橡膠的發(fā)展歷史?
作者:訪客發(fā)布時(shí)間:2021-07-07分類:塑料制品瀏覽:73
Hancock 漢考克1826年發(fā)明了用機(jī)械使天然橡膠獲得塑性的方法。 天然橡膠發(fā)現(xiàn)很早,考古發(fā)掘表明,遠(yuǎn)在11世紀(jì),南美洲人民就已使用橡膠球做游戲和祭品。1493年,意大利航海家哥倫布第二次航行探險(xiǎn)到美洲時(shí),看到印第安人手拿一種黑色的球在玩,球落在地上彈的很高,它是由從樹中取出的乳汁制成的。此后,西班牙和葡萄牙在征服黑西哥和南美洲的過程中,將橡膠知識(shí)陸續(xù)帶到了歐洲。 進(jìn)入18 世紀(jì),法國(guó)連續(xù)派遣科學(xué)考察隊(duì)奔赴南美洲。1736 年法國(guó)科學(xué)家康達(dá)明(Charles de Condamine)參加了南美洲科學(xué)考察隊(duì),從秘魯將一些橡膠制品及記載橡膠樹的有關(guān)資料帶回法國(guó),出版了《南美洲內(nèi)地旅行紀(jì)略》。該書詳述了橡膠樹的產(chǎn)地、當(dāng)?shù)鼐用癫杉z乳的方法和利用橡膠制成壺和鞋的過程,引起了人們的重視。 1768年,法國(guó)人麥加(P. J. Macquer)發(fā)現(xiàn)可用溶劑軟化橡膠,制成醫(yī)療用品和軟管。1828年英國(guó)人馬琴托士(C. Mackintosh)用膠乳制成防雨布,但制品熱天發(fā)粘,冷天變脆,質(zhì)量很差。 天然橡膠的工業(yè)研究和應(yīng)用始于19世紀(jì)初。1819年蘇格蘭化學(xué)家馬金托希發(fā)現(xiàn)橡膠能被煤焦油溶解,此后人們開始把橡膠用煤焦油、松節(jié)油等溶解,制造防水布。從此,世界上第一個(gè)橡膠工廠于1820年在英國(guó)哥拉斯格(GLASGOW)建立。為使橡膠便于加工,1826年漢考克(Hancock)發(fā)明了用機(jī)械使天然橡膠獲得塑性的方法。1839年美國(guó)人固特異(Charles Goodyear)發(fā)明了橡膠的硫化法,解決了生膠變粘發(fā)脆問題,使橡膠具有較高的彈性和韌性,橡膠才真正進(jìn)入工業(yè)實(shí)用階段。因此,天然橡膠才成為重要的工業(yè)原料,橡膠的需要量亦隨之急劇上升。 在19世紀(jì)80年代西方國(guó)家的第二次產(chǎn)業(yè)革命過程中,1888年英國(guó)醫(yī)生鄧錄普(Dunlop)發(fā)明了充氣輪胎。隨著橡膠用途的開發(fā),英國(guó)政府考慮到巴西野生橡膠樹生產(chǎn)的橡膠終究不能滿足工業(yè)的需要,決定在遠(yuǎn)東建立人工栽培橡膠樹的基地。1876年英國(guó)人魏克漢(H. A. Wickham)把橡膠樹的種子和幼苗從巴西運(yùn)回倫敦皇家植物園邱園(Kew Garden)繁殖,然后將培育的橡膠苗運(yùn)往錫蘭(即現(xiàn)在的斯里蘭卡)、馬來亞、印度尼西亞等地種植均獲成功,至此完成了將野生的橡膠樹變成人工栽培種植的十分艱難的工作。 此后,馬來西亞、斯里蘭卡、印度尼西亞擴(kuò)種建立膠園。1887年,新加坡植物園主任芮德勒(H. N. Ridley)發(fā)明了不傷橡膠樹形成層組織的在原割口上重復(fù)切割的連續(xù)割膠法,糾正了橡膠樹原產(chǎn)地用斧頭砍樹取膠因而傷樹、不能持久產(chǎn)膠的舊方法,使橡膠樹能幾十年連續(xù)割膠。 1904年,云南省德宏傣族景頗族自治州的土司刀印生由日本返國(guó),途經(jīng)新加坡(馬來西亞的一個(gè)州,1965年8月9日獨(dú)立)時(shí),購(gòu)買膠苗8000多株,帶回國(guó)種植于北緯24度50分、海拔960米的云南省盈江縣新城鳳凰山東南坡,從此開始了中國(guó)的橡膠種植歷史。 世界橡膠工業(yè)百年發(fā)展史:大體劃分為形成時(shí)期、發(fā)展時(shí)期、繁榮時(shí)期及穩(wěn)定發(fā)展時(shí)期四個(gè)階段。 形成時(shí)期 早在11世紀(jì),南美洲人民即已開始利用野生天然橡膠。1736年法國(guó)人C.孔達(dá)米納參加法國(guó)科學(xué)院赴南美考察隊(duì),觀察到三葉橡膠樹流出的膠乳可固化為具有彈性的物質(zhì)。后來,亞馬孫河流域的野生三葉橡膠樹的膠樣被寄回巴黎,開始引起了歐洲人的注意。1823年C.麥金托什在英國(guó)建立了第一家防水膠布工廠。在同一時(shí)期,英國(guó)人T.漢考克發(fā)現(xiàn)橡膠通過兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)滾筒的縫隙反復(fù)加工,可以降低彈性,提高塑性。這一發(fā)現(xiàn)奠定了橡膠加工的基礎(chǔ)。他被公認(rèn)為世界橡膠工業(yè)的先驅(qū)。1839年美國(guó)人C.固特異發(fā)現(xiàn)橡膠與硫磺共熱可以大大增加橡膠的彈性,不再受熱發(fā)粘,從而使橡膠具備良好的使用性能。橡膠硫化方法的發(fā)現(xiàn)對(duì)推動(dòng)橡膠的應(yīng)用起了關(guān)鍵的作用。19世紀(jì)中葉,橡膠工業(yè)已開始形成。它已能生產(chǎn)膠布、膠鞋、膠管、膠板及一些日用品等。 發(fā)展時(shí)期 19世紀(jì)末期,汽車及汽車輪胎的出現(xiàn)推動(dòng)了橡膠工業(yè)的蓬勃發(fā)展。1845年英國(guó)人R.W.湯姆森首次提出了充氣輪胎專利。1888年英國(guó)人J.B.鄧錄普制造出第一條充氣自行車胎。1895年第一條充氣汽車輪胎問世。不久,汽車輪胎開始了商品生產(chǎn)。為了改進(jìn)輪胎及其他橡膠制品的使用性能,1893年J.F.帕爾默將簾布(見簾子線)用于自行車胎。1900年簾布開始在汽車輪胎上應(yīng)用。1906年,美國(guó)人G.厄諾拉格用苯胺作硫化促進(jìn)劑。1912年S.C.莫特發(fā)現(xiàn)了炭黑的補(bǔ)強(qiáng)效果。不久,防老劑也應(yīng)用于橡膠加工。1916年F.H.班伯里提出了橡膠密煉機(jī)(見塑煉)專利,橡膠加工機(jī)械相應(yīng)得到了完善和發(fā)展。橡膠加工技術(shù)在這一時(shí)期中有了很大的進(jìn)步。 隨著橡膠工業(yè)的迅速發(fā)展,原用野生的天然橡膠在性能和產(chǎn)量方面已不能滿足需要,19世紀(jì)中后期開始了天然橡膠的人工栽培。到20世紀(jì)20~30年代人工栽培的天然橡膠已經(jīng)逐步取代野生橡膠,成為天然橡膠的主要來源。第一次世界大戰(zhàn)期間,由于天然橡膠供不應(yīng)求,德國(guó)開始了甲基橡膠的小批量生產(chǎn),主要用于制造硬質(zhì)橡膠制品。這種合成橡膠質(zhì)次價(jià)高,戰(zhàn)后即停止了生產(chǎn)。30年代開始了合成橡膠商品化的生產(chǎn),聚丁二烯橡膠(即丁鈉橡膠)、氯丁橡膠、丁苯橡膠、 丁腈橡膠、丁基橡膠等相繼投產(chǎn)。在第二次世界大戰(zhàn)期間,由于對(duì)戰(zhàn)略物資的需求,合成橡膠及與戰(zhàn)爭(zhēng)相關(guān)的橡膠制品如汽車輪胎、飛機(jī)輪胎、各種軍車用輪胎的生產(chǎn)均得到了很大的發(fā)展。 繁榮時(shí)期 第二次世界大戰(zhàn)以后,發(fā)達(dá)國(guó)家中的汽車等工業(yè)蓬勃興起,推動(dòng)了世界橡膠工業(yè)的大發(fā)展。1943年鋼絲簾布輪胎問世,1948年,法國(guó)米什林公司試制成功子午線輪胎。同年,無內(nèi)胎輪胎也問世。1953年有規(guī)立構(gòu)合成橡膠研制成功。1956年,有規(guī)立構(gòu)合成橡膠開始在輪胎中應(yīng)用,在一定程度上可代替部分天然橡膠使用。1965年,熱塑性橡膠開始應(yīng)用于膠鞋及膠粘劑。1970年,首批澆注輪胎(用聚氨酯橡膠)誕生。1972年,芳綸簾子線開始投產(chǎn)。這一系列重大的技術(shù)突破,為橡膠工業(yè)的大發(fā)展提供了原料和技術(shù)基礎(chǔ)。70年代初期,橡膠加工及橡膠合成的生產(chǎn)技術(shù)達(dá)到了空前未有的高度。從橡膠的耗量看,1950年世界耗膠量為2.3Mt,1973年達(dá)到了10.89Mt。1950年世界輪胎總產(chǎn)量為1.4億套,而1973年猛增到6.5億套。其他各類橡膠制品的生產(chǎn)量在 70年代初期都達(dá)到了很高的水平。這是世界橡膠工業(yè)發(fā)展速度最快的時(shí)期。 穩(wěn)定發(fā)展時(shí)期 70年代中期,石油漲價(jià),嚴(yán)重沖擊汽車工業(yè)及石油化學(xué)工業(yè),橡膠工業(yè)隨之出現(xiàn)了危機(jī),不景氣的局面一直持續(xù)到80年代初期。世界耗膠量1979年為13.0Mt,1982年下降到11.6Mt,1982年以后開始緩慢回升。世界橡膠工業(yè)開始進(jìn)入了較為緩慢的增長(zhǎng)時(shí)期。橡膠企業(yè)的主要注意力由擴(kuò)大產(chǎn)量轉(zhuǎn)移到努力提高產(chǎn)品質(zhì)量及技術(shù)水平,努力開發(fā)新產(chǎn)品、新技術(shù)。隨著世界范圍內(nèi)新技術(shù)革命的興起,電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用,大大提高了橡膠生產(chǎn)的技術(shù)水平。橡膠制品的電子計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)促進(jìn)了橡膠應(yīng)用技術(shù)從技藝向科學(xué)的過渡。輪胎澆注工藝突破了原有的輪胎制造技術(shù)。熱塑性橡膠的廣泛應(yīng)用促進(jìn)了傳統(tǒng)橡膠工藝的根本性變革。
人工合成橡膠的思路淵源于人們對(duì)天然橡膠的剖析和仿制,合成橡膠工業(yè)的誕生和發(fā)展取決于原料來源、單體制造技術(shù)的成熟程度,以及單體、催化劑和聚合方法的選擇。此外,由于橡膠是交通運(yùn)輸工具(汽車、飛機(jī)的輪胎等)的主要材料,因而它的發(fā)展又和戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)橡膠的需求密切相關(guān)。 第一次世界大戰(zhàn)期間誕生了合成橡膠,并且有少量生產(chǎn)以應(yīng)戰(zhàn)爭(zhēng)急需。20世紀(jì)30年代初期建立了合成橡膠工業(yè)。第二次世界大戰(zhàn)促進(jìn)了多品種、多性能合成橡膠工業(yè)的飛躍發(fā)展。50年代初,發(fā)明了齊格勒-納塔催化劑,單體制造技術(shù)也比較成熟,使合成橡膠工業(yè)進(jìn)入合成立構(gòu)規(guī)整橡膠的嶄新階段。60年代以后,合成橡膠的產(chǎn)量開始超過了天然橡膠。 天然橡膠的剖析和仿制 1826年,M.法拉第首先對(duì)天然橡膠進(jìn)行化學(xué)分析,確定了天然橡膠的實(shí)驗(yàn)式為C5H8。 1860年,C.G.威廉斯從天然橡膠的熱裂解產(chǎn)物中分離出C5H8,定名為異戊二烯,并指出異戊二烯在空氣中又會(huì)氧化變成白色彈性體。1879年,G.布查德用熱裂解法制得了異戊二烯,又把異戊二烯重新制成彈性體。盡管這種彈性體的結(jié)構(gòu)、性能與天然橡膠差別很大,但至此人們已完全確認(rèn)從低分子單體合成橡膠是可能的。 合成橡膠的誕生 1900年И.Л.孔達(dá)科夫用2,3-二甲基-1,3-丁二烯聚合成革狀彈性體。第一次世界大戰(zhàn)期間,德國(guó)的海上運(yùn)輸被封鎖,切斷了天然橡膠的輸入,他們于1917年首次用2,3-二甲基-1,3-丁二烯生產(chǎn)了合成橡膠,取名為甲基橡膠W和甲基橡膠H。 甲基橡膠W是2,3-二甲基-1,3-丁二烯在70℃熱聚合歷經(jīng) 5個(gè)月后制得的,而甲基橡膠 H是上述單體在30~35℃聚合歷經(jīng)3~4個(gè)月后制成的硬橡膠。在戰(zhàn)爭(zhēng)期間,甲基橡膠共生產(chǎn)了 2350t。這種橡膠的性能比天然橡膠差得多,而且當(dāng)時(shí)單體的合成和聚合技術(shù)都很落后,故戰(zhàn)后停止生產(chǎn)。 合成橡膠工業(yè)的建立和發(fā)展 1927~1928年,美國(guó)的J.C.帕特里克首先合成了聚硫橡膠(聚四硫化乙烯)。W.H.卡羅瑟斯利用J.A.紐蘭德的方法合成了 2-氯-1,3-丁二烯,制得了氯丁橡膠。1931年杜邦公司進(jìn)行了小量生產(chǎn)。蘇聯(lián)利用С.Β.列別捷夫的方法從酒精合成了丁二烯,并用金屬鈉作催化劑進(jìn)行液相本體聚合,制得了丁鈉橡膠,1931年建成了萬噸級(jí)生產(chǎn)裝置。在同一時(shí)期,德國(guó)從乙炔出發(fā)合成了丁二烯,也用鈉作催化劑制取丁鈉橡膠。30年代初期,由于德國(guó)H.施陶丁格的大分子長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)理論的確立(1932)和蘇聯(lián)H.H.謝苗諾夫的鏈?zhǔn)骄酆侠碚?1934)的指引,為聚合物學(xué)科奠定了基礎(chǔ)。同時(shí),聚合工藝和橡膠質(zhì)量也有了顯著的改進(jìn)。在此期間出現(xiàn)的代表性橡膠品種有:丁二烯與苯乙烯共聚制得的丁苯橡膠,丁二烯與丙烯腈共聚制得的丁腈橡膠。1935年德國(guó)法本公司首先生產(chǎn)丁腈橡膠,1937年法本公司在布納化工廠建成丁苯橡膠工業(yè)生產(chǎn)裝置。丁苯橡膠由于綜合性能優(yōu)良,至今仍是合成橡膠的最大品種,而丁腈橡膠是一種耐油橡膠,目前仍是特種橡膠的主要品種。40年代初,由于戰(zhàn)爭(zhēng)的急需,促進(jìn)了丁基橡膠技術(shù)的開發(fā)和投產(chǎn)。1943年,美國(guó)開始試生產(chǎn)丁基橡膠,至1944年,美國(guó)和加拿大的丁基橡膠年產(chǎn)量分別為1320t和2480t。丁基橡膠是一種氣密性很好的合成橡膠,最適于作輪胎內(nèi)胎。稍后,還出現(xiàn)了很多特種橡膠的新品種,例如美國(guó)通用電氣公司在1944年開始生產(chǎn)硅橡膠,德國(guó)和英國(guó)分別于40年代初生產(chǎn)了聚氨酯橡膠(見聚氨酯)等。第二次世界大戰(zhàn)期間,由于日本占領(lǐng)了馬來西亞等天然橡膠產(chǎn)地,更加促使北美和蘇聯(lián)等加速合成橡膠的研制和生產(chǎn),使世界合成橡膠的產(chǎn)量從 1939年的23.12kt劇增到1944年的885.5kt。戰(zhàn)后,由于天然橡膠恢復(fù)了供應(yīng),在1945~1952年間,合成橡膠的產(chǎn)量在432.9~893.9kt范圍內(nèi)波動(dòng)。 發(fā)展新階段 50年代中期,由于發(fā)明了齊格勒-納塔和鋰系等新型催化劑;石油工業(yè)為合成橡膠提供了大量高品級(jí)的單體;人們也逐漸認(rèn)識(shí)了橡膠分子的微觀結(jié)構(gòu)對(duì)橡膠性能的重要性;加上配合新型催化劑而開發(fā)的溶液聚合技術(shù),使有效地控制橡膠分子的立構(gòu)規(guī)整性成為可能。這些因素使合成橡膠工業(yè)進(jìn)入生產(chǎn)立構(gòu)規(guī)整橡膠的嶄新階段。代表性的產(chǎn)品有60年代初投產(chǎn)的高順式-1,4-聚異戊二烯橡膠,簡(jiǎn)稱異戊橡膠又稱合成天然橡膠;高反式-1,4-聚異戊二烯,又稱合成杜仲膠;及高順式、中順式和低順式-1,4-聚丁二烯橡膠,簡(jiǎn)稱順丁橡膠。此外,尚有溶液丁苯和乙烯- 丙烯共聚制得的乙丙橡膠等。在此期間,特別橡膠也獲得了相應(yīng)的發(fā)展,合成了耐更高溫度、耐多種介質(zhì)和溶劑或兼具耐高溫、耐油的膠種。其代表性品種有氟橡膠和新型丙烯酸酯橡膠等。60年代,合成橡膠工業(yè)以繼續(xù)開發(fā)新品種與大幅度增加產(chǎn)量平行發(fā)展為特征,出現(xiàn)了多種形式的橡膠,如液體橡膠、粉末橡膠和熱塑性橡膠等,其目的是簡(jiǎn)化橡膠加工工藝,降低能耗。到70年代后期,合成橡膠已基本上可代替天然橡膠制造各種輪胎和制品,某些特種合成橡膠的性能是天然橡膠所不具備的。 合成橡膠的產(chǎn)量,1950年約達(dá)600kt,50年代以后,由于石油化工高速度發(fā)展,相應(yīng)的合成橡膠產(chǎn)量也幾乎是每5年增加 1000kt左右(見表)。到1979年突破了9000kt,達(dá)到高峰,1980年產(chǎn)量開始下降,以后幾年穩(wěn)定在8000kt左右,約為天然橡膠產(chǎn)量的兩倍,合成橡膠的年產(chǎn)能力約達(dá)12Mt。 到2007年世界橡膠總產(chǎn)為2323萬噸,其中天然橡膠產(chǎn)量為968萬噸,合成橡膠產(chǎn)量為1332萬噸。
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