Выделение и анализ некаучуковых компонентов из латекса натурального каучука Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 678.031.9:678.47

Х. Т. Чан, А. П. Рахматуллина

ВЫДЕЛЕНИЕ И АНАЛИЗ НЕКАУЧУКОВЫХ КОМПОНЕНТОВ ИЗ ЛАТЕКСА

НАТУРАЛЬНОГО КАУЧУКА

Ключевые слова: латекс, натуральный каучук, серум, некаучуковые компоненты, анализ.

Натуральный каучук обладает уникальным комплексом свойств благодаря, в том числе, наличию в нем некаучуковых компонентов. В данной работе приведены результаты по выделению и анализу некаучуковых компонентов, содержащихся в водной среде (серуме) латекса вьетнамского натурального каучука. Установлено содержание некаучуковых компонентов в серумах, полученных коагуляцией латексов разными способами. Методом экстракции с использованием различных растворителей определен количественный и групповой качественный состав соединений, содержащихся в серуме. Установлено, что в серуме, получившемся при коагуляции латекса раствором уксусной кислоты, каучук отсутствует, а содержание водорастворимых компонентов выше на 30 % по сравнению с серумом, полученном при безреагентном выделении каучука.

Keywords: latex, natural rubber, serum, non-rubber components, analysis.

Natural rubber has a unique number of qualities owing to the presence there of non-rubber components. In the paper we provided the results on the extraction and analysis of non-rubber components contained in water medium (serum) of Vietnam natural rubber latex. The content of non-rubber components in serums is defined. They are obtained by latex coagulation in different ways. The extraction method with the use of different solvents helped to define quantitative and qualitative structure of the compounds that are in serum. It was found that there was no rubber in serum obtained in latex coagulation by the acetic acid solution. In this condition the content of water-soluble constituents is 30% higher comparing with the serum, obtained by non reagent rubber separation.

Введение

Синтетический полиизопрен (СПИ) по ряду показателей молекулярных параметров и свойствам достаточно близок к натуральному каучуку (НК). Однако у синтетического каучука существенно хуже такие свойства, как скорость кристаллизации, когезионная прочность, сопротивление раздиру, морозостойкость и некоторые другие [1]. До сих пор натуральный каучук, обладающий уникальным комплексом свойств, остается эталоном каучука общего назначения. Во многих литературных источниках [2-6] указаны причины существующих отличий в характеристиках резин на основе НК и СПИ.

В работах [2-4] представлены попытки улучшения некоторых свойств резин на основе синтетического полиизопрена СКИ-3 путем введения в него определенного количества белков и/или липидов.

Некаучуковые компоненты, которые в процессе коагуляции латекса НК безвозвратно удаляются в виде серума и являются причиной экологической опасности [7-8], могут найти применение в качестве полифункциональных модификаторов для резин.

Целью данной работы является выделение некаучуковых компонентов из латекса НК, их количественный и групповой качественный анализ.

Экспериментальная часть

В качества исходного материала использовался вьетнамский натуральный латекс, подвергнутый коагуляции на заводе производства натурального каучука в г. Хатинь. Отбор серумов этих латексов осуществляли следующим образом.

Образец №1. Натуральный латекс был скоагулиро-ван раствором уксусной кислоты (промышленный способ), после чего влажная крошка каучука, всплывшего на поверхность, направлялась на вальцевание, где про-

исходило удаление серума. Отбор пробы серума осуществлялся после первого вальцевания, при этом прекращалась подача воды на вальцы.

Образец №2. Натуральный латекс скоагулирован без добавления коагулянтов при его хранении на воздухе при температуре 35°С в течение 24 ч. Последующие операции по выделению серума осуществлялись аналогично описанным стадиям для образца 1.

Из каждого образца серума параллельно отбирали по 4 пробы (табл.1).

Таблица 1 - Результаты выделения некаучуковых компонентов из серума латекса НК

№ п/п Масса навески серума, г Масса некаучуковых компонентов, г Содержание некаучуковых компонентов в серуме, % Среднее содержание некаучуковых компонентов в серуме, %

Образец серума №1

1 249,57 8,11 3,25 3,51

2 260,04 8,96 3,44

3 288,81 11,04 3,82

4 252,10 8,89 3,53

Образец серума №2

1 263,47 12,03 4,57 4,69

2 292,45 13,86 4,74

3 252,65 11,83 4,68

4 283,63 13,64 4,81

Некаучуковые компоненты из серумов выделены путем выпаривания воды с помощью инфракрасной печи UR-46 при температуре 70-80 0С с последующим высушиванием остаточной влаги под вакуумом (Р = 0,27 Па). Установлено, что в случае коагуляции латекса НК уксусной кислотой содержание некаучу-

ковых компонентов примерно на 30 % меньше, чем при коагуляции без реагентов (табл. 1).

Высушенный образец 1 представляет собой пастообразную массу темно-коричневого цвета, образец 2 -эластичную и жирную на ощупь массу светло-коричневого цвета.

Для разделения некаучуковых компонентов на группы компонентов использовались следующие растворители:

- дистиллированная вода - ГОСТ 6709-72;

- этиловый спирт (ГОСТ 5962-2013) - бесцветная жидкость, объемная доля спирта не менее 96,2 %; температура кипения 78,4°С; плотность 0,7893 г/см3;

- толуол (ГОСТ 5789-78) - бесцветная, легко воспламеняющаяся жидкость с характерным запахом, нерастворим в воде, растворим в ацетоне, смешивается в любых соотношениях с абсолютным спиртом и эфиром; температура кипения 110,6оС, плотность 0,867 г/см3;

- ацетон (ГОСТ 2603-79) - бесцветная, легковоспламеняющаяся жидкость с характерным запахом, растворяется в хлороформе; температура кипения 56,1°С, плотность 0,790 г/см3.

Осушку образцов после процессов экстракции и фильтрации проводили в эксикаторе под вакуумом (Р = 0,27 Па) при комнатной температуре до постоянной массы. Для оценки качественного состава полученные соединения тщательно измельчали в агатовой ступке и анализировали с использованием ИК-Фурье спектрометра Thermo Scientific Nikolet iS10 с приставкой нарушенного полного внутреннего отражения и кристаллом ZnSe.

Порядок исследования некаучуковых компонентов схематично представлен на рис. 1.

Рис. 1 - Порядок исследования некаучуковых компонентов

Известно [9, 10], что латекс НК содержит около 49% мас. некаучуковых веществ. Некоторые из них, например, минеральные соли К, КН4+ и сахара образуют в водной среде латекса истинные растворы, другие - белки, соли жирных кислот и др. - коллоидно растворены, а также адсорбированы поверхностью полимерных глобул.

Поэтому с целью отделения некоторых водорастворимых соединений из некаучуковых компонентов про-

водили их экстракцию дистиллированной водой. Как и следовало ожидать, в серуме содержится наибольшее количество водорастворимых соединений, причем их доля значительно больше в случае коагулирования латекса раствором уксусной кислоты (образец 1 в табл. 2).

Сложность интерпретации ИК-спектров компонентов, растворившихся в воде и выделенных путем ее выпаривания, не позволила нам определить групповой состав этих соединений.

Вещества, переходящие в ацетоновый экстракт из латекса НК, обозначаются термином «смолы», к которым можно отнести жирные кислоты и их эфи-ры; фосфолипиды (например, лецитин); фитостери-ны и другие вещества. В нашем случае этих соединений в ацетоновом экстракте обнаружено не было (табл. 2). Возможно, они остались в каучуке [9].

С целью определения содержания каучука в образцах, из которых удалены водорастворимые компоненты, была проведена экстракция толуолом с последующим переосаждением полимера этанолом. Как и следовало ожидать, безреагентное коагулирование эмульсии сопровождается потерей полимера (образец 2 в табл. 2), в то время как промышленный способ позволяет провести полное выделение каучука.

Методом ИК-спектроскопии идентифицированы некоторые компоненты, содержащиеся в серуме. Так, например, ИК-спектр выделенного из образца 2 каучука и ИК-спектр НК в базе данных «THERMO STIENTIFIC» практически совпали (рис. 2).

Нерастворимые в толуоле компоненты согласно данным ИК-спектроскопии представляют собой белки (рис. 3). Их количество значительно ниже в серуме, полученном коагуляцией латекса уксусной кислотой (табл. 2). Очевидно, это обусловлено тем, что в кислой среде в изоэлектрической точке произошла коагуляция белков, и они остались в каучуке [11].

Таблица 2 - Результаты анализа некаучуковых компонентов, содержащихся в серуме латекса вьетнамского натурального каучука

Содержание компонентов Образец 1 Образец 2

Содержание каучука, % - 6,2

Содержание некаучуковых

компонентов, растворимых в 78,3 60,3

воде, %

Содержание некаучуковых

компонентов, растворимых в 2,0 8,9

толуоле, %

Содержание некаучуковых

компонентов, нерастворимых в толуоле (белки), % 12,7 19,5

Содержание некаучуковых

компонентов, нераствори- - -

мых в ацетоне, %

Потери, % 7,0 5,1

Итого, % 100 100

Рис. 2 - ИК - спектры натурального каучука: 1 спектрометра Thermo Scientific Nikolet iS10

выделенного из серума; 2 - из базы данных ИК-Фурье

Волновое число,

Рис. 3 - ИК-спектр некаучуковых компонентов, нерастворимых в толуоле (белки)

Заключение

Выделены некаучуковые компоненты из серумов латексов натурального каучука и определен их групповой состав. Установлено, что безреагентная коагуляция латекса приводит к потерям каучука.

Идентифицированы некоторые компоненты, содержащиеся в серумах, такие как каучук и белки. Некаучуковые компоненты могут быть использованы в качестве модификаторов резин.

Литература

1. Дж. М. Бристоу, Дж. И. Каннин, Л. Маллинз, Международный симпозиум по изопреновому каучуку (Москва, 1972);

2. Е. Э. Потапов, Ю. Э. Гончарова, Е. Г. Имнадзе [и др.], Каучук и резина, 1, 48-57 (2004);

3. В. В. Моисеев, О. А. Евдокимова, Н. А. Гуляева, Каучук и резина, 7, 2-6 (1989);

4. Ю. Э. Гончарова. Дисс. канд. хим. наук, МИТХТ, Москва, 1998. 217 с.;

5. М. Е. Цыганова. Дисс. канд. техн. наук, КНИТУ, Казань, 2012. 146 с.;

6. А. Робертс, Натуральный каучук: В 2-х ч. Ч. 1 Пер. с англ. Мир, Москва, 1990, С. 91-96;

7. I. Aimi Izyana, M. N. Zairossani, IIUM Engineering Journal, 12 (4), 61-65(2011);

8. Х. Ч. Нгуен, Технология производства натурального каучука. Tre, Хо Ши Мин, 2014, C. 42;

9. A. H. Eng, RSC Polymer Chemistry, 1 (7), 53-72 (2014);

10. J. Varghese, C. J. Chirayil, L. Somasekharan, Thomas S. X-Ray, RSC Polymer Chemistry, 2 (8), 622-648 (2014);

11. Т. Т. Березов, Б. Ф. Коровкин, Биологическая химия. Медицина, Москва, 1998. С. 49.

© Х. Т. Чан - аспирант каф. ТСК КНИТУ, [email protected]; А. П. Рахматуллина - д.т.н., проф. каф. ТСК КНИТУ, [email protected].

© H. T. Tran - postgraduate student of KNRTU, Department of Technology of Synthetic Rubber, [email protected]; А. Р. Rakhmatulliiia - professor, doctor of engineering, KNRTU, Department of Technology of Synthetic Rubber, [email protected].