人造橡胶是怎么进行的?

发布网友 发布时间：2022-10-15 17:08

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热心网友 时间：2023-10-10 03:23

橡胶硫化后使它获得较广泛的应用，从炎热的南美洲野橡胶树切口流出的天然橡胶供不应求了。1876年，英国的巴西咖啡种植园主维克汉秘密收集了7万多颗野生橡胶树的优良种子作为稀有植物标本偷偷运送到英国港口城市利物浦，英国当局立即在皇家植物园进行精心栽培，虽然仅有4％的种子发芽，但毕竟成活了。于是幼苗被运往东南亚殖民地即今天的斯里兰卡、马来西亚等地，开辟了橡胶园。于是野生橡胶被种植橡胶代替，橡胶供应得到缓解。

20世纪50年代初，橡胶树北迁试种在我国获得成功，打破了国际上长期认为北纬17度以北是橡胶禁区的结论。在北纬18~24度的广西、云南等地区大面积种植了橡胶树。

1888年，英国人邓洛普组建的橡胶公司首先制成可以充气的橡胶车胎，供自行车、汽车、飞机使用，使橡胶制品从雨衣、雨鞋转入各种车辆轮胎的制造。种植橡胶的供应量虽然到1912年已经超过了巴西的出口量，但已供不应求了。20世纪初，汽车、飞机需要量大增，更感供应不足。1942年，日本占领东南亚，割断全世界90％的橡胶供应，于是人造橡胶应需求而生。

石油化工的成果给人造橡胶提供了原料，促进了人造橡胶的生产。

化学家们对天然橡胶化学成分的分析和高分子化学理论的研究使人造橡胶得以实现。

天然橡胶的化学成分早在1826年经英国化学家法拉第分析，确定它是碳和氢的化合物。

1860年，英国斯旺西师范学院化学讲师威廉斯将橡胶蒸馏，获得产物，鉴定是异戊二烯，是分子中含有5个碳原子并且有2个双键的烯烃CH2CH—CCH3CH2，是正戊烯的同分异构物，是橡胶的基本组成成分。

1879年，法国化学家布却特在实验室中将异戊二烯与氯化氢作用，得到具有弹性的类似橡胶的物质。

1882年，英国马逊大学化学教授蒂尔登从松节油得到异戊二烯，盛装在瓶中。几年后，在1892年打开瓶塞时，发现淡*黏稠体漂浮在液体中，确定此黏稠体正是橡胶。这可被认为是最早合成的人造橡胶，现在存在于英国南肯辛顿科学博物馆中。

1905~1912年，德国柏林大学化学教授哈里斯利用臭氧（O3）使天然橡胶降解，确定天然橡胶的分子是线型分子，分子中组成单位异戊二烯头尾相接。

20世纪20年代初，德国化学家斯陶丁格提出高分子化合物概念，把当时看作是低分子的一些具有胶体特性的物质，淀粉、纤维素、蛋白质、橡胶等，认为是由几千到几万个碳原子连结成的大分子，提出聚合物概念。认为聚合物是指同一原子团重复以正常化合价联结起来的长链分子。

化学家们在了解到天然橡胶的化学组成和分子构造后就着手合成它了。

由于异戊二烯只能从松节油等少数天然物质中取得，要大规模地将它投入生产人造橡胶似乎有些不可能。于是，化学家们找到来自石油化学加工的产品如丁二烯、苯乙烯、异丁烯等与异戊二烯类似的具有双键的化合物作为人造橡胶的原料。

第一个人工合成的人造橡胶是甲基橡胶。1900年俄罗斯化学家康达柯夫提出的。他发现一种与异戊二烯相似的化合物2，3-二甲基-1，3-丁二烯【H2CC（CH3）—C（CH3）CH2】，可以聚合成橡胶类似物。这一物质可以利用丙酮制取。德国在第一次世界大战期间（1914~1919年）在西北部化学工业中心莱弗库森建厂生产了甲基橡胶2000吨以上，供卡车轮胎制造。但是轮胎很快就被磨损，如果添加炭黑，情况也许会改变，同时由于当时没有设计盛一条比较有效的生产线，需要在30~70℃下聚合2~6个月，产品不但质量差，而且成本也高，因此第一次世界大战后即停止生产。

由于对橡胶的需求，德国化学工业不断继续寻找新方法。20世纪30年代，德国闻名的巴迪舍苯胺和纯碱工厂的科技人员用丁二烯分别与苯乙烯、丙烯腈共聚合，生产布纳S和布纳N两种合成橡胶。金属钠在它们聚合反应中用作催化剂。S是“苯乙烯”一词的第一个字母；N是“丙烯腈”一词中“腈”的第一个字母。我们将布纳S称为丁苯橡胶，布纳N称为丁腈橡胶。

丁苯橡胶在当时由于质量远不能与天然橡胶相比，未立即投入工业生产。而丁腈橡胶因具有耐油特性。1935年就开始有商品出售。第二次世界大战期间（1941~1946年），由于天然橡胶奇缺，经过改进生产工艺后生产出耐磨损、耐老化和抗臭氧等优良质量的橡胶，并能与天然橡胶以任意比例混合，成为今天合成橡胶中生产量最大的品种。我国生产的丁苯橡胶有丁苯-10、丁苯-30和丁苯-50等不同品种。后面的数字表示单体苯乙烯在单体总重量分数（100重量分数）中所占的重量分数。苯乙烯含量增多，耐溶剂性能增加、弹性下降、可塑性上升、耐磨性提高、硬度加大。登山运动员穿着的登山鞋便是丁苯—50橡胶的制品。如果苯乙烯配比在50重量分数以上所得的丁苯橡胶称为高苯乙烯丁苯橡胶。它具有塑料的属性了。

美国生产的第一种人造橡胶是聚硫化物，是在1927年由帕特里克和诺金用二氯乙烷【Cl（CH2）2Cl】和四硫化钠（Na2S4）进行缩聚反应制得。缩聚反应和聚合反应一样生成聚合物，只是除生成聚合物外还生成了小分子副产物。

它是一种抗溶剂的弹性体，我们称为聚硫橡胶。这种橡胶具有令人非常不愉快的嗅味，用做包裹电缆外皮和制作汽油软管。这种橡胶还可以制成低聚的液体，若在室温下添加二氧化铅，很容易转变成固体弹性体，广泛用做堵塞漏缝的材料和固体火箭推进剂的包装材料。

另一种美国首创的人造橡胶是新戊二烯，我们称它为氯丁橡胶，是20世纪30年代尼龙创造人卡罗泽斯和他的同事们研制成功的。这是利用氯丁二烯（CH2CCl-CHCH2）聚合而成，是利用乙炔为基本原料制成的。

氯丁橡胶的耐磨耐热性能都比较好，有“万能橡胶”的美称，用做电缆包皮、胶管、运输带、轮胎的制造。

20世纪30年代，美国还开拓一种丁基橡胶，是由异丁烯和少量（2.5％）异戊二烯在三氯化铝AlCl3催化作用下共聚合制成，它是由美国标准石油公司的两位化学家斯帕克斯和托麦斯研究制成的。

这种橡胶的气体密封性很好，是其他任何橡胶不可相比的，是制造轮胎内胎、探测气球、防辐射手套和其他气密要求高的制品材料。它还有很好的耐酸和有机溶剂性能，因此用于化工设备的内衬。

在前苏联，差不多和在德国、美国一样，也在从事人造橡胶的研究。1926年，前苏联最高经济会议悬赏征求制取合成橡胶的方法。1927年12月31日悬赏征求限期前一天，前苏联化学家列别捷夫上交了实验室中合成的人造橡胶2000克。1928年两座试验工厂开工，1933年开始工业生产。这是利用丁二烯在金属钠的催化作用下聚合而成。

因而它被我们称为丁钠橡胶。列别捷夫还创造从乙醇制取丁二烯的方法，而乙醇可以利用廉价的马铃薯发酵制取，于是土豆变成了橡胶。可惜聚丁二烯橡胶质量不好，没有得到大力发展。

1953~1955年出现齐格勒·纳塔催化剂，定向聚合物得以合成。定向聚丁二烯得到化学家们的青睐，于是在1958~1962年，合成橡胶工业发展了三种新型品种：顺式聚丁二烯橡胶（简称顺丁橡胶）、顺式聚异戊二烯橡胶（又称异戊橡胶）和乙丙橡胶。

化合物的分子是有立体结构的。天然橡胶分子中的单体异戊二烯就有顺式和反式两种立体异构聚合物。天然橡胶98％以上是顺式结构，古塔胶（又称古塔波橡胶）和杜仲胶是反式结构。古塔胶由马来西亚、印度尼西亚等热带地区产的山榄科植物的树成和树叶中的乳胶制得。我国的杜仲树也含这种胶。

顺丁橡胶就是顺式丁二烯的聚合物顺丁橡胶弹性好而且耐磨显著，并在20世纪60年代中期和末期发展很快，就产量而言，它仅次于丁苯橡胶而高于氯丁橡胶居第二位。

异戊二烯橡胶中的单体异戊二烯本是化学家们长期以来想从天然橡胶中找到的单体。化学家们在寻找它以聚合成天然橡胶期间里不得不以它的类似化合物取代，制成了各式各样的橡胶。随着石油化学加工方法的不断发展，异戊二烯被生产出来。但是由于许多生产异戊二烯的方法还不够完善，因而用它聚合成聚异戊二烯橡胶仍有不少困难。这种橡胶与其他合成橡胶相比，就成分来说，它是一种合成的天然橡胶；就性能来说，虽然在某些方面超过了天然橡胶，但是在加工性能、弹性等方面还不如天然橡胶，而且做成的轮胎在行驶中产生的热量大。

乙丙橡胶是由乙烯和丙烯共聚合而成。

乙丙橡胶于1954年合成，1960年正式投入工业生产。各国普遍重视乙丙橡胶生产的原因是原料丰富，价廉易得，产品具有耐臭氧、耐老化、电绝缘性等性能。但不易硫化和不易黏接等问题*了它的应用。