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硫黄的结构与裂解

2018/11/05 14:44
导读: 2.2.2.1硫黄的结构与裂解 皮奇( Peachy)和斯基普西指出:通过硫化氢和二氧化硫硫化生成初生态硫(见方程式13),这种活化的硫能够进行反应,即使在室温下也可以直接交联或硫化。 在室温下
        2.2.2.1硫黄的结构与裂解
        皮奇( Peachy)和斯基普西指出:通过硫化氢和二氧化硫硫化生成初生态硫(见方程式13),这种活化的硫能够进行反应,即使在室温下也可以直接交联或硫化。
        
        在室温下,元素状态的硫与橡胶实际上是不进行反应的。
        沃伦( Warren)和伯韦尔( Burwell)4根据红外光谱最早指出,硫黄的存在形态既不是硫原子(可由其在元素周期表中与氧相似的情况推断),也不是S2分子,而是以稳定的S8环的形式存在(见图13)。
        
        这一发现业经反复证实。布雷斯勒( Bressler)及其同用放射性硫S35在橡胶中的扩散实验证明,在橡胶中溶解的硫,其分子量大体上也是225,也就是说开始它是以S8环的形式存在的。
        鉴于S8环的稳定性比较高,波林( Pauling)指出硫环裂解所需要的能量为64千卡/克分子。
        S8环如此稳定,说明硫黄何以不易反应。为使硫黄进行反应,就必须耗费相当大的活化能,而且.必须使硫环裂解。在高温下可以进行活化,采用诸如碱类、硫醇类、二硫代氨基甲酸盐类、二院化物和金属氧化物之类的促进剂也可以促进这一活化过程。
        硫黄通过环的裂解活化以后,就能与促进剂、氧化锌以及橡胶分子上的反应位置(或者是a-次甲基、双键,也或者是共它位置)进行反应,但反应一开始不会形成分子间的交联。这一反应阶段仍属于所谓硫化初步反应,直至进一步反应才形成分子内或分子间的交联键,而这两种交联键的结构是大大不同的。这是通过大量实验,特别是通过模拟物质的实验而发现的。
        硫黄与橡胶反应时,有无促进剂参与反应硫黄所表现的行为大有区别。按李布拉斯( Le Bras)的说法,只用硫黄硫化时,40~55个硫原子オ能产生一个简单的化学桥键,而用促进剂和活化剂时,即使在低温下,只要有足够长的硫化时间,则只需要1.6个硫原子。这就是不用促进剂时必须加入大量硫黄的原因。显然,硫黄活化反应是非常重要的,而活化机理的不同会影响交联键的结构,因而也就影响到硫化胶的机械性能。
        克雷布斯( Krebs)认为硫环的裂解方式一般有两种。这从S8硫环的电子结构是很容易理解的。硫环裂解后一对电子能保留在一个硫原子上,产生的S8的另一端则形成一个电子空穴,这是第一种方式;第二种情况是S8链每一端的硫原子都有一个单电子。第一种情况是离子型裂解,而第二种情况是游离基裂解(方程式14)。
        方程式14
        
        根据上面的观点所得到的结论,将在后面(见2.3.2.2.1)详细叙述。
        第三种裂解机理是“热”或“极化”机理,这既非离子型裂解,又非游离基型裂解,而仅仅是由于热能作用而产生裂解的机理。这种机理将与高温情况一并讨论(见2.2.2.2)。
        经充分抽提的橡胶,即使在高温下,单独与硫黄反应的程度也是非常小的,因而交联键的生成数量也很低。由此可以设想,在不加促进剂的硫化过程中,热反应机理只起次要作用,而所谓橡胶杂质对硫化的活化作用却是不容忽视的。
 
 
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