المطاط الصناعي هو مادة مرنة مصنعة ، وهي بوليمر يُنتج من مشتقات البترول. تُنتج الولايات المتحدة حوالي 32 مليون طن من المطاط سنويًا، ثلثاها من المطاط الصناعي. ومثل المطاط الطبيعي، يُستخدم المطاط الصناعي على نطاق واسع في صناعة السيارات في منتجات مثل الإطارات، وقطاعات النوافذ والأبواب، والحلقات المطاطية، والحشيات، والخراطيم، والأحزمة، والحصائر، وأغطية الأرضيات. يتميز المطاط الصناعي بمجموعة متنوعة من الخصائص الفيزيائية والكيميائية التي تُحسّن من موثوقية منتجات أو تطبيقات محددة. ويتفوق المطاط الصناعي على المطاط الطبيعي في جانبين: الثبات الحراري ومقاومة الزيوت والمركبات ذات الصلة. [1] كما أنه أكثر مقاومة للمؤكسدات مثل الأكسجين والأوزون، والتي قد تُقصر من عمر منتجات مثل الإطارات.
تاريخ المطاط الصناعي
منذ تسعينيات القرن التاسع عشر، أدى الانتشار الواسع للدراجات الهوائية، وخاصة الإطارات، إلى زيادة الطلب على المطاط. وفي عام ١٩٠٩، نجح فريق بقيادة فريتز هوفمان في بلمرة الإيزوبرين في مختبر باير في إلبرفيلد بألمانيا، منتجًا بذلك أول مطاط صناعي. [٢] [٣]
في عام 1930، نشر ليبيديف، والأمريكي والاس كاراثرز، والعالم الألماني هيرمان شتاودينغر، بشكل مستقل، نتائج أبحاثهم، مما أدى إلى تطوير أحد أوائل أنواع المطاط الصناعي: مطاط الكلوروبرين. وفي عام 1931، وتحت إشراف بولتون في شركة دوبونت، تم تطوير مطاط الكلوروبرين بنجاح. يتميز مطاط الكلوروبرين بمقاومة عالية للغاية للحرارة والتآكل الكيميائي، مثل التآكل الناتج عن النفط والبنزين، ويُستخدم غالبًا في صناعة خراطيم الوقود وكمادة عازلة ميكانيكية. استخدمت شركة ثيوكور اسمه لمنتج مطاطي قائم على ثنائي كلورو الإيثان، والذي نافس مطاط الكلوروبرين. [4]
في عام 1935، قام كيميائيون ألمان بتصنيع أول مطاط صناعي، يُعرف باسم مطاط النتريل. مطاط النتريل هو بوليمر مشترك، أي أنه يُصنع من خلال بلمرة مونومرين بالتناوب. ومن العلامات التجارية الأخرى كوروسيل ، الذي طوره والد سيمون عام 1935، وسوفبرين، الذي طوره باحثون سوفييت عام 1940 .
الحرب العالمية الثانية
خلال الحرب العالمية الثانية، وبينما كانت اليابان تغزو معظم آسيا، ولا سيما المستعمرات البريطانية في جنوب شرق آسيا، ومالايا (ماليزيا حاليًا) وجزر الهند الشرقية الهولندية (إندونيسيا حاليًا)، سيطرت دول المحور على جميع احتياطيات المطاط الطبيعي المحدودة في العالم تقريبًا، ونتيجة لذلك، توسع إنتاج المطاط الصناعي في الولايات المتحدة بسرعة. [6]
شملت أهداف عمليات القصف قصيرة المدى التي شنتها ألمانيا النازية مصنع شكوپا (إنتاجه السنوي 50 ألف طن) ومصنع هولز للمطاط الصناعي قرب ريكلينغهاوزن (إنتاجه السنوي 30 ألف طن، ما يمثل 17%) [7] ، بالإضافة إلى مصنع الإطارات والأنابيب الداخلية التابع لمصنع كولونيا للمطاط على الضفة الشرقية لنهر الراين على نهر دويتز [8 ] . وفي 23 أغسطس/آب 1944، قُصف مصنع فيرارا للمطاط الصناعي في إيطاليا (قرب الجسر فوق النهر ). كما قُصف مصنع ليفركوزن (إنتاجه السنوي 5 آلاف طن). وفي 5 مارس/آذار 1944، قُصف مصنع للمطاط الصناعي كان قيد الإنشاء في أوشفيتز، بولندا، الخاضعة للاحتلال النازي [10] ، والذي كانت تديره شركة فاربن، مستخدمةً عمالاً قسريين من قوات الأمن الخاصة النازية (إس إس) من معسكر اعتقال أوشفيتز الثالث (مونوفيتز).
رجل
أكثر أنواع المطاط الصناعي شيوعًا هو مطاط الستايرين-بوتادين (SBR)، وهو بوليمر مشترك من الستايرين و1،3-بوتادين. وتشمل أنواع المطاط الصناعي الأخرى ما يلي:
- البولي إيزوبرين، الذي يتم الحصول عليه عن طريق بلمرة الإيزوبرين.
- يتم بلمرة مطاط الكلوروبرين من 2-كلوروبوتادين.
- مطاط النتريل المصنّع من سيانوبوتادين أو 2-أكريلونيتريل وبيوتادين
من خلال خلط المونومرات والمحفزات المختلفة، يمكن تحضير مركبات متنوعة من هذا النوع، وبالتالي التحكم في الكيمياء الفراغية.
يُستخدم البولي إيزوبوتيلين، أو مطاط البوتيل، بشكل شائع في الأنابيب الداخلية وبطانات الإطارات لأنه يمنع تسرب الهواء بفعالية. مع ذلك، فإن مرونته أقل بكثير من مرونة البولي بوتادين-سيس، الذي يُستخدم غالبًا في الجدران الجانبية للإطارات لتقليل فقد الطاقة وتوليد الحرارة . في الواقع، أدت مرونته الممتازة إلى استخدامه في صناعة كرات القدم الأمريكية . أما البولي إيثيلين الكلوروسلفوني (هايبالون) فهو مادة مطاطية تُستخدم على نطاق واسع في مواد البناء الخارجية مثل مواد التسقيف. كما يمكن استخدام المطاط الصناعي، مثل مطاط الإيثيلين بروبيلين (EPR)، في العزل الكهربائي.
مطاط السيليكون
المطاط السيليكوني هو مادة مرنة اصطناعية تتكون من بوليمرات السيليكون. له استخدامات صناعية واسعة النطاق، ويتوفر بتركيبات متنوعة. يتكون المطاط السيليكوني عادةً من بوليمر أحادي أو ثنائي المكونات، وقد يحتوي على مواد مالئة لتحسين الأداء أو خفض التكاليف. يتميز المطاط السيليكوني عمومًا بمزايا عديدة، منها عدم التفاعل الكيميائي، والثبات الجيد، ومقاومة الظروف البيئية ودرجات الحرارة القصوى.
المطاط الطبيعي والمطاط الصناعي
يتم استخراج المطاط الطبيعي من عصارة شجرة المطاط البرازيلية ومكونه الرئيسي هو البوليسيس- إيزوبرين.
المطاط الصناعي، مثله مثل البوليمرات الأخرى، مصنوع من مجموعة متنوعة من المونومرات المشتقة من البترول.
بعض أنواع المطاط الصناعي أقل عرضةً للتحلل بفعل الأوزون من المطاط الطبيعي . يُعدّ المطاط الطبيعي عرضةً للتحلل بفعل الأوزون لاحتوائه على روابط ثنائية في بنيته، بينما تفتقر بعض أنواع المطاط الصناعي إلى هذه الروابط، مما يجعلها أكثر مقاومةً للتحلل بفعل الأوزون. ومن الأمثلة على ذلك المطاط المفلور (فيتون)، ومونومر إيثيلين بروبيلين ديين (EPDM)، ومطاط البوتيل.
تُعدّ اللدائن الحرارية المرنة نوعًا جديدًا من المطاط الصناعي، وهي، على عكس المطاط الطبيعي والمطاط المُفلكن التقليدي، سهلة التشكيل. وتتحقق الاستقرارية الهيكلية للبولي يوريثان من خلال الترابط البلوري، بينما تتحقق الاستقرارية الهيكلية لبوليمرات SBS المتجانسة من خلال الترابط غير البلوري.