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当橡胶遇上白炭黑……

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liaojh-hgxcl 发表于 2018-11-8 10:26:24 | 显示全部楼层 |阅读模式
     橡胶,用白色的乳汁哺育了人类现代文明。如果没有它,就没有与现代人类生存息息相关的诸多兴旺发达的行业,如航空、航海、交通、邮电、卫生、军事、生化、计算机等。可以说,没有橡胶就没有人类现代文明。可在大家认可橡胶对人类社会的贡献时,却很少有人知道橡胶制品生产过程中的一位重要角色,那就是白炭黑。



神奇的精灵




11世纪,中南美洲的土著民收集橡胶树中流出来的白色乳汁,并向其中加入某些植物茎、藤、叶的汁水制成一种有弹性的粘胶固体。人们把它做成球状,由于甩打时会不断弹跳,人们以为它内藏精灵,便作祭供品。孩子们拿它作蹴球玩,后来人们将其涂在鞋上或布上用来防雨。

1493年,哥白尼等人航海探险到南美洲,见到上述情况后,将橡胶带回了欧洲。欧洲人大为惊讶,称其为神奇的精灵。从此,一些植物学家、科学家以及工程技术人员对橡胶进行了长达几个世纪的研究。最后在美国化学家发明了橡胶硫化技术之后,橡胶制品开始走向工业化、产业化。

因为橡胶具有多种良好的特殊性能,如弹性、绝缘性、耐磨性、气密性及柔韧性等,因此,用途极为广泛。目前世界上的橡胶制品已达7万多种,涉及到现代人类生活的方方面面。如一辆载重汽车需要橡胶240千克,一架喷气式飞机需要橡胶600千克,一辆轻型坦克需要橡胶800千克,一艘3.5万吨的军舰需要橡胶68吨

炭黑是什么?

科学家在研究制造橡胶及其各种制品时,为使从橡胶树里流出来的白色乳液变成有弹性、有拉伸力、有强度又耐磨的特殊材料,要在其中加入多种老化剂、硫化剂和补强剂。其中补强剂最为重要,用量最大的便是炭黑。也正因为加入了炭黑,我们看到用到的大多数橡胶制品都是黑色的,比如胶管、胶带、胶板、胶鞋、轮胎……

什么是炭黑?炭黑的主要组成物是碳元素(C),还有少量的氢、氧、硫、灰分、焦油和水份,表观为黑色。古时候,人们焚烧动植物油、松树枝,收集火烟凝成的黑灰,用来调制墨和黑色颜料。这种被称之为“炱”的黑灰就是最早的炭黑。后人研究发现,它松且极细,表面积非常大,范围从10~3000平方米/克不等。炭黑不溶于水、酸或碱,能在空气中燃烧变成二氧化碳。

早在公元前,中国就用植物油不完全燃烧制取颜料炭黑。1872年,美国首先以天然气为原料用槽法生产炭黑。当时,炭黑主要用作着色剂。1912年,S.C.莫特发现了炭黑对橡胶的补强作用之后,炭黑工业才迅速发展起来。炭黑的补强作用在于它的表面活性能与橡胶结合。由于炭黑的不均匀性,有活性很强的活化点,具有未成对电子,能与橡胶起化学作用。这种作用成为化学吸附,比物理吸附力大得多。因而炭黑同橡胶牢牢地结合在一起,提高了橡胶的强度和耐磨性。

近些年,汽车销量持续增长带动轮胎产量随之上升,推动了炭黑行业的发展。美国卡博特公司、三菱化学株式会社、江西黑猫炭黑股份公司、台湾中国合成橡胶公司等是全球炭黑行业的主要市场参与者。

橡胶+白炭黑=?

虽然炭黑提高了橡胶的强度,但你一定很难接受婴儿吃的奶嘴、高压锅上的密封垫圈、女孩扎头发的橡皮圈都是黑色的吧?白炭黑的出现,使橡胶华丽转身,让橡胶制品更加多彩成为现实。


在橡胶的研发过程中,很早就有人用白色的天然硅化合物如陶土、硅藻土、高岭土等作橡胶的填充剂,用人工合成的硅酸铝、硅酸钙、硅酸镁等作补强剂,虽然也生产出了白色橡胶,但它的强度不如用炭黑作补强剂所生产出来的黑色橡胶。直到二次世界大战中德国受到封锁,无法弄到炭黑,被迫研究出白色沉淀二氧化硅用来代替炭黑,称之为白炭黑。

白炭黑是白色粉末状X-射线无定型硅酸和硅酸盐产品的总称,主要是指沉淀水合二氧化硅、气相二氧化硅和超细二氧化硅凝胶,也包括粉末状硅酸铝和硅酸钙等,皆属于无机硅化合物。白炭黑能溶于苛性碱和氢氟酸,不溶于水、溶剂和酸(氢氟酸除外),耐高温、不燃、无味无嗅,具有很好的电绝缘性。

在制造轮胎中添加白炭黑后,轮胎的拉伸强度、抗撕裂性、耐磨性更大;能节省燃料油和减少磨损,提高了环保性能;并且还能造出白色、艳色的各种轮胎来。这都是炭黑所不能做到的。也正是因为白炭黑能提升轮胎的环保性,在如今大力推崇“绿色轮胎”的背景下,白炭黑的市场需求日益扩大,索尔维、赢创、黑猫股份等公司都是该领域的佼佼者。

总之,橡胶对人类贡献有多大,白炭黑的贡献就有多大



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