از لاستیک طبیعی و مصنوعی و انواع آن چه می دانید

لاستیک طبیعی

لاستیک چیست

لاستیک نامی است که به محصول نهایی ولگانیزه (گوگرددار)شده یک صمغ گیاهی طبیعی (کائوچو) داده شده است. لاستیک طبیعی به شکل قطرات ریز در شیرابه درخت لاستیک (Hevea brasiliensis) وجود دارد. این درخت که طول آن به 18 تا 24 متر می‌رسد، در مزارع کشورهای گرمسیر استوایی رشد می‌کند. برای بیرون آوردن شیرابه، با چاقو شیاری در پوست درخت بوجود می‌آورند. برش، لوله های شیرابه را قطع می‌کند و این ماده به بیرون جریان می‌یابد. غالباً از هر درخت سالانه حدود 5/2 کیلوگرم، شیرابه به دست می‌آید. برای تبدیل این شیرابه به محصولی قابل استفاده، لازم است که آب آن با اسپری و خشک کردن، یا با اسیدی کردن، لخته کردن، شستن و نوردکردن،‌و یا دود دادن و بصورت لخته درآوردن، زدوده شود. دو شکل لاستیک گیاهی که اهمیت بیشتری دارند، عبارتند از:‌ شیت (sheet) و کرپ (crepe). شیت معمولاً در دود خشک می‌شود و رنگ آن قهوه‌ای تیره است. کرپ که با هوا خشک می‌شود، رنگ روشن‌تری دارد و قبل از خشک کردن، آن را از بین غلتک‌های سنگین می‌گذرانند.

لاستیک خام را خشک می‌کنند،‌ مواد شیمیایی و مواد پُرکننده را بدان می‌افزایند، ودر آخر آن را با گوگرد ولگانیزه می‌کنند. در نتیجه این عملیات، یک محصول بسیار الاستیک یا کشسان بدست می‌آید. این خاصیت به ساختمان و شکل ملکول‌های لاستیک مربوط می‌شود. لاستیک خالص (کائوچو) ترکیبی است که فقط کربن و هیدروژن دارد. این ماده متشکل از زنجیره های متصل ملکول‌های ایزوپیرن است. یک ملکول لاستیک تا حدود دو هزار از این واحدهای ابتدایی متصل به هم را که بطور خطی مرتب شده‌اند، شامل می‌شود. ملکول ایزوپیرن ولگانیزه‌شده، دارای یک طرح زاویه‌ای و گروه‌های قطبی است. وقتی یک رشته لاستیک کشیده می‌شود، موقعیت و زاویه ملکول‌های لاستیک تک و گیردار، موقتاً تغییر می‌کند. با رهاشدن لاستیک،‌ ملکول‌ها همانند فنر به شکل اولیه خود برمی‌گردند. این تغییر در شکل، هیچ تغییر مکانیکی دائمی‌ای بوجود نمی‌آورد و می‌توان آن را بارها و با هر شدتی تکرار کرد، تا جایی که لاستیک به دلایل دیگر دچار شکست شود. (مثلاً به دلیل فرسودگی حاصل از عمل اکسیژن و در معرض نور قوی قرار گرفتن). لاستیک تا قبل از ولگانیزه‌شدن، خاصیت کشسانی قوی خود را بدست نمی‌آورد. در فرایند ولگانیزه‌کردن، «پل‌های گوگردی»، ملکول‌های لاستیک را به قدری به هم پیوند می‌دهند. لاستیک خامِ کارنشده، به گرما بسیار حساس است و در این حالت برای مثلاً ساخت تایر موتور قابل استفاده نیست.لاستیک، به دلیل خواص کشسانی فوق‏العاده‌اش، در طیف وسیعی از محصولات مورد استفاده قرار می‌گیرد (گاه تا پنجاه هزار کاربرد مختلف). تنها از اواخر قرن گذشته بود که لاستیک در مقیاس صنعتی ساخته شد. از آن زمان پیشرفت‌های صنعتی بسیاری حاصل شده و کیفیت محصولات بسیار بالا رفته است؛ برای مثال، تایرهای وسایل نقلیه موتوری، در مقایسه با انواع اولیه آ‌نها، عمر کاری بسیار طولانی‌تری دارند. لاستیک ابتدا در آمریکای جنوبی یافت شد. بومیان این سرزمین از لاستیک گلوله‌هایی می‌ساختند که خاصیت بالاجستنِ آنها استثنایی بود و به همین دلیل توجه‌ «کلمب» به لاستیک جلب شد. سه قرن گذشت تا این ماده در اروپا استفاده‌ تجاری پیدا کرد، البته در ابتدا از آن نه به دلیل خواص کشسانی بلکه برای پاک کردن نوشته‌های مدادی استفاده می‌شد. در حال حاضر، تولید سالانه لاستیک طبیعی (لاستیک گیاهی) 2 میلیون تن است. بعلاوه، انواع مختلف لاستیک مصنوعی نیز در مقیاس رو به افزایش، مورد استفاده قرار می‌گیرند (به صفحه 354 رجوع کنید).

لاستیک مصنوعی

لاستیک مصنوعی (بونا)

«بونا» نام گروهی از لاستیک‌های مصنوعی است. بونا ابتدا در آلمان و به کمک فرایند پلی‌مر کردن[i] از بوتادین و سدیم (ناتریم) که نقش کاتالیزور را داشت، تولید شد. فرایند مزبور در دمای oc50 انجام می‌گرفت و لاستیک‌های بونای مختلف که هر یک با حروفی خاص مشخص می‌شود، حاصل آن بود (برای مثال بونا S که لاستیک بوتادین استیرن است). امروزه کوپلی‌مر کردن بوتادین و استیرن، غالباً در فاز مایع انجام می‌گیرد. با استفاده از فعال‌کننده‌های جدیدتر، امکان انجام فرایند در دمای oc5+ نیز وجود دارد و شکل جدید لاستیک با نام «لاستیک سرد» بدین طریق بدست می‌آید. با تغییر مناسب مونومرها، نسبت‌های آنها (عمدتاً حدود 75 درصد بوتادین و 45درصد استیرن)، و شرایط پلی‌مر کردن، انواع مختلف لاستیک بونا حاصل می‌شود که طیف این انواع را می‌توان با استفاده از روش‌های پردازش مختلف و انواع مختلف مواد اضافی وسعت داد. اخیراً به کمک کاتالیزوری موسوم به «کاتالیزور زیگلر»، از بوتادین یا ایزوپرن، محصولی تولید می‌کنند که به لاستیک طبیعی شباهت بیشتری دارد (مثل بونا CB: پولی ـ سیس ـ بوتادین).

لاستیک مصنوعی و انواع آن

نحوه ساخت لاستیکمصنوعی

در فرایند کوپلی‌مر کردن امولسیون که در oc5+ انجام می‌گیرد، هیدروکربن‌هایی که باید پلی‌مر شوند (یعنی بوتادین و استیرن) در امولسیون موجودند و شامل یک جزء از سیستم فعال‌کننده هستند که در آنها حل شده است. قسمت دوم فعال‌کننده در فاز مایع (محیط آبی امولسیون) وجود دارد. کل سیستم فعال‌کننده، فرایند پلی‌مر کردن را آغاز می‌کند. اندازه‌ ملکول پلی‌مر بدست‌آمده را می‌توان با استفاده از مواد افزودنی تنظیم کرد. ملکول‌های گلانی (ملکول‌های عظیم با طول بسیار زیاد) که به این طریق شکل می‌گیرند، ساختمانی رشته‌ای با شاخه‌هایی به نام زنجیره‌های جانبی دارند. پلی‌مر شدن مونومرها بعد از فعال شدن حود 60 درصد از ماده، متوقف می‌شود. محصول حاصل در این مرحله شیرابه‌ای شبیه به شیرابه لاستیک طبیعی است (صفحه‌352) است. در مرحله بعد، ملکول‌های فعال‌نشده را از این شیرابه می‌زدایند و پایدارکننده‌ها را بدان می‌افزایند و سپس شیرابه، با افزودنِ اسیدها و نمک‌ها منعقد می‌شود. ماده جامد بدست‌آمده از این راه را در چند مرحله می‌شویند و خشک می‌کنند.

برای پردازش بونا و ساخت کالاهای لاستیک، آن را در ماشین‌های خمیرزنی و یا نفتکش‌های مخلوط‌کنی عمل می‌آورند و در همان حال با افزودن مواد مختلف، قابلیت کاری لاستیک و/ یا خواص ولگانیزه را کنترل می‌کنند. برای مثال بعضی از این مواد عبارتند از: روغن‌ها، پارافین، اسیدهایی چرب، قطران‌ها، قیر، دوده، اکسید روی، گچ، سیلیس، کائولین، مواد آلی و غیرآلی بخوبی تقسیم شده، برای ولگانیزه کردن،‌ که معمولاً در دمای تقریبی oc150 و تحت فشار انجام می‌گیرد، به مخلوط، گوگرد و تسریع‌کننده عمل ولگانیزاسیون (یعنی مرکاپتو بنزوتیازول) نیز افزوده می‌شود.

در فرایند ولگانیزاسیون، ملکول‌های رشته‌ای در یک شبکه سه‌بعدی به هم اتصال پیدا می‌کنند. اتصالات بین ملکول‌ها را گوگرد بوجود می‌آورد. این فرایند را «پیوند عرضی» می‌نامند. به این ترتیب، لاستیک خواص پلاستیک یا مومسان خود را به مقدار زیاد از دست می‌دهد و درجه‌ بالایی از الاستیسیته و سایر خواص مورد نظر سازنده (مثلاً مقاومت در برابر فرسایش) بدست می‌آورد. بونا برای ساختن تایرهای وسایل نقلیه موتوری، تسمه‌های نقاله لاستیکی، و بسیاری دیگر از محصولات فنی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

علاوه بر لاستیک‌های بونا، انواع بسیار دیگری از لاستیک‌های مصنوعی وجود دارد. بعضی از آنها عبارتند از: پربونان، هیکار، چمیگان و بوتاپرن، لاستیک‌های نیتریل، بوتادینِ مقاوم در برابر روغن. در طول جنگ جهانی دوم یک لاستیک مصنوعی با نام (Government Rubber, Styrene type) GR-S در ایالات متحده‌ آمریکا ساخته شد و وسیعاً مورد استفاده قرار گرفت.

 

[i]پلی‌مر کردن: واکنشی که شامل اضافه شدنِ پی در پی تعداد زیاد ملکول نسبتاً کوچک (مونرها) و تشکیل ترکیب یا پلی‌مر نهایی است

پلی‌مر:‌ ملکول بزرگیکه از پیوند رشته‌ایِ هزاران ملکول بوجود می‌آید.

کوپلی‌مر: یک پلی‌مر مخلوط‌شده؛ ملکول بزرگی که از پلی‌مر شدن دو یا چند منومر غیرمشابه شکل می‌گیرد.

منبع: سندباد