A study to elucidate surface structure of rubber particles in natural rubber latex

Abstract

The surface structure of the rubber particles in uncross linked natural rubber (NR) latex was characterized by using phase transfer technique to separate the rubber particles. First, the optimum condition and method of phase transferring NR particles were studied. It was found that complete transferring of uncross linked NR particles from the latex phase to the organic (toluene) phase could be obtained by using tetradecyltrimethylammonium bromide (TDAB) as surfactant. This surfactant gave improved transfers of the rubber compared with the previously used surfactants, benzyldimethyltetradecylammonium chloride (BHAC). This TDAB was most effective for achieving phase transfer when it was directly injected as a cationic surfactant into the latex phase. Two types of NR latices were studied; commercial ammoniated concentrated latex and freshly-tapped latex. Phase transferring of ammoniated concentrated latex resulted in 3 phases; the organic (toluene) phase containing soluble rubber having the nitrogen content, which is related to protein content, 0.21±0.02 %w/w, the latex/organic interphase containing weak-gel of rubber which has nitrogen content 0.81±0.06 %w/w and the aqueous phase which was non-rubber phase. For freshly-tapped NR latex, no rubber gel at the latex/organic interphase was observed but solid precipitate having very high nitrogen content (8.87±0.10 %w/w) was observed instead. NR transferred to the organic phase had the nitrogen content of 0.25±0.03 %w/w. From studies of reported models of biological membranes and other studies of structures of rubber particles by different methods, together with results of the present study, a model describing a monolayer membrane surrounding the rubber core was proposed. This membrane may be made up of various lipids and proteins as has been widely theorized. Some of the proteins are thought to be free and some are bound to the rubber core.

การศึกษาโครงสร้างผิวของอนุภาคยางที่ยังไม่ได้ทำการเชื่อมโยงโมเลกุลยางใน น้ำยางธรรมชาติ ทำโดยใช้เทคนิคเฟสทรานสเฟอร์ (phase transfer) ในการแยกอนุภาคยาง ออกจากน้ำยางธรรมชาติ จากนั้นทำการวิเคราะห์ยางที่แยกได้จากเทคนิคเฟสทรานสเฟอร์นี้ จากการศึกษาเกี่ยวกับเทคนิคเฟสทรานสเฟอร์ พบว่า การใช้เตตระเดซิลไตรเมทิล แอมโมเนียมโบรไมด์ (tetradecyltrimethylammonium bromide, TDAB) ซึ่งเป็น สารลดแรงตึงผิวที่มีประจุบวก (cationic surfactant) สามารถทำให้เกิดการเคลื่อนย้าย ของอนุภาคยางของชั้นของน้ำยางธรรมชาติไปยังชั้นของตัวทำละลายอินทรีย์ (โทลูอีน) ได้สมบูรณ์กว่าเมื่อใช้เบนซิลไดเมทิลเตตระเดซิลแอมโมเนียมคลอไรด์ (benzyldimethyltetradecylammonium chloride, BHAC) ซึ่งเป็นสารลดแรงตึงผิว ที่มีประจุบวกเช่นกัน สำหรับการเติมสารละลายของสารลดแรงตึงผิวที่มีประจุบวกสามารถ ทำได้โดยการฉีดสารละลายดังกล่าวที่ความเข้มข้นของการเกิดตะกอน (critical coagulation concentration, CCC) เข้าสู่ชั้นของน้ำยางโดยตรง เมื่อนำน้ำยาง 2 ชนิด คือ น้ำยางข้นที่เก็บรักษาสภาพน้ำยางด้วยแอมโมเนีย (ammoniated concentrated latex) กับน้ำยางสดที่ไม่ได้ใส่สารรักษาสภาพน้ำยาง (freshly-tapped latex) มาแยกอนุภาคยางออกจากน้ำยางด้วยเทคนิคเฟสทรานสเฟอร์ โดยการใช้เตตระเดซิลไตรเมทิลแอมโมเนียมโบรไมด์ พบว่า ในน้ำยางข้นนั้น หลังจาก เกิดการเคลื่อนย้ายแล้วจะสังเกตเห็นสารละลายผสมแยกออกเป็น 3 ชั้น ได้แก่ ชั้นของ ตัวทำละลายอินทรีย์ที่มียางธรรมชาติละลายอยู่ (มีปริมาณไนโตรเจน (ซึ่งบ่งชี้ปริมาณ โปรตีน) 0.21±0.02 เปอร์เซนต์โดยน้ำหนัก) ชั้นของยางที่ไม่ละลาย (weak-gel rubber) ซึ่งอยู่ระหว่างชั้นของตัวทำละลายอินทรีย์กับชั้นน้ำ มีปริมาณไนโตรเจน 0.81±0.06 เปอร์เซนต์โดยน้ำหนัก และชั้นน้ำ สำหรับในน้ำยางสดหลังจาก เกิดการเคลื่อนย้ายแล้วจะสามารถสังเกตเห็นสารละลายผสมแยกออกเป็น 3 ชั้นเช่นกัน แต่ที่ชั้นระหว่างตัวทำละลายอินทรีย์กับชั้นน้ำจะพบตะกอนของแข็ง (มีปริมาณไนโตรเจน 8.87±0.10 เปอร์เซนต์โดยน้ำหนัก) เท่านั้น ไม่พบยางที่ไม่ละลาย ส่วนชั้นของตัว ทำละลายอินทรีย์ที่มียางธรรมชาติละลายอยู่มีปริมาณไนโตรเจน 0.25±0.03 เปอร์เซนต์ โดยน้ำหนัก จากผลการทดลองที่ได้ประกอบกับความรู้เกี่ยวกับรูปแบบลักษณะการจัดโครงสร้าง ของเยื่อชีวภาพ (model of biological membrane) ในรูปแบบต่างๆ และโครงสร้าง ของอนุภาคยางที่ได้จากการศึกษาด้วยวิธีต่างๆ การศึกษานี้สามารถเสนอว่า อนุภาคยาง ประกอบด้วยเยื่อชั้นเดียวหุ้มอยู่ เยื่อนี้ประกอบด้วยลิปิดและโปรตีนชนิดต่างๆ โดยโปรตีน เหล่านี้มีทั้งที่ยึดติด (bound proteins) และไม่ยึดติดกับโมเลกุลยาง (free proteins)