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天然橡胶与合成橡胶的化学知识点


实验室k / 2018-11-30

       我们在生活中,会遇到形形色色的橡胶制品:扎小辫儿的皮筋,除去铅笔迹的橡皮擦,上体育课用的篮球、小足球,以及球鞋、雨靴、软管、轮胎……

       它们最大的特点是富有弹性。人们对橡胶感兴趣,正是看中了它的弹性。最早的自行车装的是木轮子,骑起来颠簸得厉害。自从发现橡胶以后,人们在木轮的外缘镶上橡胶,自行车行驶起来平稳多了。后来,充气的橡胶轮胎代替了实心的橡胶木轮,自行车才有了今天的模样。我们走路、爬山,要穿橡胶底鞋子。汽车翻山越野,飞机起飞降落,橡胶轮胎就是它们的鞋子。全世界80%的橡胶用来制造轮胎。有趣的是,桥梁的底座上也衬有厚厚的橡胶支承垫,连同日常生活中使用的橡胶制品,都是利用橡胶的弹性。
       但是,橡胶有的黑有的白,这是如何区分和规定的呢?

天然橡胶

       橡胶的故乡在南美洲。那儿生长着一种橡胶树,割破树皮会流出白色的胶乳,一滴一滴流淌下来。当地的印第安人把这种胶乳叫做“树的眼泪”。他们将胶乳凝结后做成圆球,一边唱着歌,一边围着圆圈跳舞,把球传来传去。球儿落地,还能高高地弹起。这是他们最快活的游戏了。当时,印第安人玩的橡胶实心球是生胶制的。天然的生胶虽然有弹性,但它的大分子链条好像许多单根的弹簧,散乱地堆积在一起,弹性并不很大,而且这些弹簧容易拆开、分离,所以生胶一拉就断,没有韧性,稍稍受热就发黏、变软。
       美国有一个贫穷的发明家古德意,他决心把生胶改造成既富有弹性又坚韧结实的理想材料。他对橡胶着迷30多年,但是却一生贫困潦倒。古德意的家乡流传着这样的故事:你想找到古德意这个人吗?看,那就是!他头戴橡皮帽,身披橡胶衬里的风衣,里面穿着橡皮背心,下身套着橡皮裤子,脚登胶靴,手里拎个胶皮钱包——里面没有一文钱。古德意在生胶里掺进氧化镁,用石灰水煮,也试过用硝酸煮,还试过在生胶表面撒硫磺,放在太阳下晒等等。各种试验都失败了,后来,他在坩埚里加进生胶块、硫磺粉和松节油,放在火炉上煮。不小心,从坩埚里蹦出一块胶,落入火焰,尽管烧焦了,却没有发黏。古德意高兴得跳起来,经过掺硫加热得到的橡胶,正是他朝夕盼望的材料。
       在今天的橡胶工厂里,这叫做“硫化”工艺。从此,生胶被改造成了有用的材料。古德意的硫化工艺后来被化学家弄清楚了:硫原子在生胶的大分子链节之间建立起“桥梁”,好像做沙发时一个个弹簧互相之间用麻绳、铁丝勾联成一个整体,弹性好,又不松散。
       橡胶里掺上炭黑,可以变硬,耐磨。鞋底、橡胶轮胎的黑颜色,就是炭黑造成的。白橡胶里不加炭黑,改加白色的碳酸钙、饮白粉等填料。擦铅笔字的橡皮只能用白橡胶做,总不能擦去了铅笔字却留下了黑色的痕迹吧。因此,橡胶的黑与白,不是随随便便挑选的颜色。
       相比天然橡胶,合成橡胶是由分子量较低的单体经聚合反应而成的,其基本成分是丁二烯及异戊二烯分子。

       天然橡胶在耐寒性、弹性等方面均优于目前任何合成橡胶。如何用合成方法,制出性能与天然橡胶相仿的橡胶品种,是人们百余年来探索的重大课题。
       100多年前人们已经基本弄清天然橡胶的组成和结构,但是大量制取合成聚戊二烯橡胶还是20世纪50年代才开始的。50年代后人们才从石油产品中大量生产异戊二烯,真正使异戊二烯聚合成聚戊二烯是1954年才实现的。因为那一年发现了新型的聚合催化剂——钛催化剂和锂催化剂。在钛、锂催化剂催化下,合成橡胶中顺式聚合体的含量可分别达到97%和92%,而天然橡胶中为98%。后来,我国化学家研制出一种稀土催化剂,其工艺流程和经济效益均超过钛、锂催化剂。
       合成橡胶的性能和种类因单体不同而异。按照不同的性能和用途,可分为通用橡胶和特种橡胶两类。通用橡胶有丁苯橡胶(单体为丁二烯、苯乙烯)、顺丁橡胶(单体为丁二烯)、异戊橡胶(单体为异戊二烯)、氯丁橡胶(单体为氯丁二烯)、乙丙橡胶(单体为乙烯、丙烯)、丁基橡胶(单体为异丁烯、异戊二烯)、丁腈橡胶(单体为丁二烯、丙烯腈)。特种橡胶主要有硅橡胶、氟橡胶和聚氨酯橡胶。生产合成橡胶所需的单体,主要来自石油化工产品。


用户评论(共1条评论)

  • 康水清****康水清 ( 2022-10-27 15:20:04 )

    补充资料:
    天然橡胶制品的物理特性:
    天然橡胶在常温下具有较高的弹性,稍带塑性,具有非常好的机械强度,滞后损失小,在多次变形时生热低,因此其耐屈挠性也很好,并且因为是非极性橡胶,所以电绝缘性能良好。
    天然橡胶制品的化学特性:
    因为有不饱和双键,所以天然橡胶是一种化学反应能力较强的物质,光、热、臭氧、辐射、屈挠变形和铜、锰等金属都能促进橡胶的老化,不耐老化是天然橡胶的致命弱点,但是,添加了防老剂的天然橡胶,有时在阳光下曝晒两个月依然看不出多大变化,在仓库内贮存三年后仍可以照常使用。
    天然橡胶制品的耐介质特性:
    天然橡胶有较好的耐碱性能,但不耐浓强酸。由于天然橡胶是非极性橡胶,只能耐一些极性溶剂,而在非极性溶剂中则溶胀,因此,其耐油性和耐溶剂性很差,一般说来,烃、卤代烃、二硫化碳、醚、高级和高级脂肪酸对天然橡胶均有溶解作用,但其溶解度则受塑炼程度的影响,而低级、低级酯及醇类对天然橡胶则是非溶剂。

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