第二次世界大战与丁二烯

2024-11-25 15:59:00

20世纪20 年代,德国在第一次世界大战时由于橡胶供应被切断,不得已开始用乙炔生产丁二烯,进而生产了合成橡胶。第二次世界大战期间,对天然橡胶的大量需求促使人们寻求合成橡胶的单体——丁二烯的生产途径。当时,除德国采用乙炔法外,美国、苏联等采用乙醇法生产丁二烯。稍后,美国又发展了从石油出发生产丁二烯的技术。到第二次世界大战结束,美国年产丁二烯55 万吨,其中约60% 来自石油化工,战后石油化工的发展促进了丁二烯的生产。

什么是橡胶?

橡胶一词来源于印第安语“cau-uchu”,意为“流泪的树”。天然橡胶由三叶橡胶树割胶时流出的胶乳经凝固、干燥后制得。1770 年,英国化学家J. 普里斯特利发现橡胶可用来擦去铅笔字迹,当时将这种用途的材料称为“rubber”,此词一直沿用至今。

橡胶分为天然橡胶与合成橡胶两种。天然橡胶是从橡胶树、橡胶草等植物中提取胶质后加工制成。合成橡胶则由各种单体经聚合反应而得,广泛应用于生产和生活的各个方面。1900—1910 年,化学家C.D. 哈里斯(Harris)测定了天然橡胶的结构,发现它是异戊二烯的高聚物,这为人工合成橡胶开辟了途径。1910 年,俄国化学家列别捷夫以金属钠为引发剂,使丁二烯聚合成丁钠橡胶。

丁二烯能做什么橡胶产品?

丁二烯是一种重要的化工原料,主要用于生产丁苯橡胶(SBR)、聚丁二烯橡胶(PBR)、丁腈橡胶( NBR)和丙烯腈—丁二烯—苯乙烯(ABS)树脂等产品。

丁苯橡胶又称聚苯乙烯丁二烯共聚物,其物理结构及性能、加工性能及制品的使用性能接近于天然橡胶,有些性能如耐磨、耐热、耐老化及硫化速度较天然橡胶更为优良,可与天然橡胶及多种合成橡胶并用,广泛用于轮胎、胶带、胶管、电线电缆、医疗器具及各种橡胶制品的生产等领域,是最大的通用合成橡胶品种,也是最早实现工业化生产的橡胶品种之一。

聚丁二烯橡胶是仅次于丁苯橡胶的世界第二大通用合成橡胶,是以丁二烯为单体,采用不同催化剂和聚合方法合成的。它具有弹性好、耐磨性强、耐低温性能好、生热低、抗龟裂性好以及动态性能好等优点,可与天然橡胶、氯丁橡胶以及丁腈橡胶等并用,在轮胎、胶带、胶管以及胶鞋等橡胶制品的生产中广泛应用。

丁腈橡胶是由丁二烯和丙烯腈经乳液共聚而成的聚合物,以优异的耐油性著称,并具有良好的耐磨性、耐老化性和气密性,其耐臭氧性、电绝缘性和耐寒性都比较差,但导电性能比较好。丁腈橡胶主要应用于耐油制品,例如各种密封制品。此外,丁腈橡胶还可作为聚氯乙烯改性剂,以及与聚氯乙烯并用作阻燃制品,与酚醛并用作结构胶黏剂,做抗静电性能好的橡胶制品如丁腈橡胶手套等。

ABS 树脂是目前产量最大、应用最广泛的聚合物,它兼具韧、硬、刚相均衡的优良力学性能和综合性能,有极好的冲击强度、尺寸稳定性、电性能、耐磨性、耐化学药品性、染色性、成型加工性能和机械加工性能。ABS树脂保持了苯乙烯的优良电性能和易加工成型性,又增加了弹性、强度(丁二烯的特性)、耐热和耐腐蚀性(丙烯腈的优良性能),且表面硬度高、耐化学药品性好。通过改变上述三种组分的比例,可改变ABS 树脂的各种性能,故ABS 树脂具有广泛用途,主要用于机械、电气、纺织、汽车和造船等工业领域。ABS 树脂的生产主要有乳液接枝—本体SAN 掺混法和连续本体法两种。如今制备ABS 树脂大多采用乳液法,当前最有广阔前途的制备工艺是本体SAN 掺混法。通过改变三种单体的比例和采用不同聚合方法,可制得各种规格的产品,其中包括以弹性体为主链的接枝共聚物和以树脂为主链的接枝共聚物,一般三种单体的比例范围为丙烯腈25%~35%、丁二烯25%~30%和苯乙烯40%~50%。

虽然天然橡胶的来源是天然橡胶树,但种植区和产量受限,品种单一,且会占用有限的土地资源。人们通过分析天然橡胶的结构特点,利用丁二烯开发出合成橡胶,在从第二次世界大战至今的几十年间,将合成橡胶发展成一个大家族,满足了汽车工业和其他工业的需求。总而言之,将丁二烯称为当代合成橡胶工业的基石算得上实至名归。

 

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