基本信息
- 项目名称：
- 蒲公英橡胶的制备及物理性能研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 我国是世界第一大轮胎生产国和出口国，但不能称为橡胶头号强国，特别是在天然橡胶领域。我国橡胶树只能在亚热带地区生长，但是蒲公英的适应范围广，尤其是在北方及西部地区。用蒲公英乳液制备天然橡胶的相关研究处于初步或对外保密阶段。蒲公英橡胶的制备，为工业制备提供了一定的依据；物理性能的研究，证实蒲公英橡胶和天然橡胶性能相似，具有工业应用价值；提出了蒲公英橡胶产业面临的问题，为进一步的研究工作指明了方向。
- 详细介绍：
- 随着天然橡胶原料日渐吃紧，产品供不应求。用蒲公英乳液制备天然橡胶受到了学术界和工业界的广泛关注，但相关研究均处于初步或对外保密阶段。本小组将蒲公英组织清洗后，切为5 cm的小段，放入组织破碎机中，同时加入正戊烷或者环己烷做溶剂，进行蒲公英组织破碎。在机械破碎的同时，胶乳成分溶解在溶剂，共沸蒸馏萃取液，制备蒲公英橡胶风干胶片。通过实验及整理文献资料，主要得出以下两点结论： （1）正戊烷萃取制得的橡胶产率只有橡胶树橡胶的68 %，测得胶乳的平均pH值为7.0, 粘均分子量为488000，比橡胶树橡胶平均700000为小。红外分析结果显示，蒲公英橡胶与橡胶树橡胶的主要成分一样，均为聚异戊二烯。差热-热失重分析显示环己烷萃取制得的蒲公英橡胶的分解热量为30.7mJ/kg。蒲公英橡胶中的蛋白质等杂质比橡胶树橡胶的较多。 （2）综合分析对比了蒲公英和橡胶树的属性，以及蒲公英橡胶和橡胶树橡胶的各种化学性质。蒲公英植株生长范围比三叶橡胶树大，是草本科，更具备基因改造，优良品种选培的优势，而且适合我国种植，能改变橡胶树种植格局，具有生态意义。 目前，蒲公英橡胶还没有工业应用的实例，但蒲公英橡胶的物理、化学性能都趋近于橡胶树天然橡胶。天然橡胶能够应用的大部分行业，蒲公英橡胶经改进后能够代替，有着良好的前景。 针对蒲公英橡胶产业化面临的问题，结合实际实验过程，蒲公英橡胶的主要研究方向包括： (1) 蒲公英优良品种的选择与培育。 (2) 蒲公英种植过程中培养基的选择，怎样避免在采集过程中损伤细小根部造成乳液流失。 (3) 蒲公英自身会将乳液缓慢分泌，如何减少蒲公英植株自身向外分泌胶乳成分。 (4) 提高蒲公英的光合作用效率，改良蒲公英植株的根部以聚集更多的胶乳。 (5) 蒲公英组织中胶乳的提取。如果用萃取工艺，怎样利用现有的天然橡胶成熟的工艺体系。 (6) 与生物技术，基因工程技术等边缘学科的结合，开发新品种。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 我国是世界第一大轮胎生产国和出口国，但是源头材料天然橡胶却主要依赖于进口。仅有适合橡胶树生长的海南和云南地区大范围开发橡胶园，破坏了我国仅有的小面积热带雨林，使当地生态环境受到一定程度的破坏。为寻找可替代的天然橡胶产品，经查阅资料，了解到民国年间国内曾有人用蒲公英乳液制备天然橡胶，遂决定进行尝试并做初步研究。
科学性、先进性及独特之处
- 将蒲公英组织破碎，并选择合适的溶剂萃取胶乳成分，然后采用共沸精馏的方法回收胶乳。充分运用了有机化学知识、高分子化学知识和化工工业原理，方案设计有据可依。通过与普通橡胶的性能指标进行比较，提出了蒲公英橡胶具有的产业化前景；根据实际采集及实验研究过程中遇到的问题提出了蒲公英橡胶产业化面临的问题。
应用价值和现实意义
- 蒲公英属植物乳液制造橡胶成为西方发达国家寻找天然三叶橡胶树的重要突破口。另一方面，有一种快速蔓延的真菌正在侵害着全球的橡胶树。蒲公英橡胶得到了科学界前所未有的重视。如果蒲公英橡胶工业成熟，则世界天然橡胶工业的格局有望改变，天然橡胶的原料有可能有较大幅度的降价。一旦蒲公英橡胶产业成熟，能填补我国部分行业空白和技术空白，减少对外依存度，调整我国自身的产业布局。
学术论文摘要
- 采用组织破碎机破碎蒲公英植株的根部组织，用正戊烷和环己烷分别萃取破碎物中胶乳成分，将萃取液与水共沸蒸馏，抽滤后得蒲公英橡胶；结果显示，环己烷做萃取剂时，胶乳损失少，橡胶产率高。粘度法测得蒲公英橡胶的粘均分子量为4.88×105；红外光谱法测试显示，所得蒲公英橡胶与橡胶天然橡胶的结构相似，主要成分为聚异戊二烯；且环己烷做萃取剂时所得橡胶纯度较高；差热-热重分析法测得环己烷萃取制得的蒲公英天然橡胶的失重15%的温度为271 ℃，此数值与天然橡胶的测试结果相接近。通过研究，提出了蒲公英橡胶产业面临的问题及未来的研究方向。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1] 吴胜英, 刘国道. 天然橡胶栽培及产业的可持续发展[J]. 北京农业, 2008, (3):12-14. [2] 沈琦, 顾龚平, 吴国荣等. 蒲公英研究进展[J]. 中国医学生物技术应用, 2004, (8): 6-11. [3] 虎谷博岁, 岩船盛一郎, 贵岛研等. 由乳液制备的天然橡胶及含有该天然橡胶的组合物. 普利司通株式会社, 2003. [4] 陈海芳, 张华平, 陈旭国等. 天然橡胶分子量、分子量分布及其性能的研究[J]. 广西热带农业, 2008, (3): 9-12. [5] 林爱京. 中泰天然橡胶贸易发展研究[D]. 对外经济贸易大学, 2007, 4. [6] 王丽梅. 粘度法测定药用聚乙二醇分子量的不确定度评定. 化学工程师, 2010, (8): 18-20.
同类课题研究水平概述
- 我国早在刚开始规模应用橡胶的民国时期，由于还没有大规模引进天然橡胶树，我国科学家就探索用我国植物资源来制造天然橡胶。在民国年间和我国建国初期，孙宪武和胡先骕都曾研究和讨论过用蒲公英制造橡胶的工艺和应用前景，但由于后来在我国海南和云南后试种栽培成功巴西引进天然橡胶树，使得蒲公英橡胶的研究落入低谷。 在国外，寻找替代天然橡胶的合成高分子材料的过程一直就没有间断过。特别是在西方发达国家，由于天然橡胶的产地和产量限制，促使合成橡胶的诞生，进一步推动了高分子产业的发展。但是随着矿藏资源的不断减少，合成橡胶产业也面临困境。近年来，利用蒲公英属植物乳液制造橡胶也成为西方发达国家寻找天然三叶橡胶树的重要突破口。欧盟已经在中亚的哈萨克斯坦等地投资开始规模种植蒲公英用以测试其产量，并有意用于工业生产。如果蒲公英橡胶工业成熟，则世界天然橡胶工业的格局有望改变，天然橡胶的原料有可能有较大幅度的降价。 综上所述，蒲公英橡胶在世界范围内还处于萌芽阶段，真正的蒲公英橡胶工业现在在世界范围内尚未建立起来，蒲公英橡胶的理论技术尚未成熟。
