高分子
硫化(vulcanization)
/ vul-kan-ih-ZAY-shun /
生的天然橡膠本身是個令人失望的材料:它黏、一熱就變軟變黏,一冷就變硬變脆,而且你拉伸它會留下永久變形。1839 年,查爾斯・固特異(Charles Goodyear)發現把生橡膠和硫一起加熱,會把它變成我們熟知的、用在輪胎與靴底的那種富彈性、堅韌、耐候穩定的橡膠。這個過程就是硫化,它把橡膠從一個奇物變成世上最重要的工程材料之一。
這個機制是靠硫進行交聯。把天然橡膠與百分之幾的硫一起加熱,會使相鄰的高分子鏈之間形成短短的硫橋,把原本分開的鏈綁成一張輕度網絡。交聯的數量是一個調整剛性的旋鈕:少量的硫(比如百分之幾)給出柔軟、有彈性的橡膠,像橡皮筋或輪胎胎面,而大量的硫則產生又硬又剛的材料——重度硫化的橡膠就是硬橡膠(ebonite/vulcanite),曾用於保齡球與菸斗嘴。簡而言之,硫化就是把橡膠交聯成可用彈性體的那個特定化學過程。
它之所以重要,是因為硫化正提供了彈性體所需的關鍵交聯:沒有它們,生橡膠只會流動並保持變形,而不會彈回。這正是橡皮筋能作用的全部原因。好處也伴隨一個要誠實面對的地方:因為硫化橡膠已交聯,它實質上是一種熱固性材料——無法被熔化重塑,這使橡膠(像輪胎)真的很難回收。而好處也有極限:加太多硫會讓橡膠過度交聯,使它變得又硬又脆而不是有彈性。
橡皮筋和硬橡膠梳子可以由同樣的天然橡膠製成——差別在於硫化時用的硫量。百分之幾給出有彈性的橡皮筋;大量的硫給出剛硬的梳子。
硫化用硫橋把橡膠鏈交聯起來;少量的硫給出有彈性的橡膠,大量的硫給出堅硬的橡膠。
硫化橡膠已交聯,所以它的行為像熱固性材料——無法重熔或重塑,這就是輪胎難以回收的原因。硫加太多會讓它過度交聯成又硬又脆的固體。
又稱
另見