橡胶的硫化

天然橡胶是一种天然聚合物，聚异戊二烯，它的长链里仍然含有碳碳双键。由于这些链能彼此滑动，未经处理的橡胶又软，受热时发黏，还会失去弹性。

硫化就是把橡胶和硫一起加热、用交联把链锁在一起的过程，它是中五聚合物一章的常见内容。考试要考硫的作用、性质的变化，以及这变化背后的原因。

涉及的结构

天然橡胶的单体是异戊二烯（2-甲基丁-1,3-二烯），C₅H₈，它的结构是 CH₂=C(CH₃)⁻CH=CH₂。它聚合成聚异戊二烯，可以写成一个重复单元：

(-CH₂⁻C(CH₃)=CH⁻CH₂⁻)n

请注意，每个重复单元仍带有一个 C=C 双键。这个残留的双键就是硫化所利用的反应活性部位。

硫化中发生了什么

硫化不是一个带单一配平方程式的简单分子反应；它是一个交联过程。当橡胶与硫一起加热时，硫原子加成到相邻聚异戊二烯链的 C=C 双键上，形成把链拴在一起的硫桥（-S⁻S⁻ 交联）。

简略地说：

橡胶链 + 硫 (Sx)，加热 → 各链由 -S⁻S⁻ 交联连接起来

由于硫原子键连到两条不同的链上，它就像长分子之间的横档。用的硫越多，形成的交联越多，橡胶就越硬，少量硫得到有弹性的轮胎橡胶，大量硫则得到坚硬的硬橡胶。

所需条件

• 硫是交联剂。
• 橡胶与硫的混合物要加热。

一种现代的替代方法是让橡胶在室温下与二氯化二硫 (S₂Cl₂) 反应（冷硫化），但课程标准强调的是与硫共热这种方法。

现象：性质的变化

硫化是通过橡胶性质的变化来判断的，而不是通过颜色变化：

• 硫化橡胶比天然橡胶更硬、更强。
• 它更有弹性，拉伸后能回弹到原来的形状，而不是保持变形。
• 它更耐热，受热时不那么容易变软或发黏。
• 它更耐氧化、磨损得更慢，因为许多活泼的双键已被硫用掉了。

为什么性质会改变

这个解释正是最常考的地方。在天然橡胶里，链之间只靠弱作用力维系，能彼此永久滑过，所以橡胶一拉就保持被拉长的状态。

硫的交联在链之间形成强键；当硫化橡胶被拉伸时，交联阻止链滑走，所以材料能回弹复形、抵抗变形。用掉双键也使橡胶不那么容易被氧攻击。

要始终把每一项改善的性质都连回到交联上。

常见错误

要说硫在链之间形成交联，而不是说它”使橡胶变重”或只是”混进去”。把反应活性部位命名为聚异戊二烯的 C=C 双键。

不要声称硫化会带来颜色变化；证据是硬度和弹性的变化。把原因（交联）和结果（更硬、更有弹性、更耐热耐氧化）清楚地配对起来。

在 SPM 考试中的出现方式

在 试卷二 (4541/2) 里，你可能被要求解释什么是硫化、说出所加入的物质（硫）和条件（加热），并用交联来解释硫化橡胶为何更有弹性、更硬。在 试卷一 (4541/1) 里，客观题会考所用的试剂和性质变化。

把每个答案都扎根在硫的交联连接聚异戊二烯链这件事上，硫化题就变得简单了。