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人类伟大的发明:合成橡胶的发明与发展历程!

人类伟大的发明:合成橡胶的发明与发展历程!

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  100年前,德国化学家弗雷兹·霍夫曼研究合成橡胶的动力或许来自于德国拜耳公司前身弗里德里希·拜耳染料厂的一个悬赏令:这家公司于1906年提出,如果有人能够在1909年11月1日之前成功“研制出制造橡胶或橡胶替代品的方法”,公司将奖励发明者两万马克。

  这是当时的拜耳总裁卡尔·杜伊斯堡(Karl Duisburg)的主意。当时,借助于苏格兰兽医约翰·伯德· 邓禄普和法国的 米其林兄弟的发明创造,人们已经给自行车、公共马车以及刚刚诞生不久的汽车装上了轮胎。

  但是当时人们使用的还都是天然橡胶。这种在2000年前生活在赤道附近的人们就已经学会在热带雨林生长的树木中提取汁液或者乳状物来制成的东西,到了20世纪初已经远远不能满足当时轮胎以及电气工业对橡胶急剧增长的需求,而且天然橡胶在被用作轮胎时性能也谈不上优异。这时卡尔·杜伊斯堡预见到橡胶业务有利可图,于是促成拜耳公司对天然橡胶替代品的开发研究。

  在当时,他的这项提议类似于1960年代初美国总统约翰·F·肯尼迪向美国人发起的到1960年代末让人类登陆月球的号召。

  两万马克是一笔可观的数目,1909年一名工人的年薪大约是1300马克。不过以合成橡胶对人类的贡献来看,两万马克的赏金还是显得太吝啬了。 2007年全球共消费约1360万吨合成橡胶,从当年的拜耳公司独立出来的 朗盛公司的橡胶产品和橡胶化学品在这一年的销售额也超过5亿欧元。

  当时的化学家们已经发现,构成这种弹性材料的链分子实际上是由一排排的组分构成的,他们将之称为橡胶基质。由于这种物质很难制取,霍夫曼转而研制具有类似化学结构的物质。

  霍夫曼把这种物质放到很多锡罐中加热,并耐心等待了数周乃至数月。他最终打开其中一个罐子时说了些什么,人们不得而知,人们知道的是,他在罐子里发现了一种奇特的物质,它可以随聚合温度的变化而变得很软或很硬,但是始终保持弹性。这种物质被称为甲基橡胶,它的发现标志着合成橡胶的诞生。

  甲基橡胶发明以后,德国皇家专利局授予了弗里德里希·拜耳染料厂“合成橡胶制备方法”的专利,专利号是250690号。1910年,当时早已是橡胶生产巨头的大陆公司(Continental Company)则开始采用这种新型甲基橡胶制造轮胎。当时的德国皇帝威廉二世为自己的轿车配上了这种新轮胎,行驶中他发电报称自己“非常愉快”。

  霍夫曼就此为合成橡胶打开了一扇门。人类就此开启了合成橡胶的历史。

  今天看来,在橡胶发展史上,还有另外一个名字可以与霍夫曼媲美,他就是美国人查尔斯· 固特异(Charles Goodyear)。

  “我就是橡胶的挽救者。”1834年夏天,固特异的表弟来到固特异家里,劝他不要搞那种出力不讨好的橡胶研究时,这位前五金店主说。五年后,他开发的橡胶硫化技术让橡胶成为一种稳定而且不粘合的材料。

  这个发明耗费了 固特异无数精力,但他并没有因此致富,1860年 固特异带着60万美元的负债在贫病中去世。38年后,为了纪念他,弗兰克·史柏林把自己创立的橡胶公司命名为“ 固特异”。

  固特异曾经梦想把橡胶应用在服装、鞋、家具甚至是所有产品上,在开发出硫化橡胶技术之后,他还顺便发明了现代橡胶安全套,在此之前的安全套都是用小羊的盲肠制成的。他一直梦想让橡胶充满整个世界。

  霍夫曼于100年前进行的合成橡胶实验是人类实现这种梦想的紧要一步。 固特异没有赶上橡胶的好时代,在他死后不久,一个人类的创造力极大迸发的时代到来了,19 世纪末20世纪初,人类的发明成果层出不穷,具有探索精神的研究者们发明技术、申请专利,并辅之以行动。

  霍夫曼赶上了这个时代,尽管他开发出来的合成橡胶因为成本高昂而且在空气中会快速分解,于1913年就停止了生产。但是他在有生之年见证了合成橡胶接下来取得的一系列的重大技术突破—丁钠橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶,等等,这为现在的高性能橡胶的发明奠定了基础,

  当然,当时全世界的人民正遭遇着重大的不幸—一战和二战接连爆发。这些重大的技术进步也都是德国人为了取得战争的胜利而投入研发的。二战后,人类重新开启了和平利用合成橡胶的历史。

  固特异的梦想在他身后都相继实现了,从服装、玩具、技术产品到汽车工业,合成橡胶从方方面面改变了人类的生活。

  现在,高性能橡胶已经具备非同寻常的耐热性、抗压性和耐磨性,装备了高性能橡胶轮胎的汽车已经可以以超过300公里的时速行驶,普利司通的一种直径达4米、重达5.2吨的巨型轮胎则可以负载重达365吨的货物。

  现今世界上65%的橡胶应用于汽车工业—轮胎、安全气囊、密封管等。除此之外,橡胶的另一项极为重要的用途是生产以胶鞋为代表的日用品,10%的橡胶即消耗于此。

  抓地力强且轻便耐磨的登山鞋、最薄可达0.03毫米的安全套、终身不漏的咖啡机、香味持久易于咀嚼的口香糖……合成橡胶提供了这些人类的现代日常生活中不可或缺的元素。

  与合成橡胶的从无到有紧密相伴的,是大批今天人们熟知的公司,它们以合成橡胶为基础为人类创造了新的需求,人类需求的不满足又反过来促使它们开发出更多更好的橡胶产品。 米其林、 固特异、 杜蕾斯、 箭牌、 耐克、 阿迪达斯……这些公司以合成橡胶为原料创造出的产品分布在人类生活的每个角落,世界因它们的创新而变得更加丰富多彩。

  当然,现在人类对于合成橡胶有了更进一步的要求,比如环保轮胎。在满足了高速度和高抗压性之后,轮胎公司的科学家们眼下的任务是研发和制造出更环保的轮胎,诸如把填充油从有致癌可能的高芳香油转换成对健康无害的添加物。

  在对合成橡胶的应用方面,工程师们总会有一些好点子。事实上,现在人类已经无法为橡胶的应用列一份详尽的清单,可以肯定的是,在这些应用中,人们越来越难以看到天然橡胶的影子。合成橡胶已经成长了100年,现在,它的历史还在继续。

  A 橡胶原料

  自拜耳公司的霍夫曼在1909年合成橡胶以来,一百年间合成橡胶经历了多次技术进步,无数科学家和工程师投身其间,众多大型公司也因之产生。它们当中有供应合成橡胶基础原料的化学品公司,也有以橡胶为原料生产各种日用品和工业用品的公司,它们让合成橡胶日渐成为人类生活中须臾不可或缺的东西。

  哈金森(HUTCHINSON)集团

  1853年,一个美国工程师在法国创立了哈金森公司,1974年成为道达尔集团的子公司。哈金森一直在世界橡胶工业领域处于领导地位,主要生产和销售航空、铁路、汽车工业的橡胶制品,同时也从事消费品的生产。它在全球27个国家开设了119家工厂。

  哈金森的产品包括军用产品、减震产品、车身密封系统、流体传动系统、传动带、密封件及医用手套和婴儿用品。著名婴儿用品品牌NUK和安全套品牌 弗罗姆都属于其下属公司德国MAPA公司。

  朗盛

  合成橡胶的诞生得益于德国拜耳公司前身弗里德里希·拜耳染料厂的一个关于开发天然橡胶制品的悬赏令。1909年拜耳的科学家霍夫曼开发出最早的合成橡胶—甲基橡胶,拜耳因此获得“合成橡胶制备方法”的专利。1970年代后期,拜耳的研发人员研发出了抗压、耐油、耐高温的氢化丁腈橡胶。

  2005年初拜耳集团化学和塑料业务进行战略重整分拆, 朗盛随之诞生。

  现在的 朗盛是全球最大的橡胶化学品生产商和供应商之一,占有全球市场20%的份额,目前所有国际轮胎制造商都是 朗盛的客户。 朗盛公司的工业橡胶制品业务属于高性能聚合物板块,旗下有6个橡胶品牌、200多种产品,年销售额超过5亿欧元。

  Vibram

  意大利著名的橡胶生产厂商 Vibram以鞋底品类的专业化分工闻名。 Vibram每年生产3200万双鞋底 ,每一季有50种 Vibram鞋底诞生,与这家公司合作的鞋类品牌超过1000个,其专门为鞋底设计的橡胶以出色的耐磨性、良好的防滑性、均匀的质地获得了世界众多制鞋厂商的认可.。

  Vibram依照产品需求,采用非常多不同的橡胶化合物,使每一款鞋底都可以呈现不同的物理特性,例如:弹性、密度、硬度、防滑性、耐磨性等。今天, Vibram的黄金八角形标志已经成为品质与高性能的同义词。

  合成橡胶进化史

  硫化橡胶出现

  1839年,美国人查尔斯· 固特异开发的橡胶硫化技术让橡胶成为一种稳定而且不粘合的材料,五年后他获得了硫化橡胶的发明专利权。

  合成橡胶诞生

  拜耳的化学家霍夫曼研制出甲基橡胶,它的发现标志着我们今天所熟知的合成橡胶的诞生。然而,生产这种物质代价高昂,另外,人们很快便发现,甲基橡胶暴露在空气中时也会快速分解。1913年时,人们终止了甲基橡胶的生产。

  大规模生产成为可能

  1929年,法本公司获得了丁钠橡胶专利,不久,德国化学家Walter Bock和他的导师Eduard Tschunkur添加了另一种重要的物质苯乙烯,改进了丁钠橡胶配方,制取“丁苯橡胶”,这为合成橡胶的经济突破奠定了基础,这是第一种大规模工业生产的合成橡胶,并很快应用于汽车轮胎胎面生产。

  耐油性橡胶问世

  耐油性相对较强的丙烯腈制造的橡胶于1930年4月26日获得了专利。这种合成橡胶最初以丁腈橡胶的名称面市。这种橡胶的一大特点是能从内至外抵御石油和汽油。丁苯橡胶和丁腈橡胶的面世加快了研究活动的进程,最终促成了现代高性能橡胶的出现。

  石化产品开拓新空间

  矿物油替代煤炭成为化工业的主要原料,合成橡胶获得新的发展动力,同时,新催化剂的出现也降低了橡胶业的原材料成本。乙烯、丙烯、丁二烯及其它烯烃类化合物成为经济实用的基础材料。这段时间内,,研究人员也大大改进了顺丁橡胶的性能。

  高性能橡胶出现

  拜耳公司获得了氢化丁腈橡胶专利,这种高性能橡胶具有非同寻常的耐热性,抗臭氧和防老化性。无论温度高低,都能保持突出的耐油性和耐磨损性,因此是汽车引擎舱或石油勘探的高压环境等极端条件下的首选材料。

  具有特定性能的特殊橡胶

  能够满足特定性能的特殊橡胶,如能符合轮胎行业对减低滚动阻力和减少二氧化碳排放的环保橡胶,软管、减震器、传送带和线缆绝缘的特殊橡胶等等,对科研人员提出了新的挑战。

  B 轮胎

  现今世界上65%的橡胶应用于汽车工业—轮胎、安全气囊、密封管等,其中最主要的就是轮胎。

  从霍夫曼最早开发的丁基橡胶开始,合成橡胶技术的不断进步基本上都是顺应人们对于轮胎的更高性能的要求:更好的耐磨性,更高的抗压性,更强的抓地力,等等。

  人们认为用合成橡胶来制造轮胎是理所应当:使轮胎在地面湿滑的情况下具有更强抓地力的苯橡胶、能减少耗油量的钕橡胶,如顺丁橡胶,以及采用纳米技术生产的Nanoprene橡胶助剂。这些合成橡胶让轮胎得以在轮胎耐久性、轮胎安全性和能源效率方面取得进步成为可能。

  现在研发人员们已经可以开发出让汽车突破300公里时速的高性能轮胎,对于他们来说,一个全新的挑战是环保,他们应该继续降低滚动阻力,减轻轮胎重量,开发噪音更小的胎纹。