橡胶历史
rubber这个词来源于印第安语cau-uchihu,意思是“哭泣的树”。天然橡胶是由三叶橡胶树流出的乳胶凝结干燥而成(见图)。1770年,英国化学家J. priestley发现橡胶可以用来擦掉铅笔字迹。当时用于此目的的材料叫橡胶,一直沿用至今。橡胶的分子链可以交联,交联后的橡胶在受到外力变形时具有快速恢复的能力,具有良好的物理机械性能和化学稳定性。橡胶是橡胶工业的基础原料,广泛用于制造轮胎、软管、胶带、电缆等橡胶制品。
种类
橡胶按原料分为天然橡胶和合成橡胶。按形态分为块状生胶、乳胶、液体橡胶、粉末橡胶。乳胶是橡胶的胶体水分散体;液体橡胶是橡胶的低聚物,硫化前通常是粘稠的液体;粉末橡胶是将胶乳加工成粉末,便于配料和加工。20世纪60年代发展起来的热塑性橡胶,是通过热塑性塑料不经化学硫化的加工方法形成的。橡胶按用途分为通用型和专用型。
因为橡胶综合性能好,用途广泛。主要包括:①天然橡胶。它由巴西橡胶树的胶乳制成,其基本化学成分是顺式聚异戊二烯。弹性好,强度高,综合性能好。②异戊橡胶。全称是顺式-1,4-聚异戊二烯橡胶,是一种由异戊二烯制成的高顺式合成橡胶,由于其结构和性能与天然橡胶相似,所以又称为合成天然橡胶。③丁苯橡胶。简称SBR,由丁二烯和苯乙烯共聚而成。按生产方法分为乳液聚合丁苯橡胶和溶液聚合丁苯橡胶。其综合性能和化学稳定性良好。④丁二烯橡胶。全称是顺式-1,4-聚丁二烯橡胶,缩写为BR,由丁二烯聚合而成。与其他通用橡胶相比,硫化顺丁橡胶具有优异的耐寒性、耐磨性和弹性,动载荷下生热少,耐老化性能好,易于与天然橡胶、氯丁橡胶、丁腈橡胶并用。
特种橡胶是指具有某些特殊性能的橡胶。主要包括:①氯丁橡胶。简称CR,由氯丁二烯聚合而成。具有良好的综合性能,耐油性、阻燃性、抗氧化性和耐臭氧性。但密度大,常温下易结晶硬化,储存性差,耐寒性差。②丁腈橡胶。丁腈橡胶简称NBR,是由丁二烯和丙烯腈共聚而成。良好的耐油性和耐老化性,可在120℃的空气中或150℃的油中长期使用。此外,它还具有耐水性、气密性和优异的粘结性能。③硅橡胶。主链由硅原子和氧原子交替组成,硅原子上有有机基团。耐高低温、耐臭氧、电绝缘性好。(4)氟橡胶。分子结构中含有氟原子的合成橡胶。通常用共聚物中含氟单元的氟原子数来表示,如氟橡胶23,是偏二氟乙烯和三氟氯乙烯的共聚物。氟橡胶耐高温、耐油、耐化学腐蚀。(5)聚硫橡胶。它由碱金属或碱土金属的二卤化物和多硫化物缩聚而成。具有优异的耐油性和耐溶剂性,但强度不高,耐老化性和加工性不好,气味难闻。它主要与丁腈橡胶一起使用。此外,还有聚氨酯橡胶、氯醇橡胶、丙烯酸酯橡胶等。
合成橡胶的想法源于对天然橡胶的分析和模仿。合成橡胶工业的诞生和发展取决于原料的来源、单体制造技术的成熟以及单体、催化剂和聚合方法的选择。此外,由于橡胶是交通工具(汽车和飞机轮胎等)的主要材料。),它的发展与战争中对橡胶的需求密切相关。合成橡胶诞生于第一次世界大战期间,少量生产以满足战争的迫切需要。合成橡胶工业建立于20世纪30年代初。第二次世界大战促进了多品种、多性能合成橡胶工业的迅速发展。20世纪50年代初,齐格勒-纳塔催化剂发明,单体制造技术相对成熟,使合成橡胶工业进入合成结构规整橡胶的全新阶段。20世纪60年代以后,合成橡胶的产量开始超过天然橡胶。
天然橡胶的分析与仿制1826年,M·法拉第首先对天然橡胶进行了化学分析,确定了天然橡胶的实验分子式为C5H8。
在1860中,C.G. Williams从天然橡胶的热解产物中分离出C5H8,命名为异戊二烯,并指出异戊二烯在空气中会被氧化成白色弹性体。在1879中,G. Bouchard通过热裂解制备异戊二烯,并使异戊二烯再次成为弹性体。虽然这种弹性体的结构和性能与天然橡胶有很大的不同,但已经完全证实,用低分子单体合成橡胶是可能的。
合成橡胶的诞生1900 ил。Kondakov用2,3-二甲基-1,3-丁二烯合成了仿皮弹性体。第一次世界大战期间,德国海上运输被封锁,切断了天然橡胶的进口。1917年,他们首次用2,3-二甲基-1,3-丁二烯生产出合成橡胶,命名为甲基橡胶W和甲基橡胶h。
甲基橡胶W是由2,3-二甲基-1,3-丁二烯在70℃下热聚合5个月制得,而甲基橡胶H是由上述单体在30 ~ 35℃下聚合3 ~ 4个月制得的硬质橡胶。战争期间甲基橡胶共生产2350t,这种橡胶的性能比天然橡胶差很多,而且当时单体的合成和聚合技术落后,所以战后就停产了。
合成橡胶工业的建立和发展1927 ~ 1928,美国J.C. Patrick首先合成了聚硫橡胶(聚乙烯四硫化物)。W.H. carothers用J.A. Newland的方法合成了2-氯-1,3-丁二烯,并制备了氯丁橡胶。1931年,杜邦公司进行小规模生产。苏联用с β列别捷夫法由醇合成丁二烯,用金属钠作催化剂进行液相本体聚合制备钠化丁二烯橡胶。1931建万吨生产厂。同期德国用乙炔合成丁二烯,也用钠作催化剂制备钠化丁二烯橡胶。20世纪30年代初,由于德国人h·施陶丁格(1932)建立了大分子长链结构理论,苏联人h·h·谢苗诺夫(1934)建立了链聚合理论,奠定了高分子科学的基础。同时,聚合工艺和橡胶质量也得到了显著提高。这一时期具有代表性的橡胶品种有:丁二烯和苯乙烯共聚而成的丁苯橡胶,丁二烯和丙烯腈共聚而成的丁腈橡胶。1935年我公司首次生产丁腈橡胶,1937年我公司在布纳化工厂建成丁苯橡胶工业生产装置。丁苯橡胶因其优异的综合性能仍是合成橡胶中最大的品种,而丁腈橡胶是耐油橡胶,仍是特种橡胶的主要品种。20世纪40年代初,由于战争的迫切需要,促进了丁基橡胶技术的发展和生产。1943年,美国开始丁基橡胶的试制。到1944年,美国和加拿大的丁基橡胶年产量分别为1320t和2480t。丁基橡胶是一种合成橡胶,气密性好,最适合做轮胎内胎。后来,出现了许多特种橡胶的新品种。如美国通用电气公司在1944开始生产硅橡胶,德国和英国在40年代初生产聚氨酯橡胶(见聚氨酯)。第二次世界大战期间,日本占领了马来西亚等天然橡胶产区,进一步加速了北美和苏联合成橡胶的研究和生产,使世界合成橡胶产量从1939年的23.12kt急剧增加到1944年的885.5kt。战后由于天然橡胶供应恢复,合成橡胶产量从1945到1952在432.9~893.9kt区间波动。
20世纪50年代中期,发明了齐格勒-纳塔和锂系列等新催化剂。石油工业为合成橡胶提供了大量的高级单体;人们已经逐渐认识到橡胶分子的微观结构对橡胶性能的重要性。再加上用新型催化剂开发的溶液聚合技术,有可能有效控制橡胶分子的立构规整性。这些因素使合成橡胶工业进入了生产有规立构橡胶的全新阶段。代表产品有高顺式-1,4-聚异戊二烯橡胶,60年代初投产,简称合成天然橡胶;高反式-1,4-聚异戊二烯,也称为合成古塔胶;和高顺式、中顺式和低顺式-1,4-聚丁二烯橡胶,称为顺式-丁二烯橡胶。此外,还有通过溶液苯乙烯-丁二烯和乙烯-丙烯共聚制备的乙丙橡胶。在此期间,特种橡胶也取得了相应的发展,合成了耐高温、耐多种介质、耐溶剂或同时耐高温、耐油的橡胶品种。其代表品种有氟橡胶和新型丙烯酸酯橡胶。20世纪60年代,合成橡胶工业的特点是新品种不断开发,产量大幅增加,出现了各种形式的橡胶,如液体橡胶、粉末橡胶和热塑性橡胶,目的是简化橡胶加工工艺,降低能耗。到了70年代后期,合成橡胶基本可以代替天然橡胶制作各种轮胎和制品,一些特殊的合成橡胶具有天然橡胶所没有的性能。
1950年合成橡胶产量达到600 kt左右。20世纪50年代以后,由于石化工业的快速发展,相应的合成橡胶产量几乎每5年增加约1000kt(见表)。1979年突破9000kt,达到一个峰值。1980年产量开始下降,随后几年稳定在8000kt左右,约为天然橡胶产量的两倍,合成橡胶年产量达到12 mt左右,到2007年,全球橡胶总产量为2323万吨,其中天然橡胶968万吨,合成橡胶1332万吨。
文献学
G.合成橡胶,约翰威利& amp纽约,1954。