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研發(fā)歷史
世界上含天然橡膠的植物約有兩千種,但有工業(yè)價值的目前僅三種,即三葉樹橡膠、銀膠菊灌木和杜仲樹。三葉樹橡膠和銀膠菊灌木橡膠的分子結(jié)構(gòu)均是順式聚異戊二烯,而杜仲樹橡膠的分子結(jié)構(gòu)是反式聚異戊二烯。
三葉橡膠樹原生長于南洲亞馬遜河流域,1876從巴西引種至東南亞,我國于1904年首次將三葉樹由新加坡引種至云南,1905年日本人將三葉樹引種至臺灣,1906年海南華僑又將此樹從馬來西亞引種至海南島,使橡膠樹漸漸在我國種植并生產(chǎn)天然橡膠。
人類在18世紀(jì)已開始認(rèn)識三葉樹天然橡膠;用三葉樹橡膠溶于松節(jié)油可做膠粘劑,固體天然橡膠可以擦去紙上的鉛筆字,用橡膠把兩層織物粘起來可以防水布,可做膠鞋。但后來發(fā)現(xiàn)這些防水布、膠鞋當(dāng)天冷時變得很脆,而當(dāng)溫度稍高時,橡膠又變得發(fā)粘。為了解決這個問題,Goodyear(美)無意中發(fā)現(xiàn)了橡膠硫化現(xiàn)象,并于1844年申請了專利,由此誕生了最早期的橡膠產(chǎn)業(yè)。
銀膠菊灌木原產(chǎn)于墨西哥半干旱地區(qū),后來美國和前蘇聯(lián)都進(jìn)行了引種,銀膠菊膠中樹脂含量高,需經(jīng)處理去掉樹脂后才可以做橡膠使用,因此價格高于三葉樹脂橡膠。我國于80年代曾從美國引種銀膠菊灌木,同時我國也有一些野生銀膠菊品系,但是銀膠菊產(chǎn)膠量太少為(6%),未能得到工業(yè)利用。
另一類可做為天然橡膠的是杜仲樹產(chǎn)的杜仲膠,其分子結(jié)構(gòu)為反式聚異戊二烯。早在1851年美國人就認(rèn)識了杜仲膠,稱其為Gutta-percha。用它制備塑料,而做不成彈性體。直至上世紀(jì)80年代我國學(xué)者發(fā)現(xiàn)提高交聯(lián)密度可以使反式聚異戊二烯做成彈性體后(這一成果引起了國際上的關(guān)注,約在90年代美國出現(xiàn)了合成反式聚異戊二烯橡膠的工業(yè)),杜仲膠作為天然橡膠資源才成為可能。然而由于杜仲樹產(chǎn)膠量太低(約2%~6%),難有商業(yè)價值,到目前為止,這一可能性還未成為現(xiàn)實(shí)。
生產(chǎn)規(guī)模
人類大約在18世紀(jì)就開始利用天然橡膠了,20世紀(jì)30年代有了合成橡膠,現(xiàn)已開發(fā)出幾十種各具特色的合成橡膠,但卻很難有一種合成橡膠具有天然橡膠那樣好的綜合性能。因此,至今天然橡膠的消耗量仍約占橡膠總消耗量的40%。
目前世界天然橡膠總產(chǎn)量的98%以上來自三葉橡膠樹,三葉橡膠樹適于生長在熱帶和亞熱帶的高溫高濕地區(qū),全世界天然橡膠總產(chǎn)量的90%以上產(chǎn)自東南亞地區(qū)。主要是馬來西亞,印度尼西亞,斯里蘭卡和泰國;其次是印度,中國南部,新加坡,菲律賓和越南等。
產(chǎn)品應(yīng)用
天然橡膠具有很好的彈性,這是由于天然橡膠分子鏈在常溫下呈無定型狀態(tài)、分子鏈柔性好的緣故。其彈性模量為(2~4)MPa,約為鋼鐵的1/30000;伸長率可達(dá)1000%以上,為鋼鐵的300倍;其回彈率在0~100℃范圍內(nèi),可達(dá)50%~85%以上。隨著溫度的升高,生膠會慢慢軟化,到130-140℃時完全軟化,200℃開始分解;溫度降低則逐漸變硬,0℃時彈性大幅度下降,冷卻到-70℃~-72℃以下時,彈性喪失變?yōu)榇嘈晕镔|(zhì)。受冷凍的生膠加熱到常溫,仍可恢復(fù)原狀。
天然橡膠具有較高的力學(xué)強(qiáng)度。天然橡膠能在外力作用下拉伸結(jié)晶,是一種結(jié)晶性橡膠,具有自補(bǔ)強(qiáng)性,純膠硫化膠的拉伸強(qiáng)度可達(dá)(17~25)MPa。
天然橡膠具有良好的耐屈撓疲勞性能,滯后損失小,生熱低,并具有良好的氣密性、防水性、電絕緣性和隔熱性。
天然橡膠的加工性能好。天然橡膠良好的工藝加工性能,表現(xiàn)在容易進(jìn)行塑煉、混煉、壓延、壓出等。但應(yīng)防止過煉。
天然橡膠的缺點(diǎn)是耐油性、耐臭氧老化和耐熱氧老化性差。天然橡膠為非極性橡膠,易溶于汽油、苯等非極性有機(jī)溶劑;天然橡膠分子結(jié)構(gòu)中含有大量的雙鍵,化學(xué)性質(zhì)活潑,在空氣中易與氧進(jìn)行自動催化的連鎖反應(yīng),使分子斷鏈或過度交聯(lián).使橡膠發(fā)生粘化和龜裂,即發(fā)生老化現(xiàn)象,與臭氧接觸幾秒鐘內(nèi)即發(fā)生裂口。
天然橡膠具有最好的綜合力學(xué)性能和加工工藝性能,可以單用制成各種橡膠制品,也可以與其它橡膠并用,以改進(jìn)其它橡膠的性能如成型粘著性、拉伸強(qiáng)度等。它廣泛應(yīng)用于制造輪胎、膠帶及各種工業(yè)橡膠制品。所以,天然橡膠是用途最廣的通用橡膠品種。
(供稿:胡漢杰)
主要參考文獻(xiàn):
?。保陡叻肿涌茖W(xué)技術(shù)發(fā)展簡史》 錢保功 王洛禮 王霞瑜 編著 1994年出版
2.《功能高分子與新技術(shù)》 何天白 胡漢杰 主編 2001年出版