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合成橡胶的发展简史:第一次世界大战间诞生了合成橡胶

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查看38 | 回复0 | 2025-1-17 10:47:33 | 显示全部楼层 |阅读模式
1823年,英国人麦金托什创办第一个橡胶防水布厂,这是橡胶工业的开始。同期,英国人Hancock发现橡胶通过两个转动滚筒的缝隙反复加工,可以降低弹性、提高塑性。这一发现奠定了橡胶加工的基础,他被公认为世界橡胶工业的先驱。1826年,法拉第首先对天然橡胶进行化学分析,确定了天然橡胶的实验式为C5H8。1839年,Goodyear发现硫黄可使橡胶硫化,奠定了橡胶加工业的基础。1860年,威廉斯从天然橡胶的热裂解产物中分离出C5H8,定名为异戊二烯,并指出异戊二烯在空气中又会氧化变成白色弹性体。1879年,布查德用热裂解法制得了异戊二烯,又把异戊二烯重新制成弹性体。尽管这种弹性体的结构、性能与天然橡胶差别很大,但至此人们已完全确认从低分子单体合成橡胶是可能的。1888年,Dunlop发明充气轮胎,使橡胶工业真正起飞。

1900年,孔达科夫用2,3-二甲基-1,3-丁二烯聚合成革状弹性体。1905年,人们发现橡胶弹性物质的分子链由无数异戊二烯分子串组成,而分子串的交联方式在当时依旧是个谜。尽管如此,霍夫曼仍决定尝试,由于很难获得“天然橡胶分子”异戊二烯,霍夫曼决定使用与异戊二烯化学结构非常类似,更容易获得的甲基异戊二烯。他将甲基异戊二烯置于锡器中加热,等待,有时甚至反应几个月。根据温度不同,锡器中形成的物质有时更软,有时更硬,但弹性始终保持不变。最终,霍夫曼发明了甲基橡胶,在1909年9月12日他获得了世界第一项合成橡胶专利。第一次世界大战期间,德国的海上运输被封锁,切断了天然橡胶的输入,孔达科夫于1917年将2,3-二甲基-1,3-丁二烯生产的合成橡胶取名为甲基橡胶W和甲基橡胶H。甲基橡胶W是2,3-二甲基-1,3-丁二烯在70℃热聚合历经5个月后制得的,而甲基橡胶H是上述单体在30~35 ℃聚合历经3~4个月后制成的硬橡胶。在战争期间,甲基橡胶共生产了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都很落后,故战后停止生产。

1927—1928年,美国的帕特里克首先合成了聚硫橡胶(聚四硫化乙烯)​。卡罗瑟斯利用纽兰德的方法合成了2-氯-1,3-丁二烯,制得了氯丁橡胶。1931年,DuPont公司进行了小量生产。苏联利用列别捷夫的方法从酒精合成了丁二烯,并用金属钠作催化剂进行液相本体聚合,制得了丁钠橡胶,1931年建成了万吨级生产装置。在同一时期,德国从乙炔出发合成了丁二烯,也用钠做催化剂制取丁钠橡胶。20世纪30年代初期,德国施陶丁格大分子长链结构理论的确立(1932)和苏联谢苗诺夫的链式聚合理论(1934)的指引,为聚合物学科奠定了基础。同时,聚合工艺和橡胶质量也有了显著的改进。在此期间出现的代表性橡胶品种有:丁二烯与苯乙烯共聚制得的丁苯橡胶、丁二烯与丙烯腈共聚制得的丁腈橡胶。1935年,德国法本公司首先生产丁腈橡胶,1937年,该公司在布纳化工厂建成丁苯橡胶工业生产装置。丁苯橡胶由于综合性能优良,至今仍是合成橡胶的最大品种,而丁腈橡胶是一种耐油橡胶,目前仍是特种橡胶的主要品种。20世纪40年代初,由于战争的急需,促进了丁基橡胶技术的开发和投产。1943年,美国开始试生产丁基橡胶,1944年美国和加拿大的丁基橡胶年产量分别为1320t和2480t。丁基橡胶是一种气密性很好的合成橡胶,最适于作轮胎内胎。后来,还出现了很多特种橡胶的新品种,如美国通用电气公司在1944年开始生产硅橡胶,德国和英国分别于40年代初生产了聚氨酯橡胶等。第二次世界大战期间,由于日本占领了马来西亚等天然橡胶产地,促使北美和苏联等加速合成橡胶的研制和生产,使世界合成橡胶的产量从1939年的23120t增加到1944年的885500t。战后,由于天然橡胶恢复了供应,在1945—1952年,合成橡胶的产量在432900~893900t范围内波动。

20世纪50年代中期,由于发明了齐格勒-纳塔和锂系等新型催化剂,石油工业为合成橡胶提供了大量高品级的单体,人们也逐渐认识了橡胶分子的微观结构对橡胶性能影响的重要性;加上配合新型催化剂而开发的溶液聚合技术,使有效地控制橡胶分子的立构规整性成为可能。这些因素使合成橡胶工业进入生产立构规整橡胶的崭新阶段。代表性的产品有60年代初投产的高顺式-1,4-聚异戊二烯橡胶,简称异戊橡胶又称合成天然橡胶;高反式-1,4-聚异戊二烯,又称合成杜仲胶;高顺式、中顺式和低顺式-1,4-聚丁二烯橡胶,简称顺丁橡胶。此外,有溶液丁苯和乙烯-丙烯共聚制得的乙丙橡胶等。在此期间,特种橡胶也获得了相应的发展,合成了耐更高温度、耐多种介质和溶剂或兼具耐高温、耐油的胶种。其代表性品种有氟橡胶和新型丙烯酸酯橡胶等。60年代,合成橡胶工业以继续开发新品种与大幅度增加产量平行发展为特征,出现了多种形式的橡胶,如液体橡胶、粉末橡胶和热塑性橡胶等。

总之,第一次世界大战期间诞生了合成橡胶,并且有少量生产以适应战争急需。20世纪30年代初期建立了合成橡胶工业。第二次世界大战促进了多品种、多性能合成橡胶工业的飞跃发展。50年代初,发明了齐格勒-纳塔催化剂,单体制造技术也比较成熟,使合成橡胶工业进入合成立构规整橡胶的崭新阶段。60年代以后,合成橡胶的产量开始超过天然橡胶。到70年代后期,合成橡胶已基本上可代替天然橡胶制造各种轮胎和制品。1965—1973年,出现了热塑性弹性体,即第三代橡胶;茂金属催化剂给橡胶工业带来新的革命,现在已合成了茂金属乙丙橡胶等新型橡胶品种;随着环氧化、接枝、共混、动态硫化等技术的采用,合成橡胶正向着高性能化、功能化、特种化方向发展。
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