مطاط النتريل

مطاط النتريل ، المعروف أيضاً باسم مطاط النتريل بوتادين ، أو NBR ، أو Buna-N ، أو مطاط أكريلونيتريل بوتادين ، هو مطاط صناعي مشتق من الأكريلونيتريل (ACN) والبيوتادين . ^{[ 1 ]} تشمل الأسماء التجارية له: بيربونان ، ونيبول ، وكريناك، ويوروبرين . يتميز هذا المطاط بمقاومته العالية للزيوت والوقود والمواد الكيميائية الأخرى.

يُستخدم مطاط النتريل بوتادين (NBR) في صناعات السيارات والطيران لتصنيع خراطيم نقل الوقود والزيوت ، والحلقات المانعة للتسرب، والحلقات المطاطية، وخزانات الوقود ذاتية الإغلاق . كما يُستخدم في قطاعات الخدمات الغذائية والطبية والنووية لتصنيع القفازات الواقية. وبفضل ثباته في درجات حرارة تتراوح بين -40 و108 درجة مئوية (-40 إلى 226 درجة فهرنهايت)، يُعدّ NBR مادة مثالية للتطبيقات الجوية. ويُستخدم أيضًا في إنتاج المنتجات المصبوبة، والأحذية، والمواد اللاصقة، والمواد المانعة للتسرب، والإسفنج، والرغوة الموسعة، وحصائر الأرضيات.  

بفضل مرونته ، يُعدّ مطاط النتريل مادةً مفيدةً لصناعة القفازات المختبرية وقفازات التنظيف والفحص التي تُستخدم لمرة واحدة. يتميز مطاط النتريل بمقاومته العالية للزيوت والأحماض مقارنةً بالمطاط الطبيعي ، كما يتمتع بقوة فائقة، ولكنه أقل مرونة.

طُوِّر مطاط النتريل عام 1931 في شركتي BASF وباير ، اللتين كانتا آنذاك جزءاً من مجموعة IG Farben الكيميائية . وبدأ أول إنتاج تجاري له في ألمانيا عام 1935. ^{[ 2 ] [ 3 ]}

كان مصنع بونا - فيركه مصنعًا للعمالة القسرية يقع بالقرب من معسكرات الاعتقال والإبادة التي كانت تديرها ألمانيا النازية في بولندا المحتلة في أوشفيتز، وموّلته شركة آي جي فاربن. وكانت المواد الخام تأتي من حقول الفحم البولندية. ^{[ 4 ]} أطلقت شركة باسف إيه جي اسم بونا على مطاط النتريل، وحتى عام 1988، كان بونا هو الاسم التجاري الوحيد المتبقي لمطاط النتريل الذي تملكه باسف.

يُضاف مستحلب (صابون)، وأكريلونيتريل، وبيوتادين ، ومنشطات مولدة للجذور الحرة، ومحفز  إلى أوعية البلمرة في إنتاج مطاط النتريل الساخن. ويُستخدم الماء كوسيط للتفاعل داخل الوعاء. تُسخّن الخزانات إلى 30-40 درجة مئوية لتسهيل تفاعل البلمرة وتعزيز تكوين التفرعات في البوليمر. ولأن إنتاج مطاط النتريل يتضمن عدة مونومرات قادرة على نشر التفاعل، فإن تركيب كل بوليمر قد يختلف (تبعًا لتركيزات كل مونومر مُضاف إلى خزان البلمرة والظروف داخل الخزان). وقد لا توجد وحدة متكررة واحدة في كامل البوليمر. ولهذا السبب، لا يوجد اسم معتمد من الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC) للبوليمر بشكل عام.

يُسمح عادةً للمونومرات بالتفاعل لمدة تتراوح بين 5 و12 ساعة. يُترك تفاعل البلمرة حتى يصل إلى نسبة تحويل تبلغ حوالي 70% قبل إضافة عامل "إيقاف سريع" (مثل ثنائي ميثيل ثنائي ثيوكاربامات وثنائي إيثيل هيدروكسيل أمين ) للتفاعل مع (تدمير) الجذور الحرة والمحفزات المتبقية. بمجرد توقف تفاعل اللاتكس الناتج، تُزال المونومرات غير المتفاعلة بالبخار في جهاز فصل المعلق. تصل نسبة استخلاص المونومرات غير المتفاعلة إلى ما يقارب 100%. بعد استخلاص المونومرات، يُمرر اللاتكس عبر سلسلة من المرشحات لإزالة المواد الصلبة غير المرغوب فيها، ثم يُرسل إلى خزانات الخلط حيث يُثبت بمضاد للأكسدة . يُخثر بوليمر اللاتكس الناتج باستخدام نترات الكالسيوم وكبريتات الألومنيوم وعوامل تخثر أخرى في خزان من الألومنيوم. ثم تُغسل المادة المتخثرة وتُجفف لتُصبح مطاطًا مُفتتًا. ^{[ 3 ]}

تتشابه عملية إنتاج مطاط النتريل بوتادين البارد (NBR) إلى حد كبير مع عملية إنتاجه الساخن. تُبرّد خزانات البلمرة إلى درجة حرارة تتراوح بين 5 و 15  درجة مئوية بدلاً من تسخينها إلى 30-40 درجة مئوية  ، وهي قريبة من درجة حرارة الغرفة. في ظل ظروف درجات الحرارة المنخفضة، يقلّ تكوّن التفرعات في البوليمرات (وتُعدّ كمية التفرعات هي العامل المُميّز بين مطاط النتريل بوتادين البارد والساخن).

المادة الخام عادةً ما تكون صفراء اللون، وإن كان من الممكن أن تكون برتقالية أو حمراء اللون، وذلك حسب الشركة المصنعة. تبلغ نسبة استطالتها عند الكسر 300% أو أكثر، وتتمتع بقوة شد لا تقل عن 10 نيوتن/مم² ⁽ 10 ميجا باسكال). يتميز مطاط النتريل بوتادين (NBR) بمقاومة جيدة للزيوت المعدنية والنباتية والبنزين/البترول والأحماض والقلويات المخففة العادية.

يُعدّ محتوى الأكريلونيتريل (ACN) أحد العوامل المهمة في خصائص مطاط النتريل بوتادين (NBR). فكلما انخفض محتوى الأكريلونيتريل، انخفضت درجة حرارة التحول الزجاجي؛ بينما كلما ارتفع، زادت مقاومة البوليمر للمذيبات غير القطبية كما ذُكر سابقًا. ^{[ 5 ]} تتطلب معظم التطبيقات التي تستلزم مقاومة المذيبات ومرونة درجات الحرارة المنخفضة محتوىً من الأكريلونيتريل بنسبة 33%.

تشمل استخدامات مطاط النتريل القفازات غير اللاتكسية التي تستخدم لمرة واحدة ، وأحزمة نقل الحركة للسيارات، والخراطيم ، والحلقات الدائرية ، والحشيات ، وأختام الزيت، وأحزمة V، والجلد الصناعي، وبكرات الطباعة، وتغليف الكابلات؛ ويمكن أيضًا استخدام لاتكس NBR في تحضير المواد اللاصقة وكمادة رابطة للأصباغ.

على عكس البوليمرات المُخصصة للاستهلاك، حيث يمكن أن تُحدث اختلافات طفيفة في التركيب الكيميائي/البنية تأثيرًا ملحوظًا على الجسم، فإن الخصائص العامة لمطاط النتريل بوتادين (NBR) لا تتأثر بالتركيب. عملية الإنتاج نفسها ليست معقدة للغاية؛ فعمليات البلمرة، واستخلاص المونومر، والتخثر تتطلب بعض الإضافات والمعدات، لكنها نموذجية لإنتاج معظم أنواع المطاط. الأجهزة اللازمة بسيطة وسهلة التوفير.

في يناير 2008، فرضت المفوضية الأوروبية غرامات بلغ مجموعها 34,230,000 يورو على مجموعتي باير وزيون لتحديد أسعار مطاط النتريل بوتادين، في انتهاك لحظر الاتحاد الأوروبي على الكارتلات والممارسات التجارية التقييدية (المادة 81 من معاهدة الجماعة الأوروبية والمادة 53 من اتفاقية المنطقة الاقتصادية الأوروبية). ^{[ 6 ]}

يُنتج مطاط النتريل بوتادين المهدرج (HNBR) عن طريق هدرجة مطاط النتريل بوتادين (NBR). وتؤدي هذه العملية إلى إزالة المجموعات الأوليفينية، المعرضة للتلف بفعل مواد كيميائية مختلفة، بالإضافة إلى الأوزون. ويُستخدم عادةً محفز ويلكنسون لتسريع عملية الهدرجة. وتبقى مجموعات النتريل سليمة. وتحدد درجة الهدرجة نوع الفلكنة التي يمكن تطبيقها على البوليمر. ^{[ 7 ]}

يُعرف مطاط النتريل عالي التشبع (HNBR) أيضًا باسم النتريل عالي التشبع (HSN)، ويشتهر بقوته الفيزيائية وقدرته على الاحتفاظ بخصائصه بعد التعرض طويل الأمد للحرارة والزيوت والمواد الكيميائية. تشمل الأسماء التجارية له: زانبر (شركة لياندا)، وثربان (أرلانكسيو ^{[ 8 ]} )، وزيتبول (شركة زيون كيميكال). يُستخدم بشكل شائع في صناعة حلقات منع التسرب (O-rings) لأنظمة تكييف الهواء في السيارات. ^{[ 9 ]} تشمل تطبيقاته الأخرى أحزمة التوقيت، والمخمدات، وخراطيم المؤازرة، والأغشية، والمانعات. ^{[ 10 ]}

اعتمادًا على نوع الحشو ونسبته، تتمتع مركبات HNBR عادةً بقوة شد تتراوح بين 20 و31  ميجا باسكال عند 23  درجة مئوية. تسمح تقنيات الخلط باستخدام HNBR ضمن نطاق واسع من درجات الحرارة، من -40  درجة مئوية إلى 165  درجة مئوية، مع أدنى حد من التدهور على المدى الطويل. وللحصول على أداء جيد في درجات الحرارة المنخفضة، يُنصح باستخدام درجات HNBR منخفضة الأسيتونيتريل (ACN)؛ بينما يمكن الحصول على أداء جيد في درجات الحرارة العالية باستخدام درجات HNBR عالية التشبع مع حشو أبيض. تتميز مطاطات HNBR، كمجموعة، بمقاومة ممتازة لسوائل السيارات الشائعة (مثل زيت المحرك، سائل التبريد، الوقود، إلخ).

أدت الخصائص الفريدة وتحمل درجات الحرارة العالية لمادة HNBR مقارنةً بمادة NBR إلى انتشار استخدامها على نطاق واسع في قطاعات السيارات والصناعة، بالإضافة إلى تطبيقات أخرى تتطلب أداءً عاليًا. ويُعد سوق السيارات أكبر مستهلك لمادة HNBR من حيث الحجم، حيث تُستخدم في العديد من موانع التسرب الديناميكية والثابتة، والخراطيم، والأحزمة. كما تُستخدم مادة HNBR على نطاق واسع في موانع التسرب الصناعية لاستكشاف ومعالجة حقول النفط، بالإضافة إلى أسطوانات مصانع الصلب والورق.

يُعدّ مطاط النتريل بوتادين الكربوكسيلي (XNBR) بديلاً لمطاط النتريل بوتادين (NBR). يتكون XNBR من بوليمر ثلاثي من البوتادين والأكريلونيتريل وحمض الأكريليك. ^{[ 11 ]} يُدخل حمض الأكريليك مجموعات حمض الكربوكسيل (RCO₂H ₎ . تسمح هذه المجموعات بالتشابك عبر إضافة أيونات الزنك (Zn²⁺ ⁾ . توجد مجموعات الكربوكسيل بنسبة 10% أو أقل. بالإضافة إلى هذه الروابط الأيونية، تُطبّق عملية الفلكنة الكبريتية التقليدية.

• أكريلونيتريل بوتادين ستايرين
• قفاز طبي