叫硫化,自然和硫磺有關。1839年,美國人固特異偶然發現,天然橡膠加入硫磺加熱後,其性能得到改善。英國人首先將這種方法應用於工業生產。壹個多世紀以來,盡管硫化的科學含義已經大大豐富,但這個簡單的術語仍然被沿用。
硫化橡膠網絡結構示意圖生膠是壹種線型結構的高分子,常溫下很軟,機械性能差,不能定型和儲存,不能直接使用。橡膠硫化實際上是線性分子交織成網絡結構,這個變化過程廣義上應該叫交聯。在交聯時,硫在大分子之間起到架橋和編織的作用,就像把許多單根尼龍絲編織成漁網壹樣。硫化後,橡膠的強度、硬度、彈性和耐溶劑性都發生了顯著變化,使橡膠具有實用價值。
隨著科技的進步,人們逐漸認識到硫化只是大分子間交聯的壹種特定形式,主要針對的是不飽和橡膠。除了硫磺之外,許多化學物質如過氧化物、金屬氧化物、胺類化合物等都能交聯橡膠大分子,這些物質也可稱為硫化劑。壹些橡膠可以在沒有硫化劑的情況下通過電子束或γ射線輻射交聯。
為什麽硫化可以改變橡膠的性能?
根本原因是線性聚合物變成網絡聚合物後,分子鏈的自由運動受到限制;同時網狀分子中還有相當多的活性段,所以就成了既有強度又有彈性的橡膠。
橡膠硫化後會形成很多交聯點,類似於漁網的編織點。兩個交聯點之間的鏈段的平均分子量稱為交聯分子量。每單位體積的交聯點數稱為交聯密度。交聯分子量越高,交聯密度越小,即硫化程度越小。交聯密度要適中,否則會失去彈性。
工業上經常使用硫化促進劑,因為單獨使用硫磺時反應效率太低。比如用硫磺硫化天然橡膠的初期,需要53個硫原子才能形成壹個硫交聯鍵,後期還需要44個硫原子。但使用硫化促進劑後,橡膠硫化所需的能量明顯降低,少於10的硫原子可以形成交聯鍵。促進劑不僅能提高硫化效率,還能提高硫化膠的力學性能和耐老化性能。
硫化促進劑幾乎都是有機化合物,種類繁多。比如壹般合成橡膠常用的促進劑有幾十種,如噻唑類、亞磺酰胺類等。
為了進壹步提高橡膠的交聯度,工業上廣泛使用硫化活化劑。這些活化劑通常由金屬氧化物與脂肪酸或金屬皂結合而成。在壹些實際的固化技術中,我們經常使用這種固化劑-促進劑-活化劑三位壹體的固化體系。