天然橡胶是由约94%的高顺式聚异戊二烯和约6%的非胶物质组成的天然高分子材料。由于其具有优异的综合性能,被广泛应用于国防、工业、医用等方面,是关系国计民生和国家安全的一种重要战略资源和基础工业原料。天然橡胶优异性能取决于其特殊的分子结构和物质组成。因此,对天然橡胶的分子结构进行精细表征以及研究非胶组分对特殊分子结构形成的影响,可为天然橡胶性能的提升以及仿生橡胶的合成提供理论基础。本论文以通用天然橡胶（俗称三叶橡胶）为研究对象,通过多种先进的测试手段表征分析了橡胶粒子与双电层结构、橡胶分子链及其网络结构,同时研究了蛋白质、磷脂等非胶组分对天然橡胶硫化交联网络构建的影响。论文主要内容摘要如下:（1）采用冷冻透射电镜（Cryo-TEM）以及随机光学重构显微镜（STORM）原位观测了橡胶粒子的形貌及其表面膜结构,并构建了相对完善的橡胶粒子模型。结果表明,橡胶粒子为具有核-膜结构的球形粒子,内核为橡胶烃,外膜为蛋白质和磷脂复合的单层膜;膜的厚度为4.6 nm。采用冷冻干燥-SEM与AFM研究了橡胶粒子在成膜过程中的变化规律以及蛋白质和磷脂对天然胶乳成膜性的影响。结果表明,蛋白质与磷脂对天然胶乳的成膜速率有重要影响;脱除蛋白质与磷脂可提高天然胶乳的成膜速率,但同时胶膜的力学性能降低。采用激光多普勒电泳技术分析了蛋白质和磷脂对橡胶粒子电动特性与双电层结构的影响。结果表明,蛋白质和磷脂含量的降低会导致橡胶粒子表面电荷减少,橡胶粒子电泳迁移率降低,胶乳稳定性下降。（2）采用核磁共振波谱仪（NMR）、傅立叶变换红外光谱（FTIR）与氮标记法对橡胶分子链侧基的种类与含量进行表征和分析。结果表明,橡胶分子链上醛基、羧基、环氧基、羟基、3,4-异戊二烯结构的含量分别为0.42%、0.03%、0.24%、0.02%、0.06%。采用多角激光光散射-粘度-示差折光三检测器串联的凝胶渗透色谱法（GPC-DPMALLS）与Mooney-Rivlin模型表征了橡胶分子链的支化结构与网络结构。结果表明,蛋白质和磷脂对橡胶分子链支化结构和物理网络结构的形成有显著影响。蛋白质和磷脂可作为交联点促使橡胶分子链形成支化和网络结构,从而使橡胶分子量增大。同时,研究了橡胶粒子粒径对橡胶分子链支化结构与分子量的影响。结果表明,小橡胶粒子中的分子链存在大量支化结构,其分子量较大,分子量分布较窄;而大橡胶粒子中的分子链主要为线型结构,其分子量较小,分子量分布较宽。而且大橡胶粒子中所含的分子链数目大于小橡胶粒子的分子链数目。平均粒径为106 nm的小橡胶粒子内约含有620根分子链;平均粒径为628 nm的大橡胶粒子中约含有339000根分子链。（3）研究蛋白质对天然橡胶硫化特性与硫化交联网络结构的影响,并从分子水平上探索蛋白质促硫化作用以及其参与硫化交联网络构建的机理。结果表明,蛋白质具有促硫化作用,可以降低硫化反应活化能,提高硫化反应速率。FTIR与X射线光电子能谱（XPS）分析表明,蛋白质促硫化的机理主要为蛋白质中的酰胺键与氧化锌形成配位络合物,增加氧化锌在硫化体系中溶解度,从而起到促进硫化的作用。同时蛋白质上存在-COOH与-OH,可与硫磺反应生成-SH、-CSOR、-CSSR,从而参与硫化交联网络的构建,增加硫化胶的交联密度,提升硫化胶的力学性能。（4）采用差示扫描量热法（DSC）与橡胶加工分析仪（RPA）分析了磷脂对天然橡胶硫化特性的影响。结果表明,磷脂会降低硫化反应的活化能,减少硫化时间,提高硫化反应速率。FTIR分析表明,磷脂促硫化的机理为磷脂水解产物中存在的羧基、磷酸根、胆碱基团会与氧化锌形成配位络合物,增加氧化锌在基体中的溶解度,从而促进硫化。采用TEM研究天然橡胶硫化交联网络的微观结构,并结合硫化胶能量耗散与断裂能的分析,阐明了磷脂参与天然橡胶硫化交联网络构建的机理以及其对硫化胶力学性能的贡献。结果表明,磷脂由于分子间作用力所构建的网络结构可以作为牺牲网络,增加能量耗散,提升硫化胶的韧性;同时,磷脂可作为新的硫化交联点,参与硫化交联网络的构建,增加硫化胶的交联密度,从而提升硫化胶的力学强度。