مطاط صناعي

(تم التحويل من المطاط الصناعي)

المطاط الصناعي Synthetic rubber، پوليمر ثابت، هو أي نوع من المطاط المصنع بصفة رئيسية من المنتجات النفطية الثانوية. المطاط الصنعي هو مادة لها خصائص ميكانيكية (أو مادية) تجعلها أكثر مرونة تحت الضغط عن معظم المواد ويمكنها العودة لحجمها وشكلها السابق بدون حدوث تغير دائم فيها. ينتج حوالي 15 بليون كيلوگرام من المطاط سنوياً، ثلثيها من المطاط الصناعي.[1] ستصل الأرباح العالمية من المطاط الصناعي في 2020 إلى أكثر من 56 بليون دولار. [2] المطاط الصناعي، مثل المطاط الطبيعي، يستخدم في صناعة السيارات لتصنيع الأبواب والنوافذ، الأرضيات والعوامل المثبطة.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

مقارنة بين المطاط الطبيعي والصناعي

Chemical structure of cis-polyisoprene, the main constituent of natural rubber. Synthetic cis-polyisoprene and natural cis-polyisoprene are derived from different precursors by different chemical pathways.


التاريخ

في مطلع القرن العشرين، بدأت تبرز إلى حيز الوجود مواد جديدة من صنع الإنسان، اكتشفت لها استعمالات جعلتها تنافس المواد الطبيعية. ومن أهم هذه المواد اللدائن والمطاط فقد أصبحت صناعة هذه المواد من أهم الصناعات إلى حد يمكن تسمية العصر الحاضر بعصر اللدائن، فأغلب المواد التي نستخدمها يدخل في صنعها نوع من أنواع اللدائن . فاللدائن ميدان جديد من ميادين الصناعات الحديثة، وفيه متسع كبير لإشباع رغبات الكثيرين، سواء كان ذلك للهواية أم للصناعة، وبالإمكان استخدام اللدائن المختلفة ذات الألوان الزاهية في عمل العديد من الأدوات اللازمة للاستعمال اليومي في المكتب والمنزل وللكثير من الأعمال اليدوية.[3]

وقد كان العالم الشهير فاراداي أول من اكتشف أن المطاط الطبيعي يتكون من عنصري الكربون والهيدروجين فقط، إن نسبة وجودهما فيه هي خمس ذرات من الكربون إلى ثماني ذرات من الهيدروجين أي أن صيغة المطاط الطبيعي الأولية هي C5H8.

وقد تم فصل مركب غير مشبع من المطاط بتقطيره، وسمي هذا المركب أيسوبرين وتم التعرف عليه عام 1860 وأمكن تحويله بعد ذلك إلى بوليمر سمى "بولي أيسوبرين" يشبه المطاط الطبيعي في صفاته.

وبناء على هذه المعلومات نجح الألمان في أثناء الحرب العالمية الأولى في تحضير نوع من المطاط ببلمرة مركب غير مشبع يعرف باسم "ثنائي ميثيل بيوتادايين وأطلق عليه اسم المطاط المثيلي وأنتج منه نحو 150 طنا في الشهر طوال مدة الحرب العالمية الأولى، ولكن أوقف إنتاجه بعد ذلك لارتفاع تكلفته وعدم صلاحيته للاستعمال في كل الأغراض.

وتشترك اللدائن بصفة عامة بإمكانية طواعيتها وتشكيلها بالشكل المطلوب، لأنها عندما تتعرض إلى درجة حرارة معينة تصبح لينة، ويمكن ضغطها باليد أو نفخها في قوالب لتتخذ الشكل المطلوب، حتى إذا مابردت وعادت إلى حرارتها العادية احتفظت بالشكل الذي اكتسبته أثناء التشغيل بالحرارة . وتوجد اللدائن في الأسواق التجارية على شكل ألواح مختلفة السماكة.

وقبل الحرب العالمية الثانية ، كان المطاط الطبيعى يشكل 100% من صناعة المطاط ثم بعد ذلك لم يستطع انتاج المطاط الطبيعى أن يغطى احتياجات دول العالم ومن ثم ظهرت وتطورت صناعة المطاط الصناعى وأصبح مطاط الأستايرين بيوتادييين أكثر أنواع المطاط أنتاجا بالأطنان ويتم انتاج المطاط الصناعى في خطوتين الاولى بتحضير المونومر والثانية بلمرة المونومر .

الحرب العالمية الثانية

Sheet of synthetic rubber coming off the rolling mill at the plant of Goodrich (1941)
ملصق أثناء الحرب العالمية الثانية عن إطارات من المطاط الصناعي.

بعد الحرب

أنواع المطاط الصناعي

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

مطاط ستيرين-بيوتادين

تنتج مادة البيوتاديين عادة من مخزون تغذية النفط ، اذ يتم فصله من غازات تكسير النافثا كما يتم انتاج البيوتاديين أيضا بواسطة عمليات نزع الهيدروجين أو الأكسدة ونزع الهيدروجين من البيوتيلين في وجود حفاز أكسيد الأنتيمون في حرارة 400- 450 درجة مئوية تحت ضغط 2 جو مع الأحتفاظ بنسبة الهواء الى بخار 1: 1.8 .

ويمكن انتاج البيوتاديين من الكحول الايثيلى بواسطة طريقتين : الطريقة الولى يتم فيها تحويل الكحول الايثيلى الى أسيتالدهايد ، الذى يتكثف الى كروتونالدهايد ثم الى بيوتاديين ، أما الطريقة الثانية فيتم فيها امرار أبخرة الكحول الايثيلى والأسيتالدهايد فوق سليكا جيل محملة بأكاسيد الزركونيوم في حرارة 320 - 350 م يتبلمر البيوتاديين عن طريق بلمرة الكتلة أو تكنولوجيا المستحلب بواسطة بلمرة الشقوق الحرة لتكوين أنواع مختلفة من مطاط البيوتاديين.

يتبلمر الأستايرين مع البيوتاديين بأى نسبة والمنتج الناتج من 70% بيوتاديين ، 30% استايرين - بيوتاديين .

مطاط الكلوروبرين

مطاط الكلوروبرين مطاط له أستخدامات خاصة ويتميز بمقاومة الحرارة والزيوت والأوزون، هذا النوع من المطاط محور بالكلور والكبريت لاكسابه خاصة المقاومة العالية للتمزق.

مطاط الپولي يوريثان

اخل هذا النوع من المطاط بواسطة شركة باير عام 1950 ويتميز بأن له خواص متوسطة بين البولى استر والبولى أميد وله تطبيقات عديدة في مجال المواد اللاصقة والنسيج والرخويات المرنة والصلبة ولذلك يدخل في صناعة الآثاث والسيارات والثلاجات ومواد البناء والأحذية.

مطاط بونا

ويطلق اسم بونا على أحد المطاط الصناعى والذى صنع أول مرة في المانيا في عملية بلمرة للبوتادين مع الصوديم كمادة حفازة، وكانت العملية تتم عند درجة حرارة 50 درجة مئوية لتعطى ما سمى بمطاط البونا المرقم مثل بوناس( مطاط ستيرين البوتادين) أما اليوم فان البلمرة الأسهامية للبوتادين والتيرين تجرى غالبا في الحالة المائية ومن الممكن في المفاعلات الأحداث أن تتم هذه العملية عند حالة 5 درجات مئوية لتنتج الصورة الراهنة المعروفة بأسم ستيرين وظروف عملية البلمرة الحصول على أنواع مختلفة من مطاط البونا ويمكن التوسع لزيادة الأنواع بأتباع طلرق مختلفىللمعالجة وبأستخدام خلائط متنوعة وقد أمكن في الآونة الأخيرة وبمساعدة ما يسمى حفازات زيجلر انتاج مادة ذات صفات قريبة جدا من صفات المطاط الطبيعى من البوتادين أو أليزوبرن مثل مطاط بونا سي بي.

جدول للمطاط الصناعي الشائع

كود ISO 1629 الاسم التقني الأسماء الشائعة
ACM Polyacrylate Rubber
AEM Ethylene-acrylate Rubber
AU Polyester Urethane
BIIR Bromo Isobutylene Isoprene Bromobutyl
BR Polybutadiene Buna CB
CIIR Chloro Isobutylene Isoprene Chlorobutyl, Butyl
CR Polychloroprene Chloroprene, Neoprene
CSM Chlorosulphonated Polyethylene Hypalon
ECO Epichlorohydrin ECO, Epichlorohydrin, Epichlore, Epichloridrine, Herclor, Hydrin
EP Ethylene Propylene
EPDM Ethylene Propylene Diene Monomer EPDM, Nordel
EU Polyether Urethane
FFKM Perfluorocarbon Rubber
FKM Fluoronated Hydrocarbon Viton, Kalrez, Fluorel, Chemraz
FMQ Fluoro Silicone FMQ, Silicone Rubber
FPM Fluorocarbon Rubber
HNBR Hydrogenated Nitrile Butadiene HNBR
IR Polyisoprene (Synthetic) Natural Rubber
IIR Isobutylene Isoprene Butyl Butyl
NBR Acrylonitrile Butadiene NBR, Nitrile rubber, Perbunan, Buna-N
PU Polyurethane PU, Polyurethane
SBR ستيرين-بيوتادين SBR, Buna-S, GRS, Buna VSL, Buna SE
SEBS Styrene Ethylene Butylene Styrene Copolymer SEBS Rubber
SI Polysiloxane Silicone Rubber
VMQ Vinyl Methyl Silicone Silicone Rubber
XNBR Acrylonitrile Butadiene Carboxy Monomer XNBR, Carboxylated Nitrile
XSBR Styrene Butadiene Carboxy Monomer
YBPO Thermoplastic Polyether-ester
YSBR Styrene Butadiene Block Copolymer
YXSBR Styrene Butadiene Carboxy Block Copolymer


. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

عملية البلمرة الاسهامية

وفي عملية البلمرة الاسهامية التى تجرى عند درجة حرارة 5 مئوية تكون المواد الهيدروكربونية المراد بلمرتها مثل البوتادين والسترين على هيئة مستحلب يحتوى على واحد من مكونتى المادة ذائبا فيها أما الشق الثانى من المادة المنشطة فموجود في المحلول المائى للمستحلب ويبدأ بالفعل المشترك للمواد المنشطة عملية البلمرة ويمكن التحكم في حجم جزىء البوليمر الناتج عن طريق اضافة بعض المواد وللجزيئات الضخمة المشكلة بهذه الطريقة وهى جزيئات عملاقة بالغة الطول على هيئة فتيل له أفرع تسمى السلاسل الجانبية وتتوقف عملية بلمرة المونوميرات بعد تفاعل حوالى 60% من هذه المواد ويكون المنتج في هذه المرحلة على هيئة عصارة شبيهه بعصارة المطاط الطبيعي، وعندئذ تفصل المونوميرات التى لم تتفاعل من هذه العصارة ووتضاف المواد المثبته وتتخثر العصارة بعد ذلك بأضافة الأحماض والأملاح ثم تغسل المادة الصلبة الناتجة وتجفف على مراحل متعددة.

ولتحويل البونا الى منتجات مطاطية تعالج في آلات العجن بأضافة مواد مختلفة تضبط قابلية المطاط للتشكيل ومن هذه المواد الزيوت والبرافين والأحماض الدهنية والقار والبتيومين وأسود الكربون وأكسيد الخارصين والطباشير والسلكة والكاولين ومواد عضوية وغير عضوية مطحونة طحنا جيدا ويضاف للخليط في الكبرته مادة مسرعة للكبرتة مثل (ميركابتو بنزوتيازول)، تترابط الجزيئات الفتيلية في شبكة ثلاثية الأبعاد يكو المبريت فيها روابط الأتصال وتسمى هذه العملية الربط العرضى ونتيجة لذلك يفقد المطاط المصنع لدونته ويكتسب عوضا عنه درجة عالية من المرونة كما يكتسب خواص أخرى مثل مقاومة التآكل ويستخدم مطاط البونا في صناعة اطارات السيارات وكثير من المنتجات الأخرى.

وهناك أنواع أخرى كثيرة من المطاط الصناعى غير البونا منها بيربونان هيكار، كيموجوم، بوتابرين وهى مطاطات من نتريل البوتادين مقارومة للزيوت وقد تم أثناء الحرب العالمية الثانية تطوير نوع من المطاط الصناعى أسمه المطاط الحكومى من نوع الأستيرين في الولايات المتحدة واستخدامه على نطاق واسع ومن الأنواع الأخرى مطاط بوتيل ونيوبرين.

الأسماء التجارية

انظر أيضاً

المصادر

  1. ^ Desmond Threadingham, Werner Obrecht, Wolfgang Wieder, Gerhard Wachholz and Rüdiger Engehausen "Rubber, 3. Synthetic Rubbers, Introduction and Overview" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2011, Weinheim. doi:10.1002/14356007.a23_239.pub5
  2. ^ Ceresana, Market Study Synthetic Rubber, June 2013, http://www.ceresana.com/en/market-studies/plastics/synthetic-rubber/
  3. ^ "صناعة المطاط". كنانة أونلاين. Retrieved 2013-07-18.

وصلات خارجية