الكلوروبرين مقابل المطاط الطبيعي

المطاط الطبيعي(NR)، المستخرج من لاتكس أشجار المطاط، هو بوليمر موجود في الطبيعة. يتكون جزيئيًا من بوليمر السيز-1،4-بولي أيزوبرين، ويحتوي على العديد من الروابط المزدوجة بين ذرات الكربون ولا يحتوي على مجموعات بديلة أخرى. تمنح هذه البنية الطبيعية مرونة ممتازة بفضل الروابط المزدوجة، بينما تضمن السلسلة الطويلة الخطية مرونتها.

أما الكلوروبرين (CR)، فهو مطاط صناعي يتم تشكيله عن طريق تبلمر وحدات الكلوروبرين. يتكون جزيئيًا من بولي كلوروبرين، الذي لا يحتفظ فقط بالروابط المزدوجة بين ذرات الكربون، بل يحتوي أيضًا على ذرات الكلور كمجموعات بديلة. تغير كهروسلبية ذرات الكلور العالية قطبية الجزيء واستقراره الكيميائي، وهي الفرق الرئيسي بين CR والمطاط الطبيعي.

من حيث مقاومة الشيخوخة، يتأكسد المطاط الطبيعي بسهولة بسبب الأكسجين والأوزون والضوء فوق البنفسجي، نظرًا لاحتوائه على العديد من الروابط المزدوجة بين ذرات الكربون في سلسلته الجزيئية، مما يؤدي إلى الشيخوخة التي تظهر على شكل تصلب وتشقق وفقدان للمرونة. على سبيل المثال، يمكن أن تتشكل شقوق في أنابيب المطاط الطبيعي المعرضة لأشعة الشمس خلال بضعة أشهر.

بما أن مطاط الكلوروبرين يحتوي على ذرات كلور، فإن تأثير سحب الإلكترونات من الكلور يقلل من كثافة سحابة الإلكترونات في الروابط المزدوجة، مما يجعله أقل عرضة للأكسدة. كما تعيق ذرات الكلور تفاعل جزيئات الأوزون مع الروابط المزدوجة، ما يؤدي إلى مقاومة ممتازة ضد الأوزون والأشعة فوق البنفسجية والشيخوخة الجوية مقارنةً بالمطاط الطبيعي. على سبيل المثال، يمكن لختمات الطقس المصنوعة من مطاط الكلوروبرين في السيارات أن تحافظ على مرونتها بعد التعرض الخارجي لمدة 5 إلى 10 سنوات، بينما قد تفشل المنتجات المصنوعة من المطاط الطبيعي خلال ثلاث سنوات.

من حيث مقاومة الزيوت والمواد الكيميائية، وفقًا لمبدأ "المتشابه يذوب المتشابه"، المطاط الطبيعي هو بوليمر غير قطبي يتمتع بتوافق جيد مع المذيبات غير القطبية مثل زيت المحركات والبنزين. ومع ذلك، عند التلامس، ينتفخ بسرعة ويصبح طريًا ويضيع خصائصه.

على سبيل المثال، قد تفشل ختمية زيت مصنوعة من المطاط الطبيعي خلال أسبوع واحد بعد التلامس مع زيت المحرك. وبما أن مطاط الكلوروبرين يحتوي على ذرات كلور قطبية، فإن جزيئاته تكون ذات قطبية عالية، مما يؤدي إلى توافق ضعيف مع الزيوت غير القطبية (مثل زيت المحركات والديزل). بينما يظهر مقاومة ممتازة للزيوت غير القطبية، فإنه يظهر تحملًا ضعيفًا للمذيبات القطبية العالية مثل الأسيتون والاسترات.

وبالإضافة إلى ذلك، تجعل ذرات الكلور في مطاط الكلوروبرينه أكثر استقرارًا تجاه الأحماض والقواعد، بينما تتآكل الروابط المزدوجة في المطاط الطبيعي بسهولة بواسطة الأحماض والقواعد. لذلك، فإن مطاط الكلوروبرين مناسب أكثر للاستخدام في تطبيقات مثل بطانات الأنابيب الكيميائية وقفازات مقاومة للأحماض والقواعد.

من حيث المرونة والخصائص الميكانيكية، تكون أجزاء البولي أيزوبرين في المطاط الطبيعي مرنة للغاية، مما يسمح بدوران السلسلة الجزيئية بحرية. وينتج عن ذلك مرونة وارتداد ممتازين، حيث يصل الارتداد إلى 80٪-90٪، ويصل الاستطالة عند الكسر إلى 500٪-800٪.

وهذا يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب مرونة عالية، مثل أحزمة الإطارات ومعدات التمرين المبطنة. ونظرًا لتأثير العائق الفراغي لذرات الكلور، فإن مطاط الكلوروبرين يظهر مرونة أقل قليلاً، مما يؤدي إلى مرونة وارتداد أقل، حيث يصل الارتداد إلى حوالي 60٪-70٪. ومع ذلك، تزيد قطبية ذرات الكلور من قوى الترابط بين الجزيئات، مما يؤدي إلى مقاومة شد وتمزق ومقاومة للتآكل أفضل.

يمكن أن تصل مقاومة الشد إلى 25-35 ميغاباسكال، مقارنةً بحوالي 20-30 ميغاباسكال في المطاط الطبيعي، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب قوة عالية، مثل أحزمة النقل والختميات.

من حيث مقاومة الحرارة والتكيف البيئي، يكون نطاق درجة حرارة التشغيل للمطاط الطبيعي ضيقًا، عادةً من -60°م إلى 80°م. في درجات الحرارة المنخفضة، تصبح سلاسل جزيئاته صلبة وتقل مرونته.

وعند درجات حرارة أعلى من 80°م، يميل إلى التليين والالتصاق وحتى التحلل. أما الكلوروبرين، بفضل تأثير استقرار ذرات الكلور، فيمتلك نطاق حرارة أوسع يتراوح بين -40°م إلى 120°م (ويمكنه تحمل 150°م لفترة قصيرة)، وتقلبات أداؤه أقل في بيئات ذات حرارة متغيرة.

على سبيل المثال، الختميات في غرفة المحرك المصنوعة من مطاط الكلوروبرين يمكنها تحمل الحرارة العالية الناتجة عن تشغيل المحرك، بينما يكون المطاط الطبيعي معرّضًا للشيخوخة والانهيار في هذه البيئات.

من حيث المعالجة والتكلفة، توجد تقنيات معالجة ناضجة للمطاط الطبيعي، ويتمتع ب流动性 جيدة أثناء الخلط، وسرعة التصلب (عادةً ما يُستخدم التصلب الكبريتيد) سهلة التحكم. ومع ذلك، تتقلب تكاليف المواد الخام بشكل كبير، لتتراوح بين حوالي 15000 إلى 20000 دولار للطن الواحد، وفقًا لمواقع الإنتاج مثل جنوب شرق آسيا.

تحتاج معالجة الكلوروبرين إلى التحكم في درجة الحرارة لمنع تحلل ذرات الكلور عند الحرارة العالية وإنتاج كلوريد الهيدروجين. عادةً ما يستخدم التصلب أكاسيد المعادن (أكسيد الزنك + أكسيد المغنيسيوم)، وهي عملية معقدة نسبيًا. باعتباره مطاطًا صناعيًا، تتأثر تكلفته بأسعار النفط، لتتراوح بين 25000 إلى 35000 دولار للطن الواحد، وهو دائمًا أعلى من تكلفة المطاط الطبيعي.

من حيث التطبيقات، يُستخدم المطاط الطبيعي بفضل مرونته العالية وتكاليفه المنخفضة بشكل رئيسي في أحزمة الإطارات (تشكل أكثر من 70٪ من استهلاك المطاط الطبيعي)، والأشرطة والأنابيب والكرات وغيرها. أما النيوبرين، فهو يعتمد على مقاومته للشيخوخة والزيوت والحرارة، ويُستخدم في أغلفة الكابلات والأسلاك (مقاومة للأوزون ومنع التسرب)، وختميات السيارات (مقاومة للطقس)، وبدلات الغوص (مقاومة للماء والشيخوخة)، والغراء (غراء النيوبرين قوي ومقاوم للشيخوخة)، وخرطوم الحريق (مقاوم للهب، ويحتوي على الكلور الذي يثبط الاشتعال).