[发明专利]一种可拉伸结晶的高性能杜仲胶弹性体及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及高性能弹性体材料制备技术领域，具体涉及一种可拉伸结晶的高性能杜仲弹性体及其制备方法与应用。本发明提供的高性能杜仲弹性体包括特定比例的含氧官能团。通过调控杜仲胶分子链的规整度，从而有效抑制杜仲胶常温下结晶，表现出较高的弹性，同时还能够在拉伸状态实现拉伸结晶自补强，表现出较高的机械强度，实现媲美天然橡胶的目的。本发明还提供上述弹性体的制备方法及应用。通过在杜仲胶的环氧化改性过程中控制改性剂的选择及用量关系，有效控制反应的稳定进程，特别是反应速度，从而获得分子链规整的弹性体。本发明所得高性能杜仲胶弹性体材料可应用于轮胎、传送带、密封圈、可穿戴设备等领域，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及高性能弹性体材料制备技术领域，具体涉及一种可拉伸结晶的高性能杜仲弹性体及其制备方法与应用。

背景技术

天然橡胶具有优异的拉伸强度、抗撕裂性能、抗裂纹扩展能力和低滞后性，在橡胶工业中具有重要的战略意义。天然橡胶独特的性能主要源于拉伸结晶作用。早在1925年，研究者就发现了天然橡胶的拉伸结晶现象，并在随后的近百年里对这一现象进行了系统研究，期望找到一种媲美天然橡胶的新材料，但收效甚微。

近年来，世界天然橡胶消耗量逐年上升。但是，天然橡胶的主要产地集中在东南亚地区，产量有限；加之东南亚国家对天然橡胶出口的限制，天然橡胶短缺问题日益严峻。因此，急需寻找可部分替代天然橡胶的第二天然橡胶。

杜仲是中国特有的名贵经济树种，也是世界上适用范围最广的重要胶原植物。杜仲的树叶、树皮和果皮中均富含一种白色丝状物质-杜仲胶。杜仲胶是天然橡胶的同分异构体，其结构为反式聚异戊二烯，是一种特殊的生物基高分子材料。

杜仲胶常温下表现为硬质塑料，但其分子链具有柔性，具有橡塑二重性。现有技术通过对杜仲胶进行环氧化、接枝等化学改性方法将杜仲胶转变为常温下的弹性体材料，如CN110615901A的步骤(1)公开的在有机溶剂及有机酸的存在下，利用过氧化物对杜仲胶的碳碳双键进行环氧化反应，得到杜仲胶弹性体；且限定了有机酸、过氧化物、溶剂的用量及反应温度。然而，由于改性过程破坏了杜仲胶分子链的规整性，改性所得弹性体很难在拉伸状态下结晶，导致现有杜仲胶弹性体的性能仍不如天然橡胶。

因此，如何调控改性杜仲胶分子链的规整度，避免其在改性过程中被破坏，使改性杜仲胶既能够在常温下表现出高弹性，同时又具有拉伸结晶能力，是制备媲美天然橡胶的高性能杜仲胶的关键。而目前这一关键技术仍未被突破。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种可拉伸结晶的高性能杜仲弹性体及其制备方法与应用。本发明所述的高性能杜仲胶弹性体在常温下为无定形态，具有优异的弹性，弹性回复率高达98％；而在拉伸状态下可结晶，又具有优异的机械性能，在无需填料补强的情况下其拉伸强度可达17MPa。本发明制备的高性能杜仲胶弹性体材料有望替代天然橡胶，在轮胎、传送带、密封圈、可穿戴设备等领域具有广阔应用前景。

本发明的第一个目的是提供一种可拉伸结晶的高性能杜仲弹性体，其包括含氧官能团；所述含氧官能团为醛基、环氧基或酯基中的一种或多种；所述含氧官能团含量为5mol％-25mol％。

本发明在利用过氧化物对杜仲胶改性的过程中通过引入含氧官能团，并合理控制含氧官能团的具体种类及含量，实现对杜仲胶分子链规整度的调控，从而有效抑制杜仲胶常温下结晶，使其表现出较高的弹性，同时还能够在拉伸状态实现拉伸结晶自补强，表现出较高的机械强度，从而获得可媲美天然橡胶的高性能杜仲弹性体。研究表明，相比其他含氧官能团，本发明限定的含氧官能团不会影响拉伸时晶体成核，更有利于提高其机械强度。

优选地，所述含氧官能团含量为10mol％-20mol％。研究表明，在此范围内，所得杜仲弹性体具有常温下更高的弹性，以及拉伸状态下更高的机械强度。