ما هو المطاط؟

المطاط: هو الاسم العام الذي يطلق على البوليمرات التي يمكن أن تمتد ثم تعود إلى شكلها الأصلي بعد التلاعب بها، تعود جذور استخدام المطاط إلى السكان الأصليين في أمريكا الوسطى وجزر الهند الغربية ولكنها ترسخت في المجتمعات الغربية، حيث تمّ إنشاء عمليات جديدة لتسويق المطاط. واليوم يتم استخدام المطاط في العديد من المنتجات التي تعتبر ضرورية لوسائل الراحة الحديثة مثل الإطارات وممحاة القلم الرصاص، وفقاً للمعهد الدولي لمنتجي المطاط الصناعي فقد وجد أنّ المطاط يصبح هشّاً في الطقس البارد ولزجاً في الطقس الحار.

عرف المطاط تاريخياً بأسماء مختلفة تمّت الإشارة إلى المطاط باسم (kik)، ويعني الدم في المكسيك القديمة تمّت الإشارة إلى المطاط باسم أولي. أشار الهنود الإكوادوريون إلى المطاط باسم (hevea) في أمريكا الوسطى والمكسيك، أطلق الهنود على المطاط (castilloa) استخدم سكان غرب إفريقيا (funtumia Elastica) واستخدم البرازيليون اسم (manihot glaziovii) للإشارة إلى المطاط.

عملية زراعة شجرة المطاط:

توضع شتلات الأشجار في أصص حتى تتماسك بقوة ثمّ يتم زرع الشتلات في مزرعة حيث تنمو لنحو 6 سنوات، يتم استغلال الأشجار المطاطية عن طريق إزالة شظايا اللّحاء ممّا يسمح لللاتكس بالتدفق خارج الشجرة إلى أوعية متصلة بالشجرة، يتم إجراء التنصت كل يومين على أقسام متناوبة من كل شجرة، ثمّ يتم أخذ اللاتكس للعلاج ثمّ يتم تحويله في النهاية إلى سلع قابلة للاستخدام.

ما هي أنواع المطاط؟

ينقسم المطاط إلى مجموعات المطاط الطبيعي والمطاط الصناعي، يُصنع المطاط الطبيعي من عصارة بعض أنواع النباتات والأشجار أمّا المطاط الصناعي فيصنع من مركبّات كيميائية وعادةً ما يستخدم الزيت كعامل أساسي في تصنيعه، سواء أكان المطاط طبيعياً أم صناعياً فهو مادة خام أساسية ويستخدم المطاط الطبيعي والاصطناعي على نطاق واسع في المنتجات الاستهلاكية وللأغراض الصناعية، تشمل المنتجات الشائعة الإطارات وممحاة قلم الرصاص والأشياء القابلة للنفخ وأنابيب السيارات والشاحنات والمركبات الأخرى كما أنّها تستخدم في صناعة ملابس المطر والأحذية والقفازات المطاطية والمحاقن الطبية وحاويات التخزين الكبيرة وأغطية الأرضيات وكرات الرياضة والمواد العازلة والعديد من المنتجات الأخرى.

تركيبة المطاط الطبيعي:

يبدأ المطاط الطبيعي في صورة مادة اللاتكس حيث يتكون اللاتكس من بوليمر يسمى بولي إيزوبرين معلق في الماء، تتكون الجزيئات طويلة السلسلة من العديد من الوحدات الفردية المتعددة المتصلة معاً لتشكل البوليمرات، المطاط هو شكل خاص من البوليمر يسمى المطاط الصناعي ممّا يعني أنّ جزيئات البوليمر تتمدد وتنثني، ينتج أكثر من (2500) نبتة مادة اللاتكس وهي مادة تشبه النسغ الحليب، وقد تكون عشب اللبن نباتاً مألوفاً لإنتاج مادة اللاتكس للعديد من الناس

لكنّ اللاتكس التجاري يأتي من شجرة استوائية واحدة تسمّى (Hevea brasiliensis) وقد نشأت هذه الشجرة في أمريكا الجنوبية الاستوائية منذ أكثر من (3000) عام، مزجت حضارات أمريكا الوسطى مادة اللاتكس مع عصير مجد الصباح لصنع المطاط وقد أدّى تغيير نسبة اللاتكس إلى عصير مجد الصباح إلى تغيير خصائص المطاط من الكرات النطاطة إلى الصنادل المطاطية.

قبل عام (1900) كان معظم المطاط الطبيعي يأتي من الأشجار البرية في البرازيل ومع بداية القرن العشرين فاق العرض والطلب الإنتاج مع تزايد شعبية الدراجات والسيارات، وقد أدّى ذلك إلى تهريب البذور من البرازيل إلى زراعة أشجار المطاط في جنوب شرق آسيا، بحلول الثلاثينيات من القرن الماضي تراوحت استخدامات المطاط الطبيعي من إطارات المركبات والطائرات إلى (32) رطلاً تمّ العثور عليها في أحذية وملابس ومعدات الجندي وبحلول ذلك الوقت، جاء معظم إمدادات المطاط الأمريكية من جنوب شرق آسيا لكنّ الحرب العالمية الثانية قطعت الولايات المتحدة عن غالبية إمداداتها.

عملية تصنيع المطاط الطبيعي:

بدأ استخدام المطاط الطبيعي على نطاق واسع في القرن التاسع عشر لمنتجات مثل الإطارات والأقمشة المقاومة للماء والأحذية، تبدأ عملية تصنيع المطاط الطبيعي بحصاد اللاتكس من أشجار المطاط، يبدأ حصاد اللاتكس من أشجار المطاط بتقطيع أو قطع لحاء الشجرة ثمّ يتدفق اللاتكس في كوب متصل بأسفل القطع في الشجرة، تتراكم مادة اللاتكس المأخوذة من العديد من الأشجار في خزانات كبيرة الطريقة الأكثر شيوعاً لاستخراج المطاط من اللاتكس تستخدم التخثر وهي عملية تخثّر أو تثخن البولي إيزوبرين إلى كتلة، وتتم هذه العملية عن طريق إضافة حمض مثل حمض الفورميك إلى اللاتكس وتستغرق عملية التخثر حوالي 12 ساعة.

يتم عصر الماء من مخثّر المطاط باستخدام سلسلة من البكرات ويتم تجفيف الألواح الرقيقة الناتجة التي يبلغ سمكها حوالي (1/8) بوصة فوق رفوف خشبية في مداخن، تتطلب عملية التجفيف عموماً عدة أيام ويتم طي المطاط الناتج ذو اللون البني الغامق والذي يسمى الآن ورقة الدخان المضلعة ومع ذلك لا يتم تدخين كل المطاط، يسمى المطاط المجفف باستخدام الهواء الساخن بدلاً من التدخين بورقة مجففة بالهواء، وينتج عن هذه العملية درجة أفضل من المطاط، يتطلب المطاط عالي الجودة الذي يسمى مطاط الكريب الباهت خطوتين للتخثر يتبعهما التجفيف بالهواء فقط.

صناعة المطاط الصناعي:

تمّ تطوير عدّة أنواع مختلفة من المطاط الصناعي على مر السنين كل ذلك ناتج عن بلمرة الجزيئات عن طريق عمليتين عملية تسمى إضافة البلمرة تربط الجزيئات معاً في سلاسل طويلة، وعملية أخرى تسمى بلمرة التكثيف تقضي على جزء من الجزيء حيث ترتبط الجزيئات ببعضها البعض، تشمل أمثلة البوليمرات الإضافية المطاط الصناعي المصنوع من بولي كلوروبرين (مطاط النيوبرين) ومطاط مقاوم للزيت والبنزين ومطاط ستيرين بوتادين (SBR) المستخدم في المطاط غير المرتد في الإطارات.

بدأ البحث الجاد الأول عن المطاط الصناعي في ألمانيا خلال الحرب العالمية الأولى حيث منعت الحصارات البريطانية ألمانيا من الحصول على المطاط الطبيعي، طوّر الكيميائيون الألمان بوليمر من وحدات 3-ميثيل أيزوبرين (2،3-ثنائي ميثيل-1،3-بوتادين) [CH2 = C (CH3) C (CH3) = CH2] من الأسيتون، وعلى الرغم من أنّ هذا البديل مطاط الميثيل كان أدنى من المطاط الطبيعي، فقد صنعت ألمانيا (15) طناً شهرياً بنهاية الحرب العالمية الأولى.

أدّى البحث المستمر إلى المطاط الصناعي عالي الجودة أكثر أنواع المطاط الصناعي شيوعًا المستخدمة حالياً (Buna S) مطاط ستايرين بوتادين أو SBR الذي تمّ تطويره في عام (1929) من قبل الشركة الألمانية (I.G) في عام (1955)، وقد طوّر الكيميائي الأمريكي صامويل إيميت هورن جونيور بوليمرًا بنسبة 98 في المائة من مادة (cis-1،4-polyisoprene) التي تتصرف مثل المطاط الطبيعي حيث تُستخدم هذه المادة مع (SBR) للإطارات منذ عام (1961).

معالجة المطاط:

يصل المطاط سواء كان طبيعياً أو صناعياً إلى مصانع المعالج في بالات كبيرة، بمجرّد وصول المطاط إلى المصنع تمر المعالجة بأربع خطوات وهي التركيب والخلط والتّشكيل والفلكنة وتعتمد صياغة وطريقة تركيب المطاط على النتيجة المقصودة لعملية تصنيع المطاط.

1. التركيب:

يضيف التركيب مواد كيميائية وإضافات أخرى لتخصيص المطاط للاستخدام المقصود ويتغير المطاط الطبيعي مع تغير درجة الحرارة ويصبح هشاً مع البرودة ولزجاً بالحرارة، تتفاعل المواد الكيميائية المضافة أثناء التركيب مع المطاط أثناء عملية الفلكنة لتثبيت البوليمرات المطاطية وقد تشتمل الإضافات الإضافية على حشوات تقوية لتعزيز خصائص المطاط أو الحشوات غير المقوّاة لتمديد المطاط ممّا يقلل التكلفة، يعتمد نوع الحشو المستخدم على المنتج النهائي وأكثر حشوات التقوية شيوعاً هو أسود الكربون، يزيد أسود الكربون من قوّة شد المطاط ومقاومته للتآكل والتمزق ويحسّن أسود الكربون أيضاً مقاومة المطاط للتدهور فوق البنفسجي، معظم منتجات المطاط سوداء بسبب حشو أسود الكربون.

اعتماداً على الاستخدام المخطط للمطاط، يمكن أن تشمل الإضافات الأخرى المستخدمة سيليكات الألومنيوم اللامائية كمواد حشو تقوية والبوليمرات الأخرى والمطاط المعاد تدويره (عادةً أقل من 10 في المائة)، ومركبات تقليل التعب ومضادات الأكسدة والمواد الكيميائية المقاومة للأوزون وأصباغ التلوين والملدنات وزيوت التليين ومركبات إطلاق العفن.

2. الخلط:

يجب خلط المواد المضافة جيداً بالمطاط، قد تجعل اللزوجة العالية للمطاط عملية الخلط صعبة دون رفع درجة حرارة المطاط بدرجة كافية (تصل إلى 300 درجة فهرنهايت)، لإحداث الفلكنة ولمنع الفلكنة المبكرة، يتم الخلط عادةً على مرحلتين خلال المرحلة الأولى يتم خلط مواد مضافة، مثل أسود الكربون في المطاط ويشار إلى هذا الخليط باسم ماستر، بمجرد أن يبرد المطاط تتم إضافة المواد الكيميائية المستخدمة في الفلكنة وخلطها في المطاط.

3. التشكيل:

يتم تشكيل منتجات المطاط باستخدام أربع تقنيات عامة وهي البثق والصقل والطلاء أو الصب، والصب يمكن فيه استخدام أكثر من أسلوب تشكيل واحد، اعتماداً على المنتج النهائي ويتم صب المنتجات المطاطية مثل نعال الأحذية والكعب والحشيات والأختام وأكواب الشفط وسدادات الزجاجة باستخدام القوالب، القولبة هي أيضاً خطوة في صناعة الإطارات والطرق الأساسية الثلاث لقولبة المطاط هي القولبة بالضغط (المستخدمة في صنع الإطارات من بين المنتجات الأخرى) وقولبة النقل وصب الحقن.

4. الفلكنة:

تخلق عملية الفلكنة الوصلات المتقاطعة بين بوليمرات المطاط وتختلف العملية حسب متطلبات منتج المطاط النهائي، يؤدي وجود عدد أقل من التوصيلات المتقاطعة بين البوليمرات المطاطية إلى إنتاج مطاط أكثر نعومة ومرونة وتؤدي زيادة عدد الوصلات العرضية إلى تقليل مرونة المطاط، ممّا يؤدي إلى زيادة صلابة المطاط وبدون عملية بدون الفلكنة، سيبقى المطاط لزجاً عندما يكون ساخناً وهشاً عند البرودة وسوف يتعفّن بسرعة أكبر.