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合成橡膠的歷史
閱讀：1432 發(fā)布時(shí)間：2011-4-9
人類使用天然橡膠的歷史已經(jīng)有好幾個(gè)世紀(jì)了。哥倫布在發(fā)現(xiàn)新大陸的航行中發(fā)現(xiàn)，南美洲土著人玩的一種球是用硬化了的植物汁液做成的。哥倫布和后來的探險(xiǎn)家們無不對(duì)這種有彈性的球驚訝不已。一些樣品被視為珍品帶回歐洲。后來人們發(fā)現(xiàn)這種彈性球能夠擦掉鉛筆的痕跡，因此給它起了一個(gè)普通的名字“擦子（rubber）”。這仍是現(xiàn)在這種物質(zhì)的英文名字。這種物質(zhì)就是橡膠。但是直到1839年，美國人古德伊爾（Charles Goodyear）成功地將天然橡膠進(jìn)行了硫化后，橡膠才成為有使用
價(jià)值的材料。通過與硫磺一起加熱進(jìn)行硫化，實(shí)現(xiàn)了橡膠分子鏈的交聯(lián)，使橡膠具備了良好的彈性。為什么橡膠會(huì)有彈性呢？讓我們分析一下橡膠的分子結(jié)
構(gòu)。天然橡膠分子的鏈節(jié)單體為異戊二烯。我們知道高分子中鏈與鏈之間的分子間力決定了其物理性質(zhì)。在橡膠中，分子間的作用力很弱，這是因?yàn)殒湽?jié)異戊二烯不易于再與其他鏈節(jié)相互作用。好比兩個(gè)朋友想握手，但每個(gè)人手上都拿著很多東西，因此握手就很困難了。橡膠分子之間的作用力狀況決定了橡膠的柔軟性。橡膠的分子比較易于轉(zhuǎn)動(dòng)，也擁有充裕的運(yùn)動(dòng)空間，分子的排列呈現(xiàn)出一種不規(guī)則的隨意的自然狀態(tài)。在受到彎曲、拉長(zhǎng)等外界影響時(shí)，分子被迫顯出一定的規(guī)則性。當(dāng)外界強(qiáng)制作用消除時(shí)，橡膠分子就又回原來的不規(guī)則狀態(tài)了。這就是橡膠有彈性的原因。由于分子間作用力弱，分子可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)，分子鏈間缺乏足夠的聯(lián)結(jié)力，因此，分子之間會(huì)發(fā)生相互滑動(dòng)，彈性也就表現(xiàn)不出來了。這種滑動(dòng)會(huì)因分子間相互纏繞而減弱。可是，分子間的纏繞是不穩(wěn)定的，隨著溫度的升高或時(shí)間的推移纏繞會(huì)逐漸松開，因此有必要使分子鏈間建立較強(qiáng)固的聯(lián)接。這就是古德伊爾發(fā)明的硫化方法。硫化過程一般在攝氏140-150度的溫度下進(jìn)行。當(dāng)時(shí)古德伊爾的小火爐正好起了加熱的作用。硫化的主要作用，簡(jiǎn)單地說，就是在分子鏈與分子鏈之間形成交聯(lián)，從而使分子鏈間作用力量增強(qiáng)。
在過去的幾千年間，人們所坐的車使用的一直是木制輪子，或者再在輪子周圍加上金屬輪輞。在古德伊爾發(fā)明了實(shí)用的硫化橡膠之后的1845年，英國工程師R．W．湯姆森在車輪周圍套上一個(gè)合適的充氣橡膠管，并獲得了這項(xiàng)設(shè)備的，到了1890年，輪胎被正式用在自行車上，到了1895年，被用在各種老式汽車上。盡管橡膠是一種柔軟而易破損的物質(zhì)，但卻比木頭或金屬更加耐磨。橡膠的耐用、減震等性能，加上充氣輪胎的巧妙設(shè)計(jì)，使乘車的人覺得比以往任何時(shí)候都更加舒適。隨著汽車數(shù)量的大量增加，用于制造輪胎的橡膠的需求量也變成了天文數(shù)字。如此廣泛的應(yīng)用使天然橡膠供不應(yīng)求。面對(duì)橡膠生產(chǎn)的嚴(yán)峻形勢(shì)，各國競(jìng)相研制合成橡膠。
在過去的幾千年間，人們所坐的車使用的一直是木制輪子，或者再在輪子周圍加上金屬輪輞。在古德伊爾發(fā)明了實(shí)用的硫化橡膠之后的1845年，英國工程師R．W．湯姆森在車輪周圍套上一個(gè)合適的充氣橡膠管，并獲得了這項(xiàng)設(shè)備的，到了1890年，輪胎被正式用在自行車上，到了1895年，被用在各種老式汽車上。盡管橡膠是一種柔軟而易破損的物質(zhì)，但卻比木頭或金屬更加耐磨。橡膠的耐用、減震等性能，加上充氣輪胎的巧妙設(shè)計(jì)，使乘車的人覺得比以往任何時(shí)候都更加舒適。隨著汽車數(shù)量的大量增加，用于制造輪胎的橡膠的需求量也變成了天文數(shù)字。如此廣泛的應(yīng)用使天然橡膠供不應(yīng)求。面對(duì)橡膠生產(chǎn)的嚴(yán)峻形勢(shì)，各國競(jìng)相研制合成橡膠。
人們首先想到的是用天然橡膠的結(jié)構(gòu)單元--異戊二烯來制造合成橡膠。早在1880年，化學(xué)家們就發(fā)現(xiàn)，異戊二烯放置過久就會(huì)變軟發(fā)動(dòng)，經(jīng)酸化處理后則會(huì)變成類似橡膠的物質(zhì)。德皇威廉二世曾讓人用這種物質(zhì)制成*汽車的輪胎，借以炫耀德國化學(xué)方面的高超技藝。然而，用異戊二烯作為合成橡膠的原料，有兩個(gè)困難：一是異戊二烯的主要來源正是天然橡膠本身；二是在天然橡膠長(zhǎng)鏈中，所有的異戊二烯單元都朝向同一方向；在固塔坡膠長(zhǎng)鏈中，它們則是嚴(yán)格地按照一正一反的方向排列的，而人工聚合時(shí)異戊二烯單元往往是毫無規(guī)律地聚合在一起，得到的是一種既不是橡膠也不是固塔坡膠的物質(zhì)。這種物質(zhì)缺少橡膠的彈性和柔性，用不了多久就會(huì)變粘，所以不能用來制造汽車輪胎（僅用于國事活動(dòng)的*汽車當(dāng)然是個(gè)例外）。
在*次世界大戰(zhàn)期間，迫于橡膠匾乏，德國人采用了二甲基丁二烯聚合而成甲基橡膠，這種橡膠可以大量生產(chǎn)，而且價(jià)格低廉。在*次世界大戰(zhàn)期間，德國大約生產(chǎn)了2500噸甲基橡膠。盡管這種橡膠的耐壓性能不理想，戰(zhàn)后便被淘汰了，但它畢竟是*種具有實(shí)用價(jià)值的合成橡膠。
大約在1930年，德國和蘇聯(lián)用丁二烯作為單體，金屬鈉作為催化劑，合成了一種叫做丁鈉橡膠。作為一種合成橡膠，丁鈉橡膠對(duì)于應(yīng)付橡膠匾乏而言還算是令人滿意的。與其它單體共聚可以改善了鈉橡膠的性能。如與苯乙烯共聚得到丁苯橡膠（Buna-S），它的性質(zhì)與天然橡膠極其相似。事實(shí)上，在第二次世界大戰(zhàn)期間，德國*就是因?yàn)橛卸”较鹉z，橡膠供應(yīng)才沒有出現(xiàn)嚴(yán)重短缺現(xiàn)象。蘇聯(lián)也用同樣的方法向自己的*提供橡膠。
美國在戰(zhàn)后大力研究合成橡膠。首先合成了氯丁橡膠，氯原子使氯丁橡膠具有天然橡膠所不具備的一些抗腐蝕性能。例如，它對(duì)于汽油之類的有機(jī)溶劑具有較高的抗腐蝕性能，遠(yuǎn)不像天然橡膠那樣容易軟化和膨脹。因此，像導(dǎo)油軟管這樣的用場(chǎng)，氯丁橡膠實(shí)際上比天然橡膠更為適宜。氯丁橡膠清楚地表明，正如在許多其他領(lǐng)域一樣，在合成橡膠領(lǐng)域，試管中的產(chǎn)物并不一定只能充當(dāng)天然物質(zhì)的代用品，它的性能能夠比天然物質(zhì)更好。
1955年美國人利用齊格勒在聚合乙烯時(shí)使用的催化劑（也稱齊格勒——納塔催化劑）聚合異戊二烯。用人工方法合成了結(jié)構(gòu)與天然橡膠基本一樣的合成天然橡膠。不久用乙烯、丙烯這兩種zui簡(jiǎn)單的單體制造的乙丙橡膠也獲成功。此外還出現(xiàn)了各種具有特殊性能的橡膠?，F(xiàn)在合成橡膠的總產(chǎn)量已經(jīng)大大超過了天然橡膠。