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人類偉大的發明:合成橡膠的發明與發展歷程!

人類偉大的發明:合成橡膠的發明與發展歷程!

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  100年前,德國化學家弗雷茲·霍夫曼研究合成橡膠的動力或許來自于德國拜耳公司前身弗里德里?!ぐ荻玖蠌S的一個懸賞令:這家公司于1906年提出,如果有人能夠在1909年11月1日之前成功“研制出制造橡膠或橡膠替代品的方法”,公司將獎勵發明者兩萬馬克。

  這是當時的拜耳總裁卡爾·杜伊斯堡(Karl Duisburg)的主意。當時,借助于蘇格蘭獸醫約翰·伯德· 鄧祿普和法國的 米其林兄弟的發明創造,人們已經給自行車、公共馬車以及剛剛誕生不久的汽車裝上了輪胎。

  但是當時人們使用的還都是天然橡膠。這種在2000年前生活在赤道附近的人們就已經學會在熱帶雨林生長的樹木中提取汁液或者乳狀物來制成的東西,到了20世紀初已經遠遠不能滿足當時輪胎以及電氣工業對橡膠急劇增長的需求,而且天然橡膠在被用作輪胎時性能也談不上優異。這時卡爾·杜伊斯堡預見到橡膠業務有利可圖,于是促成拜耳公司對天然橡膠替代品的開發研究。

  在當時,他的這項提議類似于1960年代初美國總統約翰·F·肯尼迪向美國人發起的到1960年代末讓人類登陸月球的號召。

  兩萬馬克是一筆可觀的數目,1909年一名工人的年薪大約是1300馬克。不過以合成橡膠對人類的貢獻來看,兩萬馬克的賞金還是顯得太吝嗇了。 2007年全球共消費約1360萬噸合成橡膠,從當年的拜耳公司獨立出來的 朗盛公司的橡膠產品和橡膠化學品在這一年的銷售額也超過5億歐元。

  當時的化學家們已經發現,構成這種彈性材料的鏈分子實際上是由一排排的組分構成的,他們將之稱為橡膠基質。由于這種物質很難制取,霍夫曼轉而研制具有類似化學結構的物質。

  霍夫曼把這種物質放到很多錫罐中加熱,并耐心等待了數周乃至數月。他最終打開其中一個罐子時說了些什么,人們不得而知,人們知道的是,他在罐子里發現了一種奇特的物質,它可以隨聚合溫度的變化而變得很軟或很硬,但是始終保持彈性。這種物質被稱為甲基橡膠,它的發現標志著合成橡膠的誕生。

  甲基橡膠發明以后,德國皇家專利局授予了弗里德里?!ぐ荻玖蠌S“合成橡膠制備方法”的專利,專利號是250690號。1910年,當時早已是橡膠生產巨頭的大陸公司(Continental Company)則開始采用這種新型甲基橡膠制造輪胎。當時的德國皇帝威廉二世為自己的轎車配上了這種新輪胎,行駛中他發電報稱自己“非常愉快”。

  霍夫曼就此為合成橡膠打開了一扇門。人類就此開啟了合成橡膠的歷史。

  今天看來,在橡膠發展史上,還有另外一個名字可以與霍夫曼媲美,他就是美國人查爾斯· 固特異(Charles Goodyear)。

  “我就是橡膠的挽救者?!?834年夏天,固特異的表弟來到固特異家里,勸他不要搞那種出力不討好的橡膠研究時,這位前五金店主說。五年后,他開發的橡膠硫化技術讓橡膠成為一種穩定而且不粘合的材料。

  這個發明耗費了 固特異無數精力,但他并沒有因此致富,1860年 固特異帶著60萬美元的負債在貧病中去世。38年后,為了紀念他,弗蘭克·史柏林把自己創立的橡膠公司命名為“ 固特異”。

  固特異曾經夢想把橡膠應用在服裝、鞋、家具甚至是所有產品上,在開發出硫化橡膠技術之后,他還順便發明了現代橡膠安全套,在此之前的安全套都是用小羊的盲腸制成的。他一直夢想讓橡膠充滿整個世界。

  霍夫曼于100年前進行的合成橡膠實驗是人類實現這種夢想的緊要一步。 固特異沒有趕上橡膠的好時代,在他死后不久,一個人類的創造力極大迸發的時代到來了,19 世紀末20世紀初,人類的發明成果層出不窮,具有探索精神的研究者們發明技術、申請專利,并輔之以行動。

  霍夫曼趕上了這個時代,盡管他開發出來的合成橡膠因為成本高昂而且在空氣中會快速分解,于1913年就停止了生產。但是他在有生之年見證了合成橡膠接下來取得的一系列的重大技術突破—丁鈉橡膠、丁苯橡膠、丁腈橡膠,等等,這為現在的高性能橡膠的發明奠定了基礎,

  當然,當時全世界的人民正遭遇著重大的不幸—一戰和二戰接連爆發。這些重大的技術進步也都是德國人為了取得戰爭的勝利而投入研發的。二戰后,人類重新開啟了和平利用合成橡膠的歷史。

  固特異的夢想在他身后都相繼實現了,從服裝、玩具、技術產品到汽車工業,合成橡膠從方方面面改變了人類的生活。

  現在,高性能橡膠已經具備非同尋常的耐熱性、抗壓性和耐磨性,裝備了高性能橡膠輪胎的汽車已經可以以超過300公里的時速行駛,普利司通的一種直徑達4米、重達5.2噸的巨型輪胎則可以負載重達365噸的貨物。

  現今世界上65%的橡膠應用于汽車工業—輪胎、安全氣囊、密封管等。除此之外,橡膠的另一項極為重要的用途是生產以膠鞋為代表的日用品,10%的橡膠即消耗于此。

  抓地力強且輕便耐磨的登山鞋、最薄可達0.03毫米的安全套、終身不漏的咖啡機、香味持久易于咀嚼的口香糖……合成橡膠提供了這些人類的現代日常生活中不可或缺的元素。

  與合成橡膠的從無到有緊密相伴的,是大批今天人們熟知的公司,它們以合成橡膠為基礎為人類創造了新的需求,人類需求的不滿足又反過來促使它們開發出更多更好的橡膠產品。 米其林、 固特異、 杜蕾斯、 箭牌、 耐克、 阿迪達斯……這些公司以合成橡膠為原料創造出的產品分布在人類生活的每個角落,世界因它們的創新而變得更加豐富多彩。

  當然,現在人類對于合成橡膠有了更進一步的要求,比如環保輪胎。在滿足了高速度和高抗壓性之后,輪胎公司的科學家們眼下的任務是研發和制造出更環保的輪胎,諸如把填充油從有致癌可能的高芳香油轉換成對健康無害的添加物。

  在對合成橡膠的應用方面,工程師們總會有一些好點子。事實上,現在人類已經無法為橡膠的應用列一份詳盡的清單,可以肯定的是,在這些應用中,人們越來越難以看到天然橡膠的影子。合成橡膠已經成長了100年,現在,它的歷史還在繼續。

  A 橡膠原料

  自拜耳公司的霍夫曼在1909年合成橡膠以來,一百年間合成橡膠經歷了多次技術進步,無數科學家和工程師投身其間,眾多大型公司也因之產生。它們當中有供應合成橡膠基礎原料的化學品公司,也有以橡膠為原料生產各種日用品和工業用品的公司,它們讓合成橡膠日漸成為人類生活中須臾不可或缺的東西。

  哈金森(HUTCHINSON)集團

  1853年,一個美國工程師在法國創立了哈金森公司,1974年成為道達爾集團的子公司。哈金森一直在世界橡膠工業領域處于領導地位,主要生產和銷售航空、鐵路、汽車工業的橡膠制品,同時也從事消費品的生產。它在全球27個國家開設了119家工廠。

  哈金森的產品包括軍用產品、減震產品、車身密封系統、流體傳動系統、傳動帶、密封件及醫用手套和嬰兒用品。著名嬰兒用品品牌NUK和安全套品牌 弗羅姆都屬于其下屬公司德國MAPA公司。

  朗盛

  合成橡膠的誕生得益于德國拜耳公司前身弗里德里?!ぐ荻玖蠌S的一個關于開發天然橡膠制品的懸賞令。1909年拜耳的科學家霍夫曼開發出最早的合成橡膠—甲基橡膠,拜耳因此獲得“合成橡膠制備方法”的專利。1970年代后期,拜耳的研發人員研發出了抗壓、耐油、耐高溫的氫化丁腈橡膠。

  2005年初拜耳集團化學和塑料業務進行戰略重整分拆, 朗盛隨之誕生。

  現在的 朗盛是全球最大的橡膠化學品生產商和供應商之一,占有全球市場20%的份額,目前所有國際輪胎制造商都是 朗盛的客戶。 朗盛公司的工業橡膠制品業務屬于高性能聚合物板塊,旗下有6個橡膠品牌、200多種產品,年銷售額超過5億歐元。

  Vibram

  意大利著名的橡膠生產廠商 Vibram以鞋底品類的專業化分工聞名。 Vibram每年生產3200萬雙鞋底 ,每一季有50種 Vibram鞋底誕生,與這家公司合作的鞋類品牌超過1000個,其專門為鞋底設計的橡膠以出色的耐磨性、良好的防滑性、均勻的質地獲得了世界眾多制鞋廠商的認可.。

  Vibram依照產品需求,采用非常多不同的橡膠化合物,使每一款鞋底都可以呈現不同的物理特性,例如:彈性、密度、硬度、防滑性、耐磨性等。今天, Vibram的黃金八角形標志已經成為品質與高性能的同義詞。

  合成橡膠進化史

  硫化橡膠出現

  1839年,美國人查爾斯· 固特異開發的橡膠硫化技術讓橡膠成為一種穩定而且不粘合的材料,五年后他獲得了硫化橡膠的發明專利權。

  合成橡膠誕生

  拜耳的化學家霍夫曼研制出甲基橡膠,它的發現標志著我們今天所熟知的合成橡膠的誕生。然而,生產這種物質代價高昂,另外,人們很快便發現,甲基橡膠暴露在空氣中時也會快速分解。1913年時,人們終止了甲基橡膠的生產。

  大規模生產成為可能

  1929年,法本公司獲得了丁鈉橡膠專利,不久,德國化學家Walter Bock和他的導師Eduard Tschunkur添加了另一種重要的物質苯乙烯,改進了丁鈉橡膠配方,制取“丁苯橡膠”,這為合成橡膠的經濟突破奠定了基礎,這是第一種大規模工業生產的合成橡膠,并很快應用于汽車輪胎胎面生產。

  耐油性橡膠問世

  耐油性相對較強的丙烯腈制造的橡膠于1930年4月26日獲得了專利。這種合成橡膠最初以丁腈橡膠的名稱面市。這種橡膠的一大特點是能從內至外抵御石油和汽油。丁苯橡膠和丁腈橡膠的面世加快了研究活動的進程,最終促成了現代高性能橡膠的出現。

  石化產品開拓新空間

  礦物油替代煤炭成為化工業的主要原料,合成橡膠獲得新的發展動力,同時,新催化劑的出現也降低了橡膠業的原材料成本。乙烯、丙烯、丁二烯及其它烯烴類化合物成為經濟實用的基礎材料。這段時間內,,研究人員也大大改進了順丁橡膠的性能。

  高性能橡膠出現

  拜耳公司獲得了氫化丁腈橡膠專利,這種高性能橡膠具有非同尋常的耐熱性,抗臭氧和防老化性。無論溫度高低,都能保持突出的耐油性和耐磨損性,因此是汽車引擎艙或石油勘探的高壓環境等極端條件下的首選材料。

  具有特定性能的特殊橡膠

  能夠滿足特定性能的特殊橡膠,如能符合輪胎行業對減低滾動阻力和減少二氧化碳排放的環保橡膠,軟管、減震器、傳送帶和線纜絕緣的特殊橡膠等等,對科研人員提出了新的挑戰。

  B 輪胎

  現今世界上65%的橡膠應用于汽車工業—輪胎、安全氣囊、密封管等,其中最主要的就是輪胎。

  從霍夫曼最早開發的丁基橡膠開始,合成橡膠技術的不斷進步基本上都是順應人們對于輪胎的更高性能的要求:更好的耐磨性,更高的抗壓性,更強的抓地力,等等。

  人們認為用合成橡膠來制造輪胎是理所應當:使輪胎在地面濕滑的情況下具有更強抓地力的苯橡膠、能減少耗油量的釹橡膠,如順丁橡膠,以及采用納米技術生產的Nanoprene橡膠助劑。這些合成橡膠讓輪胎得以在輪胎耐久性、輪胎安全性和能源效率方面取得進步成為可能。

  現在研發人員們已經可以開發出讓汽車突破300公里時速的高性能輪胎,對于他們來說,一個全新的挑戰是環保,他們應該繼續降低滾動阻力,減輕輪胎重量,開發噪音更小的胎紋。

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