.2.2我國天然橡膠的發展歷史026
1.2.3天然橡膠大分子結構與性能的認知歷程031
1.3天然橡膠與生物基合成彈性體的分類036
參考文獻039
第2章三葉橡膠的栽培與制備041
2.1概述042
2.1.1三葉橡膠樹的生物學特性042
2.1.2種植面積043
2.1.3產膠量044
2.1.4耗膠量045第1章緒論001

1.1引言002

1.2發展歷史002

1.2.1世界天然橡膠的發展歷史002

1.2.2我國天然橡膠的發展歷史026

1.2.3天然橡膠大分子結構與性能的認知歷程031

1.3天然橡膠與生物基合成彈性體的分類036

參考文獻039

第2章三葉橡膠的栽培與制備041

2.1概述042

2.1.1三葉橡膠樹的生物學特性042

2.1.2種植面積043

2.1.3產膠量044

2.1.4耗膠量045

2.2三葉橡膠樹的栽培與種植046

2.2.1生長環境要求046

2.2.2選種048

2.2.3育種049

2.2.4種植園的建設與日常管理050

2.2.5病蟲害及自然災害的防治051

2.2.6我國成功種植三葉橡膠樹055

2.3三葉橡膠采集與膠乳的保存056

2.3.1三葉橡膠的采集056

2.3.2新鮮膠乳的保存057

2.4三葉橡膠的制備方法064

2.4.1濃縮天然膠乳的制備064

2.4.2標準橡膠（顆粒膠）的制備067

2.4.3煙膠片和風干膠片088

2.4.4縐膠片092

2.5商業三葉橡膠的種類與分級096

2.5.1產品種類和名稱096

2.5.2標準橡膠097

2.5.3天然橡膠煙片膠和縐片膠分級105

2.5.4脫蛋白天然橡膠109

2.5.5黏度穩定天然橡膠113

2.5.6易操作天然橡膠113

2.5.7充油天然橡膠114

參考文獻115

第3章三葉橡膠的生物合成、結構及分子量119

3.1三葉橡膠的生物合成120

3.1.1三葉橡膠樹皮結構120

3.1.2三葉橡膠樹乳管組織120

3.1.3三葉橡膠樹乳管細胞質及天然膠乳123

3.1.4三葉橡膠粒子的結構127

3.1.5三葉橡膠的生物合成132

3.2三葉橡膠的分子結構139

3.2.1三葉橡膠引發端基（ω-端基）的結構分析139

3.2.2三葉橡膠終止端基（a-端基）的結構分析143

3.2.3三葉橡膠的超分子結構—支化和凝膠146

3.2.4三葉橡膠的存儲硬化現像及機理148

3.3三葉橡膠的分子量及分子量分布151

3.3.1三葉橡膠超分子結構的分子量及分子量分布規律151

3.3.2三葉橡膠分子量及分子量分布與品繫的關繫152

3.3.3三葉橡膠線型分子結構的分子量及分子量分布153

參考文獻156

第4章三葉橡膠的結晶及理化性質159

4.1三葉橡膠的結晶160

4.1.1天然橡膠的低溫結晶160

4.1.2天然橡膠的應變誘導結晶172

4.2三葉橡膠的性能概述194

4.2.1一般物理學參數194

4.2.2玻璃化轉變195

4.2.3彈性196

4.2.4動態力學性能200

4.2.5溶脹性能203

4.2.6耐化學腐蝕性介質性能204

4.2.7電學性能205

4.2.8氣密性207

4.2.9吸水性208

4.2.10耐疲勞性能210

4.2.11耐磨耗性能215

4.2.12撕裂強度217

4.2.13黏合性能219

參考文獻221

第5章三葉橡膠的物理、化學改性及應用225

5.1物理改性226

5.1.1填料共混改性226

5.1.2聚合物共混改性247

5.2化學改性263

5.2.1硫化263

5.2.2天然橡膠的鹵化改性280

5.2.3天然橡膠的氫鹵化改性284

5.2.4天然橡膠的環氧化改性285

5.2.5天然橡膠氫化改性291

5.2.6低分子量天然橡膠的制備295

5.2.7天然橡膠的異構化298

5.2.8天然橡膠的接枝改性299

5.2.9天然橡膠的環化改性302

5.2.10天然橡膠的老化降解及防護303

5.3三葉橡膠的應用311

5.3.1固體三葉橡膠應用312

5.3.2天然膠乳的應用324

參考文獻334

第6章銀菊橡膠339

6.1概述340

6.1.1銀膠菊屬性340

6.1.2地理分布341

6.1.3馴化與開發利用342

6.1.4我國對於銀膠菊的引種347

6.2銀膠菊的栽培與種植348

6.2.1生長環境要求348

6.2.2選種349

6.2.3育種350

6.2.4種植園的建設與日常管理351

6.2.5病蟲害及自然災害的防治353

6.2.6含膠量及產膠量354

6.3銀菊膠的生物合成355

6.3.1銀膠菊的含膠組織355

6.3.2合成路線356

6.3.3銀膠菊大分子結構分析357

6.3.4分子量和分子量分布358

6.3.5銀菊膠生物合成的累積規律360

6.4銀菊膠的制備方法361

6.4.1溶劑法提膠工藝362

6.4.2AQUEX提膠工藝363

6.5副產物及生物質精煉364

6.6銀菊膠的性能367

6.6.1生膠性能367

6.6.2硫化膠的性能368

6.6.3結晶性能369

6.6.4抗過敏特性371

6.7銀菊橡膠的應用373

參考文獻375

第7章蒲公英橡膠377

7.1概述378

7.1.1橡膠草的屬性379

7.1.2橡膠草的地理分布381

7.1.3橡膠草的種植面積382

7.1.4產膠量382

7.2橡膠草的栽培與種植383

7.2.1生長環境要求383

7.2.2選種385

7.2.3育種385

7.2.4種植園的建設與日常管理386

7.2.5病蟲害及自然災害的防治387

7.3蒲公英橡膠的生物合成388

7.3.1合成途徑388

7.3.2分子量與分子結構389

7.3.3蒲公英含膠組織及其膠乳成分391

7.4制備方法393

7.4.1溶劑法393

7.4.2濕磨法393

7.4.3干磨法394

7.5副產物及生物質精煉395

7.5.1蒲公英菊糖396

7.5.2蒲公英生物乙醇396

7.6蒲公英橡膠的性能397

7.6.1物理機械性能397

7.6.2硫化性能398

7.7蒲公英橡膠的應用399

參考文獻400

第8章杜仲橡膠401

8.1杜仲概述402

8.1.1杜仲屬性402

8.1.2杜仲歷史演化與地理分布402

8.1.3杜仲的藥用特性403

8.1.4杜仲的引種與開發404

8.1.5杜仲膠406

8.2杜仲的栽培與種植407

8.2.1杜仲生長發育特點407

8.2.2杜仲生長的環境適應性408

8.2.3杜仲的生長習性408

8.2.4杜仲林的栽培模式408

8.2.5病蟲害的防治411

8.3杜仲膠的生物合成411

8.3.1杜仲含膠細胞的形態及其分布411

8.3.2杜仲膠的生物合成路線412

8.3.3杜仲膠形成累積規律415

8.3.4杜仲膠分子量及分子量分布416

8.4杜仲膠的制備方法416

8.4.1堿煮法417

8.4.2溶劑法417

8.4.3生物發酵法417

8.4.4杜仲膠綜合制備工藝418

8.5杜仲膠的物理性能420

8.5.1基本物理性能420

8.5.2玻璃化轉變424

8.5.3杜仲膠的結晶性能425

8.6杜仲膠的化學改性433

8.6.1杜仲膠的異構化433

8.6.2杜仲膠的硫化434

8.7杜仲膠的應用435

8.7.1杜仲膠硫化三狀態的靜態力學性能436

8.7.2杜仲膠的動態力學性能438

8.7.3杜仲膠彈性體的制備441

8.7.4杜仲膠的產業化發展方向445

參考文獻446

第9章其他天然橡膠449

9.1桉葉籐橡膠450

9.2秋麒麟草橡膠451

9.3木藷橡膠452

9.4向日葵橡膠454

9.5印度榕橡膠455

9.6美洲橡膠456

9.7絹絲橡膠459

9.8科齊籐橡膠460

9.9萵苣橡膠461

9.10古塔波膠462

9.11巴拉塔膠465

9.12桃葉衛矛膠466

9.13Chicle膠467

參考文獻469

第10章生物基合成彈性體471

10.1引言472

10.2合成生物基彈性體用生物質化學品簡介473

10.3生物基醫用彈性體488

10.3.1熱交聯生物基醫用彈性體488

10.3.2光交聯生物基醫用彈性體497

10.3.3熱塑性生物基醫用彈性體498

10.4生物基工程彈性體499

10.4.1聚酯生物基工程彈性體500

10.4.2衣康酸生物基工程彈性體513

10.4.3大豆油生物基工程彈性體523

10.4.4生物基單體合成的傳統工程彈性體528

10.4.5其他生物基工程彈性體531

10.5總結與展望532

參考文獻532

前言

生物經濟是建立在生物資源可持續利用和生物技術基礎之上，而不完全依賴於化石資源的一種新經濟形態。它的創建正在挑戰並推動著傳統工業、農業、林業等產業的發展，引起了工業界、學術界和政府的高度關注和協力應對，以形成新的資源配置和利用。在材料科學領域，基於“可持續發展”和“環境保護”兩方面的考慮，利用可再生的生物質創造新材料同樣面臨著重要的發展機遇。顯然，這是由於化石資源的日益枯竭及其產品對環境造成不同程度的污染所致。
在可再生的生物質中，天然高分子占據非常重要的地位。天然高分子是一類來源於自然界廣泛存在的動物、植物以及微生物中的大分子有機物質，主要包括多糖（如纖維素、甲殼素/殼聚糖、澱粉、透明質酸等）、蛋白質（植物蛋白如大豆蛋白，動物蛋白如蠶絲、各類酶等）以及木質素、天然橡膠、天然聚酯等。它們是自然界賦予人類重要的物質資源和寶貴財富。天然高分子，可以被直接利用及通過化學或物理方法構建成新的功能材料，也可以制備成各種化工原料、生化品、低聚物及生物柴油等。廣義的天然高分子還包括天然高分子衍生物以及用天然有機物質作為原料通過生物合成、化學合成或復合而形成的各種高分子材料（如聚乳酸、聚羥基脂肪酸酯、生物基彈性體等）。天然高分子材料廢棄後很容易被土壤中的微生物降解和無害化處理，是典型的環境友好材料。生物經濟是建立在生物資源可持續利用和生物技術基礎之上，而不完全依賴於化石資源的一種新經濟形態。它的創建正在挑戰並推動著傳統工業、農業、林業等產業的發展，引起了工業界、學術界和政府的高度關注和協力應對，以形成新的資源配置和利用。在材料科學領域，基於“可持續發展”和“環境保護”兩方面的考慮，利用可再生的生物質創造新材料同樣面臨著重要的發展機遇。顯然，這是由於化石資源的日益枯竭及其產品對環境造成不同程度的污染所致。

在可再生的生物質中，天然高分子占據非常重要的地位。天然高分子是一類來源於自然界廣泛存在的動物、植物以及微生物中的大分子有機物質，主要包括多糖（如纖維素、甲殼素/殼聚糖、澱粉、透明質酸等）、蛋白質（植物蛋白如大豆蛋白，動物蛋白如蠶絲、各類酶等）以及木質素、天然橡膠、天然聚酯等。它們是自然界賦予人類重要的物質資源和寶貴財富。天然高分子，可以被直接利用及通過化學或物理方法構建成新的功能材料，也可以制備成各種化工原料、生化品、低聚物及生物柴油等。廣義的天然高分子還包括天然高分子衍生物以及用天然有機物質作為原料通過生物合成、化學合成或復合而形成的各種高分子材料（如聚乳酸、聚羥基脂肪酸酯、生物基彈性體等）。天然高分子材料廢棄後很容易被土壤中的微生物降解和無害化處理，是典型的環境友好材料。

當前，化學科學發展的趨勢之一是致力於解決人類社會中的環境問題並促進世界的可持續發展。近年來，科學界和工業界正在積極關注建立環境友好的技術和方法及基於天然高分子的“綠色”產品和材料的研究與開發。很多全球性大公司對於生物質材料、生物燃料及相關的加工技術都制訂了高瞻遠矚的發展計劃，尤其瞄準天然高分子基新材料在生物醫藥、紡織、包裝、運輸、建築、日用品，乃至光電子器件等諸多領域的應用前景。美國能源部(DOE)預計，在2020年源於植物生產的基本化學結構材料將增加到10％，而在2050年將達到50％。可見，天然高分子基新材料領域的研究及應用正在蓬勃展開，它們必然帶動農業、綠色化學、生物醫學、可生物降解材料以及納米技術、生物技術、分子組裝等多學科的發展，終將對人類的生存與健康和世界經濟發展起不可估量的作用。

順應於天然高分子科學與技術的發展，迫切需要該領域的科技工作者對這些生物質大分子及其改性材料的基本概念、基礎理論、實驗技術、應用前景以及學科的發展歷史和研究成果有足夠的了解和認識，因此亟須有套權威叢書來繫統介紹它們。同時，為了培養一大批從事天然高分子材料科學與技術的科技人纔，極力促進各相關知識領域及其應用產業鏈間資源與信息的整合，也急需一套全面、繫統介紹天然高分子材料與應用的專著供大家參考。為此，我受化學工業出版社邀請，專門組織我國長期從事天然高分子研究的老、中、青年專家、教授共同編寫了《天然高分子基新材料》叢書（共10冊）。該叢書包括《纖維素科學與材料》、《蠶絲、蜘蛛絲及其絲蛋白》、《甲殼素/殼聚糖材料及應用》、《木質素化學及改性材料》、《大豆蛋白質科學與材料》、《澱粉基新材料》、《多糖及其改性材料》、《天然橡膠及生物基彈性體》、《聚乳酸》和《微生物聚羥基脂肪酸酯》。我國可利用的生物質資源極其豐富，相關研究和產業化也取得了長足發展。尤其近幾年，我國在纖維素低溫溶解、天然高分子紡絲、絲蛋白和多糖結構功能解析、生物塑料和生物基彈性體等方面取得了一繫列國際矚目的研究成果。本套書以高質量、科學性、準確性、繫統性和實用性為目標，圖文並茂、深入淺出地表述，具有科普性強，內容新穎、豐富的特點；不僅全面介紹了許多重要天然高分子材料的基本概念、基礎理論、實驗技術以及研究進展和發展趨勢，也反映了所有編著者在各自領域的研究成果和經驗積累，涵蓋了天然高分子基新材料基礎研究和應用的諸多方面，便於讀者拓展思路、開闊眼界。

歷經近兩年時間，這套《天然高分子基新材料》叢書即將問世。在此，我衷心地感謝杜予民教授（武漢大學）、邵正中教授（復旦大學）、陳國強教授（清華大學）、張立群教授（北京化工大學）、王玉忠教授（四川大學）、張洪斌教授（上海交通大學）、

任傑教授（同濟大學）、陳雲教授（武漢大學）、黃進教授（武漢理工大學）、蔡傑教授（武漢大學）等積極熱心地參加並負責完成了書稿。同時，他們的很多研究生也參與了這項工作，並在文獻查閱和翻譯外文資料以及編寫、制圖等方面付出了艱辛的勞動。尤其，一些國內外知名專家如江明院士（復旦大學）、Gregory F Payne教授（美國馬裡蘭大學）、張厚民教授（Hou-min Chang，美國北卡羅來納州立大學）、謝富弘教授（Fu-hung Hsieh，美國密蘇裡大學哥倫比亞分校）、王彥峰教授（武漢大學中南醫院）和楊光教授（華中科技大學）等熱情地為這套書提出了一些寶貴的意見，在此一並表示感謝。後，也感謝化學工業出版社為這套書的出版所做的一切努力。

資源、健康、環境與發展是人類關心的根本問題。我們期待本套書的出版對天然高分子基材料的創新和技術進步及國民經濟的發展有積極的促進作用，進而有效地提升我國天然高分子研究的國際地位，推動整個學科的全新發展。我衷心地希望更多的教師、研究生、工程師、生物學家及高分子學家能參與到天然高分子基新材料的研究、開發及應用行列，共同推進人類社會的可持續發展，共建我們美麗的家園。

中科院院士

武漢大學教授

2014年2月28日

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