مطاط اصطناعي
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
Natural rubber, coming from latex of Hevea brasiliensis, is mainly poly-cis-isoprene.
Synthetic rubber, like other polymers, is made from various petroleum-based monomers.
Some synthetic rubbers are less sensitive to ozone cracking than NR. Natural rubber is sensitive owing to the double bonds in its chain structure, but some synthetic rubbers do not possess these bonds and so are more resistant to ozone cracking. Examples include Viton rubber, EPDM and butyl rubber.
A new class of synthetic rubber is the thermoplastic elastomers which can be moulded easily unlike conventional NR vulcanized rubber. Their structure is stabilized by cross-linking by crystallites in the case of polyurethanes or by amorphous domains in the case of SBS block copolymers.
تاريخ المطاط الاصطناعي
_(cropped).jpg&filetimestamp=20220806214133&)
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
_(cropped).jpg&filetimestamp=20220806214133){kind=link}
Production of synthetic rubber in the United States expanded greatly during World War II since the Axis powers controlled nearly all the world's limited supplies of natural rubber by mid-1942, following the Japanese conquest of most of Asia (from where much of the global supply of natural rubber was sourced).[4]
Operation Pointblank bombing targets of Nazi Germany included the Schkopau (50,000 tons/yr) plant and the Hüls synthetic rubber plant near Recklinghausen (30,000, 17%),[5] and the Kölnische Gummifäden Fabrik tire and tube plant at Deutz on the east bank of the Rhine.[6] The Ferrara, Italy, synthetic rubber factory (near a river bridge) was bombed August 23, 1944.[7] Three other synthetic rubber facilities were at Ludwigshafen/Oppau (15,000), Hanover/Limmer (reclamation, 20,000), and Leverkusen (5,000). A synthetic rubber plant at Oświęcim, in Nazi-occupied Poland, was under construction on March 5, 1944[8] operated by IG Farben and supplied with slave labor, by the SS, from the associated camp Auschwitz III (Monowitz).[9][10]
بعد الحرب
أنواع المطاط الصناعي
مطاط ستيرين-بيوتادين
مقالة مفصلة: 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
- مقالة مفصلة: بونا إس
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
- بونا إس Buna S
- هايپالون Hypalon
- كالرز Kalrez
- كمراز Chemraz
- نيوپرين Neoprene
- سيستيك Silastic
- تكنوفلون Tecnoflon
- ڤيتون Viton
انظر أيضاً
المصادر
- ^ 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
- ^ Ceresana, Market Study Synthetic Rubber, June 2013, http://www.ceresana.com/en/market-studies/plastics/synthetic-rubber/
- ^ "صناعة المطاط". كنانة أونلاين. Retrieved 2013-07-18.
- ^ Gropman, Alan L. (1996). Mobilizing U. S. Industry in World War II. Institute for National Strategic Studies. p. 115. ISBN 0788136461.
- ^ Stormont, John W. (March 1946), AAFRH-19: The Combined Bomber Offensive; April through December 1943, Dwight D. Eisenhower Presidential Library: Collection of 20th Century Military Records, 1918–1950 Series I: Historical Studies Box 35: AAF Historical Office; Headquarters, Army Air Force, pp. 74–5, 81, "SECRET ... Classification Cancelled ... JUN 10 1959"
- ^ Gurney, Gene (Major, USAF) (1962), The War in the Air: a pictorial history of World War II Air Forces in combat, New York: Bonanza Books, pp. 215
- ^ "Army Air Forces in World War II". February 11, 2009. Archived from the original on 11 February 2009.
- ^ Williamson, Charles C. (5 March 1944), Plan for Completion of Combined Bomber Offensive (Appendices C & F), Hughes, R. D.; Cabell, C. P.;Nazarro, J. J.; Bender, F. P.; & Crigglesworth, W. J., Dwight D. Eisenhower Presidential Library: SMITH, WALTER BEDELL: Collection of World War II Documents, 1941–1945; Box No.: 48: HQ, U.S.S.T.A.F, "DECLASSIFIED ... 4/24/74"
- ^ Steinbacher, Sybille (2005). Auschwitz: a history. Translated by Whiteside, Shaun (1st Ecco ed.). New York: Ecco. p. 45. ISBN 978-0060825812.
- ^ Herbert, Vernon; Bisio, Attilio (December 11, 1985). Synthetic Rubber: A Project That Had to Succeed. Contributions in Economics and Economic History. Greenwood Press. p. 32ff. ISBN 978-0313246340.