النيوبرين

النيوبرين (ويُعرف أيضًا باسم البولي كلوروبرين ) هو نوع من المطاط الصناعي يُنتج عن طريق بلمرة الكلوروبرين . ^{[ 1 ]} يتميز النيوبرين بثبات كيميائي جيد ويحافظ على مرونته في نطاق واسع من درجات الحرارة. يُباع النيوبرين إما كمطاط صلب أو على شكل لاتكس ، ويُستخدم في العديد من التطبيقات التجارية، مثل أغطية أجهزة الكمبيوتر المحمولة ، والدعامات التقويمية (للمعصم والركبة وغيرها)، والعزل الكهربائي ، والقفازات الطبية ، والأغشية أو الألواح المطاطية السائلة والصفائحية، وأحزمة مراوح السيارات . ^{[ 2 ]}

يُنتَج النيوبرين عن طريق بلمرة الجذور الحرة للكلوروبرين . في الإنتاج التجاري، يُحضَّر هذا البوليمر عن طريق بلمرة المستحلب بالجذور الحرة . تُستَهلِك عملية البلمرة باستخدام بيرسلفات البوتاسيوم . تُستخدم النيوكليوفيلات ثنائية الوظيفة، وأكاسيد المعادن (مثل أكسيد الزنك)، والثيوريا لربط خيوط البوليمر الفردية. ^{[ 3 ]}

اخترع علماء شركة دوبونت مادة النيوبرين في 17 أبريل 1930، بعد أن حضر إلمر ك. بولتون، من شركة دوبونت، محاضرةً ألقاها الأب جوليوس آرثر نيولاند ، أستاذ الكيمياء في جامعة نوتردام . خلال عمله على الأسيتيلين ، أنتج نيولاند ثنائي فينيل الأسيتيلين، وهو مادة هلامية تتصلب لتصبح مركبًا مرنًا يشبه المطاط عند تمريرها فوق ثنائي كلوريد الكبريت . بعد أن اشترت دوبونت حقوق براءة الاختراع من الجامعة، تولى والاس كاروثرز، من دوبونت، التطوير التجاري لاكتشاف نيولاند بالتعاون مع نيولاند نفسه وكيميائيي دوبونت: أرنولد كولينز ، وإيرا ويليامز ، وجيمس كيربي. ^{[ 4 ]} ركز كولينز على أحادي فينيل الأسيتيلين، وسمح له بالتفاعل مع غاز كلوريد الهيدروجين ، مما أدى إلى إنتاج الكلوروبرين . ^{[ 5 ]}

طرحت شركة دوبونت المركب في السوق لأول مرة عام 1931 تحت الاسم التجاري دوبرين، ^{[ 6 ]} إلا أن إمكانياته التجارية كانت محدودة بسبب عملية التصنيع الأصلية التي كانت تُنتج رائحة كريهة. ^{[ 7 ]} ثم طُوّرت عملية جديدة قضت على النواتج الثانوية المسببة للرائحة وخفضت تكاليف الإنتاج إلى النصف، وبدأت الشركة ببيع المادة لمصنعي المنتجات النهائية. ^{[ 7 ]} ارتفع الطلب على المادة بسرعة كبيرة: ففي عام 1932، أُنتج ما يقارب 8000 رطل من النيوبرين، وفي عام 1933 أُنتج ما يقارب 52000 رطل، وتضاعف هذا الرقم سنويًا على مدى السنوات الخمس التالية. ^{[ 8 ]}

لأغراض مراقبة الجودة، اقتصر استخدام العلامة التجارية "دوبرين" على المواد التي تبيعها شركة دوبونت فقط. ^{[ 7 ]} ولأن الشركة نفسها لم تكن تُصنّع أي منتجات نهائية تحتوي على "دوبرين"، فقد تم التخلي عن العلامة التجارية في عام 1937 واستُبدلت باسم عام هو "نيوبرين"، في محاولة "للدلالة على أن المادة مُكوّن وليست منتجًا استهلاكيًا نهائيًا". ^{[ 9 ]} بعد ذلك، عملت دوبونت على نطاق واسع لتوليد الطلب على منتجها، مُطبّقةً استراتيجية تسويقية تضمنت نشر مجلتها التقنية الخاصة، والتي روّجت على نطاق واسع لاستخدامات النيوبرين، بالإضافة إلى الإعلان عن منتجات شركات أخرى تعتمد على النيوبرين. ^{[ 7 ]} وبحلول عام 1939، كانت مبيعات النيوبرين تُدرّ أرباحًا للشركة تتجاوز 300,000 دولار ( ما يعادل 6,900,000 دولار في عام 2025 ). ^{[ 7 ]}

تُعزى مقاومة الشد العالية للنيوبرين إلى بنيته الأساسية المنتظمة للغاية، مما يؤدي إلى تبلور النيوبرين تحت تأثير أحمال الشد. ^{[ 10 ]} ويمكن لنموذج المرونة الفائقة ذي المعلمتين (معدل الإجهاد ودرجة الحرارة) أن يصف بدقة جزءًا كبيرًا من الاستجابة الميكانيكية للنيوبرين. ^{[ 11 ]}

أظهرت الدراسات أن التعرض للأسيتون والحرارة يُضعف قوة الشد والاستطالة القصوى للنيوبرين، ويرجع ذلك على الأرجح إلى فقدان الملدنات وزيادة التشابك أثناء التعرض للحرارة. ^{[ 12 ]} لا تعتمد استجابة النيوبرين للتقادم الحراري على أعلى درجة حرارة يتعرض لها فحسب، بل تعتمد أيضًا على منحنى درجة الحرارة والزمن بدقة؛ وهذا نتيجة لعوامل متنافسة، هي انشطار سلسلة البوليمر الرئيسية والتشابك التأكسدي. ^{[ 13 ]} يؤدي انشطار السلسلة إلى التدهور والتقصف وفقدان المتانة. ^{[ 14 ]} تؤدي تفاعلات الأكسدة في وجود الحرارة إلى زيادة التشابك، مما يؤدي بدوره إلى التصلب. ^{[ 13 ]} يحدد التفاعل بين هذين العاملين التأثير الناتج على الخواص الميكانيكية للمادة؛ ويُعتقد أن التشابك هو العامل المهيمن في حالة النيوبرين. ^{[ 13 ] [ 15 ]}

نظرًا لاستخدام النيوبرين في صناعة أغلفة الكابلات الكهربائية في محطات الطاقة النووية، فقد دُرست أيضًا تأثيرات أشعة جاما على خصائصه الميكانيكية. يُؤدي انقطاع السلسلة، الذي يُحتمل أن تُحفزه الجذور الحرة الناتجة عن الأكسجين المُشعّع، إلى تدهور خصائصه الميكانيكية. ^{[ 15 ]} وبالمثل، يُمكن أن تتدهور قوة الشد والصلابة والاستطالة القصوى للنيوبرين عند تعرضه لإشعاع الميكروويف ، وهو أمرٌ ذو أهمية في عملية إزالة الكبرتة. ^{[ 16 ]} أخيرًا، لوحظ أن الأشعة فوق البنفسجية تُقلل من الخصائص الميكانيكية للنيوبرين، وهو أمرٌ بالغ الأهمية لتطبيقاته الخارجية. ^{[ 17 ]}

يعاني بعض الأشخاص من حساسية تجاه النيوبرين، بينما قد يصاب آخرون بالتهاب الجلد نتيجة لبقايا الثيوريا المتبقية من عملية إنتاجه. ^{[ 35 ]}

يُعدّ الإيثيلين ثيوريا (ETU) أكثر المواد المُسرّعة شيوعًا في عملية فلكنة البولي كلوروبرين ، وقد صُنّف كمادة سامة للجهاز التناسلي . في الفترة من 2010 إلى 2013، أطلق قطاع صناعة المطاط الأوروبي مشروعًا بحثيًا بعنوان "المطاط الآمن" (SafeRubber) لتطوير بديل أكثر أمانًا لاستخدام الإيثيلين ثيوريا. ^{[ 36 ]}

• إيزوبرين

• ملفات تاريخية لشركة DuPont Performance Elastomers، LLC حول مادة النيوبرين ، في متحف ومكتبة هاجلي