CC BY
51ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 004.896
ИССЛЕДОВАНИЕ НАТУРАЛЬНОГО КАУЧУКА В РАСТЕНИЯХ
Нурлибекова Д. Т.
Научный руководитель: к.х.н., доцент Копылова Е.В.
РТУМИРЭА, институт международного образования
RESEARCH ON NATURAL RUBBER IN PLANTS
Nurlibekova D. T.
Аннотация. Выполнена работа по законодательной и нормативной документации по методу извлечения натурального каучука из каучуконосного растения, а также выбраны и оптимизированы условия для создания технологии производства натурального каучука из растительного сырья, не уступающего по свойствам НК из млечного сока Гевеи. И выполнена оценка метрологических характеристик методики определения натурального каучука в растительном сырье.
Ключевые слова: натуральный каучук, каучук, каучуконосные растения, метрология
Много лет общество использует натуральный каучук(НК) для производства шин, резиновой обуви, большого количества резино-технических изделий (РТИ), а также изделий медицинского направления. Однако, невзирая на успехи мировой науки и технологии синтетического каучука, получить каучуки, обеспечивающие резиновым смесям и резинам совокупность таких свойств, как прочность, эластичность, конфекционная клейкость и адгезия, не уступающий комплексу свойств резиновых смесей и резин на основе натурального каучука, вплоть до нашего времени, вызывает затруднение.[1]
В 30-ые годы в советском союзе была единая метода НК из растительного сырья. Но после Великой Отечественной войны эта методика не была популярна по причине значительных успехов, достигнутых в производстве синтетических каучуков, невысокого качества НК получаемого из растительного сырья, надлежащей степени формирования агротехники и технологий выделения НК, а также в связи с изменением политической ситуации в мире. [2]
Сегодня вопрос изготовления НК из отечественного растительного сырья является крайне актуальной. В наше время в Евросоюзе и в США усиленно проводится мероприятия по созданию технологических процессов изготовления НК из кок-сагыза Taraxacum kok-saghyz Rodin - аналога одуванчика лекарственного - Taraxacum officinale.
Если проанализировать литературные данные, можно сказать, что несмотря на успехи мировой науки в технологии синтетического каучука, получить синтетические каучуки, обладающие таким же составом свойств на уровне натурального каучука, до сих пор не удалось. Поэтому НК на сегодняшний день является практичным промышленным сырьем, изготовляемым в таких масштабах Бразилией, Таиландом, Индонезией, Вьетнамом, КНР и Малайзией. В связи с этим, замена импортного натурального каучука в производстве шин и резинотехнических изделий на отечественный аналог является актуальной проблемой импортозамещения для отечественного рынка.
Перспективным сырьем для производства отечественного НК из растительного сырья являются произрастающие в средней полосе России растения вида одуванчика. Методики определения содержания в корнях одуванчика НК были разработаны много лет назад с использованием аппаратуры и растворителей, которые давно не применяются в мире. Поэтому первоначальным этапом работы явилась разработка актуализированной' методики определения содержания НК в корнях одуванчика с использованием аппарата (экстрактора) Сокслета и растворителей, в качестве которых были выбраны ацетон (растворяет смоляные компоненты и хлорофилл) и хлороформ (растворяет НК).
Для начала выбрали объект исследования, который высушивали для определения влаги в исследуемом образце, после проводили последовательную экстракцию НК из каучуконосца с помощью аппарата Сокслета. При последовательной экстракции изначально использовали в качестве экстрагента ацетон, чтобы убрать примеси и смолы, далее экстрагентом для вывведения самого натурального каучука применяли хлороформ. Экстрагированный образец высушивали на воздухе при комнатной температуре. Чтобы идентифицировать НК проводили ИК - спектроскопический анализ.
т
0,030
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000
Волновое число (см-1)
Рисунок 1 — ИК спектр натурального каучука.
Характерные линии для натурального каучука: полосы поглащения при 1130 и 890 см-1 относятся к веерным колебаниям СН(СН3)С=СН связей; при 890 см-1 - которая характерна для валентных колебаний для -С=С-Н в 3,4-полиизопрене; далее 1376 см-1 свидетельствующая наличие -СН3, 1654 см-1 - для С=С в цис^СН=СИ^'; также, наблюдается наличие полос поглащения при 2924 см-1 характерные для звена -СН2. В сравнении образцов многоступенчатой экстракции были найдены характерные линии для полиизопрена: 2923 см-1 Валентные ассиметричные колебания алифатических СН2-групп; 2852 см-1 Валентные симметричные колебания алифатических СН2- групп; 1720 см-1 С=О валентные колебания кетонов в алкил-С(О)-алкил; 1459 см-1, деформационные колебания алифатических СН2, СНЗ-групп; 1376 см-1 СНз 840 см-1 С-С валентные колебания.
Лабораторией ИТХТ была воссоздана методика по определению содержания натурального каучука в каучуконосах с использованием экстрактора Сокслета. Определены температурно-временные параметры сушки образцов для удаления влаги и органических растворителей и оптимальное время экстракции для определения содержания НК в образцах корней одуванчика. Методом ИК-спектроскопии подтверждено наличие в спектре экстракта корней одуванчика полос поглощения характерных для полиизопренаи отсутствие полос поглощения характерных для инулина. С использованием разработанной методики определено, что содержание натурального каучука в подмосковном одуванчике лекарственном составляет 6,6%_
Рисунок 2 - 1- до экстракции; 2 - после экстракции ацетоном; 110 т-
Масса, г
13 - после экстракции хлороформом.
Во время проведения экспериментов наблюдалось изменение массы, а именно ее потеря. Взвешивались образцы после каждого этапа. После анализа данных видно, что многоступенчатая экстракция (Таблица 1) эффективнее, чем холодная (Таблица 2)._
Таблица 1 - МЭ
№ серии Результат единичного измерения
Этапы Начальная Ацетон Этанол Хлороформ Содержание
2 часа 11,45г 11,29г 11,18г 10,96г 4,27%
4 часа 10,03г 9,97г 9,69г 9,54г 4,88%
6 часов 9,82г 9,73г 9,30г 9,23г 6,01%
Таблица 2 - ХЭ
№ серии Результат единичного измерения
Этапы Начальная Хлороформ Содержание
2 часа 6,45 г 6,38 г 1,08%
4 часа 6,86 г 6,75 г 1,60%
6 часов 7,20 г 7,11 г 1,25%
10 часов 8,24 г 8,12 г 1,46%
Исходя из таблиц, можно утверждать, что примерное содержание натурального каучука в растительной ткани гибрида, составляет небольшое процентное количество от всего растения.
Обработка результатов
В ходе выполнения работы были исследованы метрологические характеристики методики выделения НК из лекарственных растений, которая осуществлялась по РМГ 61-2010.
В таблицах 3-5 приведены статистические данные для оценки метрологических характеристик методики измерений.
Таблица 3
Обработка результатов__
№ серии МЭ,% Хср ХЭ,% Хср
1 6,01 5,97 6,07 6,02 1,60 1,48 1,52 1,53
2 5,99 5,91 6,03 5,98 1,52 1,58 1,61 1,57
Таблица 4
Метрологические характеристики для многоступенчатой экстракции
Кол-во серий Кол-во резуль-ов един-ого анализа Оценка СКО повторяемости Внутри-лаб. прецизионность Пра-виль-ность Показатель точности +Д г/см3
2 6 0,20 0,23 0,38 0,74
Таблица 5
Метрологические характеристики для холодной экстракции
Кол-во серий Кол-во резуль-ов един-ого анализа Оценка СКО повторяе-мости Внутри-лаб. преци-зионность Правильность Показатель точности +Д г/см3
2 6 0,16 0,20 0,37 0,73
Список использованной литературы:
1.Потапов Е.Э. Химическая модификация эластомеров как способ получения синтетического аналога НК // Каучук и резина. - 2004. - №1. - С. 48-57.
2.Чан, Х. Т. Модификация синтетического полиизопрена белково-липидными системами природного происхождения: Автореферат. дисс. ... уч. ст. к. т. н. / Х. Т. Чан. - Казань: ФГБОУ ВО «КНИТУ», 2018 - 24 с.
З.Кулуев Б. Р., Минченков Н. Д., Гумерова Г. Р. Коксагыз (Taraxacum kok-saghyz Rodin): методы выделения каучука и перспективы использования биотехнологических подходов //Биотехнология и селекция растений. - 2019. - Т. 2. - №. 2. - С. 33-43._
List of used literature:
Potapov E.E. Chemical modification of elastomers as a method of obtaining a synthetic analogue of NK // Rubber and rubber. - 2004. - No. 1. - S. 48-57..
Chan, H. T. Modification of synthetic polyisoprene by protein-lipid systems of natural origin: Abstract. diss. ... uch. Art. Ph.D. / H. T. Chan. - Kazan: FGBOU VO "KNITU", 2018 - 24 p.
Kuluev BR, Minchenkov ND, Gumerova GR Koksagyz (Taraxacum kok-saghyz Rodin): methods of rubber isolation and prospects for using biotechnological approaches // Biotechnology and plant breeding. - 2019. - T. 2. - No. 2. - S. 33-43.
