لاستیک سنتزی

لاستیک‌های سنتزی به دو گروه واکنش پذیر و واکانش ناپذیر دسته بندی شده‌اند. این کار از طریق ترکیب شیمیایی زنجیر بسپار هم انجام می‌گیرد. پرمصرف‌ترین لاستیک سنتزی، لاستیک استایرن-بوتادی‌ان یا SBR است. از دیگر کشپارهای معمولی می‌توان پلی بوتادی‌ان، پلی اتیلن – پروپیلن، لاستیک پوتیل، نئوپرن، لاستیک‌های نیتریل و پلی ایزوپرن را نام برد.
مواد اولیه‌ای یا تکپارهایی که بطور عمده در تولید لاستیک‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند عبارت‌اند از : بوتادی‌ان، استایرن، اکریلونیتریل، کلروپرن، ایزو بوتیلن، ایزوپرن، اتیلن و پروپیلن
انواع لاستیک‌های سنتزی
هم‌بسپارهای بوتا دی‌ان–استیرن
هم بسپارهای استایرن و بوتادی‌ان که بیش از ۵۰ درصد بوتادی‌ان دارند به SBR موسوم‌اند. نسبت معمولی تکپارها ۷۰ تا ۷۵ قسمت بوتادی‌ان به ۲۵ تا ۳۰ قسمت استایرن به بالای ۵۰ درصد، محصول به شدت پلاستیک می‌شود و در رنگ‌های شیرابه‌ای قابل استفاده‌است.
لاستیک SBR مثل لاستیک طبیعی بر اثر کشش بلوری نمی‌شود و به همین سبب ضعیف است مگر آن که با دوده یا مواد دیگر تقویت شود. حتی در این صورت هم از لاستیک طبیعی ضعیفتر است. خواص وولکانشی آن خوب و مشخصات پیرسازی آن رضایت بخش است. بالغ بر ۷۰ درصد SBR تولیدی در آج تایر، ۱۵ درصد قطعات مکانیکی و حدود ۱۰ درصد به شکل شیرابه مصرف می‌شود.
لاستیکهای نیتریل (NBR)
هم بسپارهای بوتادی‌ان و آکریلونیتریل مثل SBR به طریق بسپارش امولسیونی ساخته می‌شوند. البته به خواص مورد نیاز مقدار آکریلونیتریل در هم بسپار از ۲۰ تا ۵۰ درصد متغیر است. با افزایش مقدار نیتریل، مقاومت در برابر هیدروکربن‌ها، حلال‌ها، سایش و نفوذ گاز افزایش می‌یابد. کاهش مقدار نیتریل، خواص در دمای پایین و جهندگی را افزایش می‌دهد. لاستیکهای NBR در برابر روغن‌ها، حلال‌ها، آب، نمک‌ها، ترکیبات آلیفاتیک، صابون‌ها و اغلب مواد غذایی مقاوم‌اند. این دست مواد به شکل پیوسته در دمای ۱۲۰درجه سانتی گراد در مجاورت هوا و در دمای ۱۵۰ درجه سانتی گراد در محیط روغن کارایی دارند.
لاستیک نئوپرن
این لاستیک از بسپارش امولسیونی کلروپرن خالص در دمای ۳۸ درجه سانتیگراد در مجاورت گوگرد بدست می‌آید. در برابر اکسایش، روغن، گرما و آتش مقاوم است و مصارف خاصی در قطعات خودرو، چسب‌ها، درزگیرها و پوشش‌ها دارد. از لاستیک طبیعی گرانتر است به همین سبب زمانی استفاده می‌شود که به خواص ویژه نیاز باشد.
لاستیک تیوکول
نوعی لاستیک پلی سولفیدی است که در اوایل دهه ۱۹۲۰ در ایالات متحده ابداع شد. این لاستیک اولین لاستیک سنتزی بود که به شکل تجاری در این کشور تولید شد. لاستیک‌های تیوکول از بسپارش تراکمی یک پلی سولفید قلیایی و یک دی هالید آلی مناسب تهیه می‌شوند. محصول این واکنش‌ها به ویژه برای آستری مخازن نفت، گل‌های ساختمانی و بتونه کاری، چسبها و درزگیرها و اخیرا ماده چسبی سوخت موشک، پوشش‌های فرسابی و سایر قطعاتی که به سهولت کاربری و مقاومت خوب هوازدگی نیازمندند به کار برد.
لاستیک‌های سیلیکون
این لاستیک‌ها مخلوط بسپارهای کانی – آلی هستند که از بسپارش انواع سیلانها و سیلوکسان‌ها بدست می‌آیند. با اینکه گران‌اند ولی مقاومت قابل توجه آن‌ها در برابر گرما به استفاده منحصر از این لاستیکها در مصارف دمای بالا منجر می‌شود. زنجیر این ترکیبات یک در میان از سیلسیم و اکسیژن درست شده و فاقد کربن است. ترکیبات سیلیکون و مشتقات آن‌ها از نظر تنوع خواص غیر عادیشان شاخص‌اند، مثل حل‌پذیری در حلالهای آلی، حل ناپذیری در آب و الکلها، پایداری گرمایی، بی‌اثری شیمیایی، خواص بالای دی‌الکتریک، اشتعال‌پذیری نسبتا پایین، گرانروی کم در درصد بالای رزین، تغییر اندک گرانروی با دما و عدم سمیت.
به دلیل همین خواص، ترکیبات سیلیکون به عنوان سیال هیدرولیک و انتقال گرما، روان‌کننده و گریس، درزگیر برای مصارف برقی، رزینهای لایه کاری و پوشش و لعاب مقاوم در دمای بالا، لاستیک سیلیکون، ترکیبات آبگریز، واکس‌ها و مواد صیقل کاری قابل استفاده‌اند. بیشترین مصرف لاستیکهای سیلیکون در صنایع هوا فضا است که از آن‌ها در دستگاه‌های یخ نزن، واشر، سپرهای فرسابی و مصارف مشابه که مسئله دما مطرح است استفاده می‌شود.
لاستیک بوتیل
همبسپار ایزوبوتیلن با حدود ۲ درصد ایزوپرن به لاستیک بوتیل موسوم است. ایزوپرن، در ساختار زنجیر سیرنشدگی کافی بوجود می‌آورد تا پخت یا وولکانش صورت گیرد. لاستیک بوتیل نفوذپذیری بینهایت کلی در برابر گازها دارد و به همین علت مصرف عمده آن در ساخت تیوب و آستری تایرهای بدون تیوب است لاستیک بوتیل در برابر اکسایش هم خنثی است و برای مصارف ضد هوازدگی مفید است. نوع دیگر لاستیک بوتیل یعنی لاستیک بوتیل هالوژن دارد. در مقابل پیرسازی مقاومت بهتری دارد، با سایر لاستیک‌ها نیز سازگارتر است و در تایرهای بدون تیوب مصرف می‌شود.
لاستیک اورتان
محصول واکنش برخی پلی گیلکول‌ها و دی ایزوسیانات‌های آلی فراورده‌های لاستیک موسوم به پلی اورتان هستند. این ترکیبات لاستیکهای خاص با خواص ویژه‌اند. به این صورت که مقاومت سایشی بالایی دارند و ضمن آنکه در دمای بالا قابل استفاده‌اند و در غلظتهای بالایی از حلالها، اکسیژن و اوزون نیز مقاومند. مصرف اصلی این نوع لاستیک، تولید اسفنج انعطاف پذیر و الیاف کشسان است. مصرف این مواد در ساخت مبلمان، تشک، مواد عایق، نوسانگیر و سایر زمینه‌هایی که به اسفنجهای لاستیکی مربوط می‌شود رو به گسترش است.
لاستیک هایپالون
لاستیک موسوم هایپالون از واکنش کاتالیز شده رادیکالی کلر و دی‌اکسیدگوگرد با پلی‌اتیلن به دست می‌آید. نتیجه این واکنش تبدیل پلی اتیلن گرما نرم به یک کشپار وولکانش پذیر است. هایپالون در برابر اوزون، هوازدگی و گرما بی‌نهایت مقاوم و مقاومت شیمیایی آن نیز عالی است.
لاستیک فضا ویژه – پلی ایزوپرن و پلی بوتادی‌ان
کشف اینکه کاتالیزگر زیگلر-ناتا (آلکیل لیتیم) بسپارش ایزوپرن یا بوتادی‌ان را طوری کاتالیز می‌کنند که عمدتا ساختار سیس به دست می‌آید، شبیه‌سازی لاستیک طبیعی را به طریق سنتزی ممکن کرد. لاستیک پلی ایزوپرن (IR) که کاملا مشابه لاستیک طبیعی است و حتی از برخی جهات مثل رنگ بهتر، کیفیت یکدست‌تر، بوی کمتر، فراورش‌پذیری و اختلاط سریعتر، روزن رانی و ورقه‌سازی مطلوبتر، جریان قالب عالی و وزن مولکولی کنترل شده، برتر است.
در مقابل، استحکام پارگی، چسبناکی و استحکام کششی لاستیک طبیعی بالاتر است. پلی ایزوپرن به شکل تجاری تولید و به تنهایی یا همراه با لاستیک طبیعی مصرف می‌شود. ۱ و ۴ - پلی بوتادی‌ان با درصد بالای سیس، نرم است به سهولت حل می‌شود. پسماند ناچیز و مقاومت سایشی خوب دارد. از طرف دیگر ۱ و ۴ - پلی‌بوتادی ان با درصد بالای ترانس، سخت، بلوری و از انحلال‌پذیری ضعیفی برخوردار است. از این بسپار می‌توان در روکش توپ گلف استفاده کرد.
بسپارها و سربسپارها اتیلن – پرو پیلن
همبسپارهای اتیلن و پروپیلن (EPM) که به روش بسپارش محلول و با استفاده از یک کاتالیزگر زیگلر ساخته می‌شوند، کشپارهایی فاقد پیوند دوگانه هستند. به این علت، توان وولکانشی ندارند و در عین حال در برابر اکسیژن و اوزون مقاوم‌اند. واکنش‌پذیری اتیلن و پروپیلن بسیار متفاوت است، به همین سبب ترکیب تکپاره‌ها با ترکیب همبسپار تولید شده تفاوت دارد.
EPR را می‌توان با گرما دهی در حضور پراکسید وولکانشی کرد. در این روش زنجیرها با اتصال مستقیم اتمهای کربن به هم وصل می‌شوند و این مغایر با وصل شدن زنجیرها از طریق اتصالات گوگردی در فرایندهای معمول است. از این لاستیکها برای بسیاری از کاربردها بی‌آنکه وولکانش شوند می‌توان استفاده کرد. برای وولکانشی سهلتر، سر بسپارهای اتیلن – پروپیلن همراه با یک دی ان (EPDM) ساخته می‌شوند. بسپارهای EPDM در برابر گرما، اکسیژن و اوزون مقاومت منحصربه‌فردی دارند و به عنوان پوشش بام جانشین آسفالت گرم می‌شوند. از مصارف دیگر می‌توان عایق سیم و کابل را نام برد که با نئوپرن رقابت می‌کنند.
روش تولید لاستیک سنتزی
روش امولسیون سرد
بسپارش در یک امولسیون در دمای ۵ درجه سانتیگراد و به مدت ۸ تا ۱۲ ساعت انجام می‌گیرد. این عمل اغلب در یک مجموعه واکنشگاه انجام می‌گیرد. واکنش در ۶۰ تا ۷۵ درصد تبدیل خاتمه می‌یابد. امولسیون به صورت شیرابه در مخازن ذخیره انبار و برای رسیدن به نوع لاستیک مورد نظر با دستور کار مناسبی مخلوط می‌شود. مخلوط ابتدا منعقد، سپس کاملا شستشو و پیش از عملیات خشکاندن آبگیری می‌شود. به عمده لاستیکهای SBR پیش از وولکانش روغن زده می‌شود. نرم شدن لاستیک با روغن با اضافه کردن دوده جبران می‌شود.
روش محلول
در این نوع بسپارش، کنترل بیشتری بر ساختار فضایی بسپار حاصل و طبعا خواص فیزیکی آن وجود دارد. توزیع واحدهای استایرن در طلوع زنجیر اتفاقی است. این بسپارش نسبت به بسپارش امولسیونی، مقاومت سایشی و خستگی بهتر، جهندگی بالاتر و گرما اندوزی کمتر دارد.در شرایط ویژه بسپارش، همبسپارهای دسته‌ای استایرن و بوتادی‌ان را می‌توان تولید کرد. این بسپارها گرما نرم‌اند و برای اینکه مفید باشند به وولکانشی نیازی ندارند.
نکات قابل توجه در تولید لاستیک سنتزی
بازیابی تکپار
کیفیت لاستیک و سرعت واکنش هر دو با پیشرفت بسپارش کاهش می‌یابند، به همین علت رسم بر این است که واکنش پیش از تبدیل کامل متوقف شود. بازیابی تکپار واکنش نکرده و تخلیص، مرحله ضروری در واحد صنعتی تولید لاستیک سنتزی است. روش‌های بازیابی از طریق عریانسازی با بخار شیرابه‌ها یا تقطیر از سیستم حلال بکار گرفته می‌شود.
انعقاد و خشکاندن
فرایند تکمیل معمولا رسوب دهی لاستیک از امولسیون شیرابه یا از محلول حلال در شکل تکه‌ای است، پس از آن لاستیک خشک و به شکل عدل متراکم می‌شود.
بسته‌بندی لاستیک
بسته بندی لاستیک‌های سنتزی مهم است چون بر طرف کردن مشکلاتی از قبیل چسبندگی به کیسه بسته‌بندی و آلودگی ناشی از حفاظت ناکافی گاهی امکان‌پذیر است و برخی لاستیکها به دلیل جریان یافتن شکل خود را از دست می‌دهند.