文章创新点

     在本研究中，我们比较了不同类型典型商用NR材料的成分和结构差异，并研究了它们对γ辐射抗性的影响。此外，通过使用脱蛋白和去磷酸化NR作为模型样品，揭示了NR中非橡胶成分(NRC)对辐射抗性的影响。结果表明，蛋白质和磷脂等NRC可以提高天然橡胶在辐射前的强度，而去除NRC后的样品在辐射下表现出更好的机械稳定性。NR中的灰分含量也会影响橡胶的耐辐射性能，因为金属离子可能会与辐照产生的活性中心反应，从而提高橡胶的抗辐射性能。本研究报告了NR中非橡胶成分对抗辐射性能的影响，为筛选和开发抗辐射NR材料提供了参考。

文章背景

     天然橡胶(NR)作为一种重要的弹性材料，广泛应用于阻尼和密封等领域。然而，在伽马辐射条件下，其机械性能在使用过程中会显著降低，这阻碍了其在核工业等领域的应用。目前提高NR抗辐照性能的方法主要依赖于添加抗辐照剂，但NR本身的成分和微观结构对抗辐射性能的影响尚不清楚。

文章概述

      基于此背景，四川师范大学化学与材料科学学院赵丽娟课题组和四川大学高分子科学与工程学院吴锦荣课题组对四种常用商业天然橡胶的耐辐照性能分析发现TSR20的耐辐照性能最好(图1)。

图1 不同牌号天然橡胶辐照前后 (a) 应力-应变曲线; (b) 拉伸强度; (c) 断裂伸长率; (d) 保持率

随后通过构建脱蛋白质、脱蛋白质和磷脂模型物，经脱蛋白处理后的样品(DPNR)氮含量显著降低，证实酶水解结合离心法可有效去除蛋白质组分。值得注意的是，在脱蛋白过程中，部分游离磷脂也随离心过程被去除。进一步通过酯交换反应处理后，所得样品(TEDPNR)的磷含量进一步降低，表明磷脂成分已被成功去除。通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)对处理前后样品的化学结构进行表征，结果显示1186 cm-1处归属于磷脂酯键的特征峰在酯交换反应后完全消失，这一结果进一步证实了TEDPNR的成功制备(图2)。

图2 (a) 天然橡胶脱蛋白质和脱蛋白质磷脂示意图; 去除蛋白质和磷脂后NR、DPNR、TEDPNR的 (b) 蛋白质、磷脂含量和(c, d)FT-IR谱图

去除这些非橡胶成分后，样品的抗拉强度显著下降，这可能是由于天然橡胶中固有的网络结构遭到破坏所致。在辐照处理后，NR、DPNR和TEDPNR三种样品的拉伸强度和断裂伸长率均出现明显下降。值得注意的是，虽然辐照后三种样品表现出相似的拉伸强度，但DPNR和TEDPNR显示出更高的断裂伸长率，表明其具有更好的弹性性能(图3)。

图3 NR、DPNR和TEDPNR的(a)应力-应变曲线；(b)拉伸强度和(c)辐射前后的断裂伸长率；(d)辐照前后拉伸强度和断裂伸长率的保持率

最后构建了添加灰分的模型物。添加灰分后，橡胶在辐照后的断裂伸长率显著提升，同时强度也呈现轻微增加趋势。这一现象表明，灰分的引入有效缓解了天然橡胶在辐照过程中因交联导致的脆化问题。且可观察到添加灰分显著提高了这两个关键性能指标的保持率，证实了灰分含量能够有效减轻γ射线辐射对材料性能的负面影响(图4)。

图4 添加/不添加灰分的样品在辐射前后的(a)应力-应变曲线，(b)拉伸强度，(c)断裂伸长率；(d)拉伸强度和断裂伸长率的保持率

灰分中的金属离子可能通过两种机制发挥保护作用：首先，它们可以与辐照过程中产生的活性中心发生反应，抑制其引发交联的能力；其次，金属离子可以直接吸收γ射线的能量，从而降低辐射对橡胶基体的直接损伤(图5)。

图5 天然橡胶辐照反应机理

原文信息：

Revealing the effect of non-rubber components of natural rubber on its radiation resistance performance.

Luo, E. T.; Jing, L.; Kong, L. M.; Peng, Y.; Luo, H.; Zhao, L. J.; Xie, Z. T.; Wu, J. R.