當(dāng)你從電影或畫(huà)報(bào)上看到我們祖國(guó)美麗的海南風(fēng)光的時(shí)候,你一定會(huì)贊賞著奇特、茂盛、常年碧綠的熱帶植物。在這些熱帶植物中有一種高大的橡膠樹(shù),當(dāng)人們用刀在樹(shù)桿上割開(kāi)一條切口時(shí),便會(huì)流出牛奶狀的白色樹(shù)汁。這種樹(shù)汁就叫做膠乳。若將膠乳經(jīng)過(guò)凝聚、脫水等加工,便得固體的橡膠,這就是天然橡膠。
橡膠是一種重要的戰(zhàn)略物資。一輛解放牌載重汽車(chē)就需橡膠200多公斤,一架?chē)姎馐斤w機(jī)要用十萬(wàn)個(gè)橡膠零部件,至于現(xiàn)代尖端科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,如導(dǎo)彈、火箭、宇宙飛船等更是需要大量不同性能的特種橡膠。在支授農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,排灌用的皮管、水泵及農(nóng)業(yè)機(jī)械上的輪胎、膠帶、輸送電力用的電線和電纜包皮等,都要用橡膠制造。
然而,天然橡膠的生產(chǎn)受到地區(qū)和氣候條件的限制,不僅在數(shù)量上,而且在性能上都滿(mǎn)足不了日益發(fā)展的需要。于是人們就想用合成的方法來(lái)制得橡膠。要想合成“天然橡膠”,就得了解天然橡膠。經(jīng)過(guò)不斷的研究,發(fā)現(xiàn)天然橡膠也是一種高分子化合物,它的平均分子量很大(約20萬(wàn)~40萬(wàn)),其基本成分是共軛二烯烴——異戊二烯。但是,在幾十年前,異戊二烯只能從松節(jié)油中制得,大規(guī)模生產(chǎn)有困難,而丁二烯來(lái)源較為豐富。因此,就發(fā)展了以丁二烯為基礎(chǔ)的一系列合成橡膠。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,單體種類(lèi)越來(lái)越擴(kuò)大,至今不但共軛二烯烴,而且許多單烯烴經(jīng)過(guò)聚合或共聚,都可以制得各種合成橡膠,如下表所示:
從這些單體出發(fā),經(jīng)過(guò)聚合反應(yīng),就可得到各種合成橡膠。在合成橡膠中,除了由一種單體參加聚合得到均聚物(如順丁橡膠)外,也有許多是由二種或二種以上單體通過(guò)共聚反應(yīng),制得共聚物(如丁苯橡膠)。即:
在聚合方法上,現(xiàn)在普遍采用的是溶液聚合和乳液聚合法。特別是乳液聚合,其反應(yīng)產(chǎn)物最初得到的是漿狀橡膠,外觀和性質(zhì)很象天然橡膠樹(shù)汁。在反應(yīng)中聚合熱容易導(dǎo)出,故反應(yīng)易于控制,制得的合成橡膠分子量較高,而且以水為介質(zhì),價(jià)廉而又安全。
合成橡膠具有優(yōu)異的性能,某些方面甚至可以超過(guò)天然橡膠。特別是特種合成橡膠(如丁腈橡膠、硅橡膠、氟橡膠等),有些能適應(yīng)于長(zhǎng)期接觸燃料油、溶劑、酸、鹼、氧化劑等而不失去原有性能;有些能耐高、低溫,或耐真空、耐輻射和具有優(yōu)良電性能,對(duì)于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和國(guó)防工業(yè)具有重大的特殊作用。
合成橡膠的主要品種有丁苯橡膠、順丁橡膠、異戊橡膠、氯丁橡膠、乙丙橡膠、丁基橡膠等(常稱(chēng)之為通用橡膠)。
丁苯橡膠是由丁二烯和苯乙烯共聚而成,是目前世界上產(chǎn)量最多的合成橡膠。它比天然橡膠質(zhì)地均勻、價(jià)格低,特別是加入炭黑補(bǔ)強(qiáng)后,其強(qiáng)度與天然橡膠相仿,能和天然橡膠以任意比例混用,以制造各種輪胎、密封配件、電絕緣材料等,但其綜合性能不如天然橡膠。
順丁橡膠是在發(fā)現(xiàn)了定向聚合催化劑后相繼發(fā)展起來(lái)的一個(gè)新品種,由丁二烯(CH2=CH-CH=CH2)定向聚合而得。由于采用了定向聚合,所得聚合物在空間的排列很有規(guī)律,組成有規(guī)立構(gòu)的化合物。如下列順丁橡膠的分子結(jié)構(gòu)所示:
其C-C完全是在C=C的一側(cè),是種順式結(jié)構(gòu),因?yàn)樗峭ㄟ^(guò)1,4-加成方式聚合起來(lái),所以它的全稱(chēng)叫做順式-1,4聚丁二烯橡膠,簡(jiǎn)稱(chēng)順丁橡膠。順丁橡膠的最大特點(diǎn)是彈性好,耐磨、耐低溫、耐老化性能好,超過(guò)天然橡膠。但其加工性能不如天然橡膠,做成的輪胎行駛時(shí)容易出裂紋,而且抗滑性不好。故一般用作制造三角膠帶、耐熱膠管、電絕緣制品、鞋底等。
氯丁橡膠是由氯丁二烯聚合或由氯丁二烯與其他單體共聚而成,為目前世界上名列第三位的合成橡膠品種,具有耐油、耐氧化、耐老化、耐燃燒、耐酸堿、耐曲撓和透氣性好等性能,所以人們稱(chēng)它為萬(wàn)能橡膠。例如,它遇火燃燒,便分解出HCl氣體阻止燃燒,這一特性是天然和一般合成橡膠所不具備的,故專(zhuān)門(mén)用來(lái)制造地下采礦用橡膠制品如運(yùn)輸帶、膠管、電纜等。氯丁橡膠的缺點(diǎn)主要是耐寒性差,低溫下易結(jié)晶;比重較大(為1.25),做成同體積的制品時(shí),用量就大,成本便高。
丁腈橡膠是丁二烯和丙烯腈在水乳液中共聚而制得的,其結(jié)構(gòu)式為,由于分子中有氰基(—CN)存在,所以它具有特別耐油和耐溶劑的優(yōu)異性能,而且它的綜合性能比其他的耐油特種橡膠(如硅橡膠、氟橡膠等)要好,因此廣泛用來(lái)制造各種油箱、耐油制品、印劇用毯、粘合劑、印刷輥等,其缺點(diǎn)是耐寒性差,耐臭氧性差,電絕緣性能低劣。
至此,我們看到了合成橡膠雖然在某些性能方面超過(guò)了天然橡膠,但在加工性能、彈性、耐寒性等方面還不如天然橡膠,而且做成的輪胎在行駛時(shí)生熱量大。因此人們就努力設(shè)法合成一種非常近似于天然橡膠的合成橡膠,于是發(fā)展了異戊橡膠。異戊橡膠的單體是異戊二烯。近年來(lái),由于石油化工的迅速發(fā)展,從煉廠氣得到的丙烯經(jīng)過(guò)二聚、異構(gòu)化、裂解反應(yīng),或者從油田氣、輕汽油、石油加工過(guò)程中得到的C5成分——異戊烷和異戊烯——經(jīng)脫氫后,都可大量制得異戊二烯。
異戊橡膠也是屬于有規(guī)立體結(jié)構(gòu),其結(jié)構(gòu)與天然橡膠相同。因此,它的性能與天然橡膠基本ー樣,具有良好的彈性和耐磨性,優(yōu)良的耐熱性和較好的化學(xué)穩(wěn)定性,并且有比天然橡膠較好的電絕緣性能,所以實(shí)際上已用來(lái)代替天然橡膠的各種用途。