المطاط الصناعي Synthetic rubber، پوليمر ثابت، هوأي نوع من المطاط المصنع بصفة رئيسية من المنتجات النفطية الثانوية. المطاط الصنعي هومادة لها خصائص ميكانيكية (أومادية) 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. ستصل الأرباح العالمية من المطاط الصناعي في سنة 2020 إلى أكثر من 56 بليون دولار. المطاط الصناعي، مثل المطاط الطبيعي، يستخدم في صناعة السيارات لتصنيع الأبواب والنوافذ، الأرضيات والعوامل المثبطة.

مقارنة بين المطاط الطبيعي والصناعي

التاريخ

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

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

وقد تم فصل مركب غير مشبع من المطاط بتقطيره، وسمي هذا المركب أيسوبرين وتم التعهد 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 يعهد باسم "ثنائي ميثيل بيوتادايين وأطلق عليه اسم المطاط المثيلي وأنتج منه نحو150 طنا في الشهر طوال مدة الحرب العالمية الأولى، ولكن أوقف إنتاجه بعد ذلك لارتفاع تكلفته وعدم صلاحيته للاستعمال في جميع الأغراض.

وتشهجر اللدائن بصفة عامة بإمكانية طواعيتها وتشكيلها بالشكل المطلوب، لأنها عندما تتعرض إلى درجة حرارة معينة تصبح لينة، ويمكن ضغطها باليد أونفخها 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 حتى 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

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 أوالأكسدة ونزع الهيدروجين من البيوتيلين في وجود حفاز أكسيد الأنتيمون في حرارة 400- 450 درجة مئوية تحت ضغط 2 جومع 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 أوتكنولوجيا 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 خلق 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 حتى تتم هذه العملية عند حالةخمسة 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 أوأليزوبرن مثل مطاط بونا سي بي.

جدول للمطاط الصناعي الشائع

عملية البلمرة الاسهامية

وفي عملية البلمرة الاسهامية التى تجرى عند درجة حرارةخمسة 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 بالعمل المشهجر 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 الفترة 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 (ميركابتوبنزوتيازول)، تترابط الجزيئات الفتيلية في شبكة ثلاثية الأبعاد يكوالمبريت 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
• تشمراز Chemraz
• نيوپرن Neoprene
• سيستيك Silastic
• تكنوفلون Tecnoflon
• ڤيتون Viton

انظر أيضاً

• لدائن حرارية

المصادر

وصلات خارجية

• 100 عام على المطاط الصناعي
• Aerosol Rubber Technology