我們在生活中,會遇到形形色色的橡膠制品:扎小辮兒的皮筋,除去鉛筆跡的橡皮擦,上體育課用的籃球、小足球,以及球鞋、雨靴、軟管、輪胎……
它們最大的特點是富有彈性。人們對橡膠感興趣,正是看中了它的彈性。最早的自行車裝的是木輪子,騎起來顛簸得厲害。自從發(fā)現(xiàn)橡膠以后,人們在木輪的外緣鑲上橡膠,自行車行駛起來平穩(wěn)多了。后來,充氣的橡膠輪胎代替了實心的橡膠木輪,自行車才有了今天的模樣。我們走路、爬山,要穿橡膠底鞋子。汽車翻山越野,飛機起飛降落,橡膠輪胎就是它們的鞋子。全世界80%的橡膠用來制造輪胎。有趣的是,橋梁的底座上也襯有厚厚的橡膠支承墊,連同日常生活中使用的橡膠制品,都是利用橡膠的彈性。
但是,橡膠有的黑有的白,這是如何區(qū)分和規(guī)定的呢?
橡膠的故鄉(xiāng)在南美洲。那兒生長著一種橡膠樹,割破樹皮會流出白色的膠乳,一滴一滴流淌下來。當(dāng)?shù)氐挠〉诎踩税堰@種膠乳叫做“樹的眼淚”。他們將膠乳凝結(jié)后做成圓球,一邊唱著歌,一邊圍著圓圈跳舞,把球傳來傳去。球兒落地,還能高高地彈起。這是他們最快活的游戲了。當(dāng)時,印第安人玩的橡膠實心球是生膠制的。天然的生膠雖然有彈性,但它的大分子鏈條好像許多單根的彈簧,散亂地堆積在一起,彈性并不很大,而且這些彈簧容易拆開、分離,所以生膠一拉就斷,沒有韌性,稍稍受熱就發(fā)黏、變軟。
美國有一個貧窮的發(fā)明家古德意,他決心把生膠改造成既富有彈性又堅韌結(jié)實的理想材料。他對橡膠著迷30多年,但是卻一生貧困潦倒。古德意的家鄉(xiāng)流傳著這樣的故事:你想找到古德意這個人嗎?看,那就是!他頭戴橡皮帽,身披橡膠襯里的風(fēng)衣,里面穿著橡皮背心,下身套著橡皮褲子,腳登膠靴,手里拎個膠皮錢包——里面沒有一文錢。古德意在生膠里摻進氧化鎂,用石灰水煮,也試過用硝酸煮,還試過在生膠表面撒硫磺,放在太陽下曬等等。各種試驗都失敗了,后來,他在坩堝里加進生膠塊、硫磺粉和松節(jié)油,放在火爐上煮。不小心,從坩堝里蹦出一塊膠,落入火焰,盡管燒焦了,卻沒有發(fā)黏。古德意高興得跳起來,經(jīng)過摻硫加熱得到的橡膠,正是他朝夕盼望的材料。
在今天的橡膠工廠里,這叫做“硫化”工藝。從此,生膠被改造成了有用的材料。古德意的硫化工藝后來被化學(xué)家弄清楚了:硫原子在生膠的大分子鏈節(jié)之間建立起“橋梁”,好像做沙發(fā)時一個個彈簧互相之間用麻繩、鐵絲勾聯(lián)成一個整體,彈性好,又不松散。
橡膠里摻上炭黑,可以變硬,耐磨。鞋底、橡膠輪胎的黑顏色,就是炭黑造成的。白橡膠里不加炭黑,改加白色的碳酸鈣、飲白粉等填料。擦鉛筆字的橡皮只能用白橡膠做,總不能擦去了鉛筆字卻留下了黑色的痕跡吧。因此,橡膠的黑與白,不是隨隨便便挑選的顏色。
相比天然橡膠,合成橡膠是由分子量較低的單體經(jīng)聚合反應(yīng)而成的,其基本成分是丁二烯及異戊二烯分子。
天然橡膠在耐寒性、彈性等方面均優(yōu)于目前任何合成橡膠。如何用合成方法,制出性能與天然橡膠相仿的橡膠品種,是人們百余年來探索的重大課題。
100多年前人們已經(jīng)基本弄清天然橡膠的組成和結(jié)構(gòu),但是大量制取合成聚戊二烯橡膠還是20世紀(jì)50年代才開始的。50年代后人們才從石油產(chǎn)品中大量生產(chǎn)異戊二烯,真正使異戊二烯聚合成聚戊二烯是1954年才實現(xiàn)的。因為那一年發(fā)現(xiàn)了新型的聚合催化劑——鈦催化劑和鋰催化劑。在鈦、鋰催化劑催化下,合成橡膠中順式聚合體的含量可分別達(dá)到97%和92%,而天然橡膠中為98%。后來,我國化學(xué)家研制出一種稀土催化劑,其工藝流程和經(jīng)濟效益均超過鈦、鋰催化劑。
合成橡膠的性能和種類因單體不同而異。按照不同的性能和用途,可分為通用橡膠和特種橡膠兩類。通用橡膠有丁苯橡膠(單體為丁二烯、苯乙烯)、順丁橡膠(單體為丁二烯)、異戊橡膠(單體為異戊二烯)、氯丁橡膠(單體為氯丁二烯)、乙丙橡膠(單體為乙烯、丙烯)、丁基橡膠(單體為異丁烯、異戊二烯)、丁腈橡膠(單體為丁二烯、丙烯腈)。特種橡膠主要有硅橡膠、氟橡膠和聚氨酯橡膠。生產(chǎn)合成橡膠所需的單體,主要來自石油化工產(chǎn)品。
補充資料:
天然橡膠制品的物理特性:
天然橡膠在常溫下具有較高的彈性,稍帶塑性,具有非常好的機械強度,滯后損失小,在多次變形時生熱低,因此其耐屈撓性也很好,并且因為是非極性橡膠,所以電絕緣性能良好。
天然橡膠制品的化學(xué)特性:
因為有不飽和雙鍵,所以天然橡膠是一種化學(xué)反應(yīng)能力較強的物質(zhì),光、熱、臭氧、輻射、屈撓變形和銅、錳等金屬都能促進橡膠的老化,不耐老化是天然橡膠的致命弱點,但是,添加了防老劑的天然橡膠,有時在陽光下曝曬兩個月依然看不出多大變化,在倉庫內(nèi)貯存三年后仍可以照常使用。
天然橡膠制品的耐介質(zhì)特性:
天然橡膠有較好的耐堿性能,但不耐濃強酸。由于天然橡膠是非極性橡膠,只能耐一些極性溶劑,而在非極性溶劑中則溶脹,因此,其耐油性和耐溶劑性很差,一般說來,烴、鹵代烴、二硫化碳、醚、高級和高級脂肪酸對天然橡膠均有溶解作用,但其溶解度則受塑煉程度的影響,而低級、低級酯及醇類對天然橡膠則是非溶劑。