נאופרן

נאופרן (גם פוליכלורופרן) היא משפחה של גומי סינתטי המיוצרות על ידי פילמור של כלורופרן.Werner Obrecht, Jean-Pierre Lambert, Michael Happ, Christiane Oppenheimer-Stix, John Dunn and Ralf Krüger "Rubber, 4. Emulsion Rubbers" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2012, Wiley-VCH, Weinheim. נאופרן מפגין יציבות כימית טובה ושומר על גמישות בטווח טמפרטורות רחב. נאופרן נמכר כגומי מוצק, כספוג מוקצף או כלטקס ומשמש במגוון רחב של יישומים מסחריים, כגון שרוולים למחשב נייד, פלטות אורתופדיות (פרק כף היד, ברכיים וכו'), בידוד חשמלי, כפפות רפואיות, ממברנות אלסטומריות וחגורות מאוורר לרכב.

 ייצור 
נאופרן מיוצר בתהליך פילמור רדיקלי חופשי של כלורופרן. בייצור מסחרי, הפולימר מתקבל על ידי פילמור תחליב רדיקלי חופשי, כאשר אשלגן פרסולפט משמש כיוזם התגובה. נוקלאופילים דו-פונקציונליים, תחמוצות מתכת ותיו-אוריאה משמשים לביצוע הצלבה בין שרשראות הפולימר.

 היסטוריה 
הנאופרן פותח בחברת דופונט בשנת 1930. דופונט שיווקה את התרכובת לראשונה בשנת 1931 תחת השם המסחרי "דופרן" (DuPrene), אולם יישומה המסחרי היה מוגבל עקב תהליך הייצור המקורי, אשר הותיר במוצר ריח בלתי נעים. בהמשך פותח תהליך ייצור חדש, אשר היה נקי מתוצרי הלוואי האחראיים לריח וצמצם משמעותית את עלויות הייצור. בעקבות שיפור זה, החלה החברה למכור את החומר ליצרנים של מוצרי צריכה. הביקוש לחומר עלה במהירות רבה: ב-1932 ייצרו כ-3.6 טון נאופרן, ב-1933 יוצרו כבר כ-23.6 טון, וכמות זו הוכפלה מדי שנה בחמש השנים העוקבות.

כדי למנוע פגיעה במוניטין המוצר על ידי יצרנים בעלי איכות נמוכה, הסימן המסחרי "DuPrene" הוגבל לשימוש בלעדי על ידי חברת DuPont עבור החומר שהיא ייצרה.DuPont.
מאחר שהחברה לא ייצרה מוצרי קצה המכילים "DuPrene", הסימן המסחרי הופסק בשנת 1937 והוחלף בשם הגנרי "נאופרן", במטרה לסמן את החומר כמרכיב ולא כמוצר צריכה סופי. לאחר מכן, DuPont פעלה ליצירת ביקוש למוצר באמצעות אסטרטגיית שיווק שכללה פרסום כתב עת טכני משלה, שהציג את השימושים של נאופרן וכן מוצרים מבוססי נאופרן של חברות אחרות.
עד 1939, מכירות נאופרן הניבו לחברה רווח של למעלה מ-300,000 דולר (שווה ערך ל-6,800,000 דולר בשנת 2024).

 תכונות מכניות 
יצועי המתיחה הגבוהים של נאופרן נובעים ממבנה שרשרת הפולימר הייחודי שלו, המאפשר לו לעבור התגבשות מתח בעת הפעלת עומס מתיחה.

תגובתו המכנית של נאופרן ניתנת לתיאור מדויק באמצעות מודל היפר-אלסטי בעל שני פרמטרים, המתייחסים לקצב הדפורמציה ולטמפרטורה.

מחקרים הראו שחשיפה לאציטון וחימום פוגעים בחוזק המתיחה ובהתארכות הסופית של נאופרן.. התגובה של נאופרן להזדקנות תרמית תלויה לא רק בטמפרטורה הגבוהה ביותר אליה הוא נחשף, אלא גם בשינויי הטמפרטורה לאורך זמן. זאת מכיוון שקיימים שני תהליכים מנוגדים המתרחשים במקביל: שבירת שרשראות הפולימר והצלבה חמצונית. שבירת השרשראות גורמת להתדרדרות החומר, לשבירות ולאובדן קשיחות. תגובות חמצון בנוכחות חימום מובילות לחיבור צולב מוגבר, אשר בתורו גורם להתקשות החומר. האינטראקציה בין שני התהליכים הללו קובעת את השינוי בתכונות המכניות של החומר, כאשר בנאופרן ההתקשרות צולבת נחשבת לגורם הדומיננטי.

בשל שימושו של נאופרן בייצור מעילי כבלים חשמליים בתחנות כוח גרעיניות, נחקרת השפעת קרינת גמא על תכונותיו המכניות. נראה כי שבירת שרשראות הפולימר, אשר עשויה להיגרם על ידי רדיקלים חופשיים של חמצן מוקרן, היא הגורם לירידה בביצועים המכניים של נאופרן. חוזק המתיחה, הקשיות וההתארכות הסופית של נאופרן עלולים להיפגע גם בחשיפה לקרינת מיקרו, אשר רלוונטית בתהליך הדה-וולקניזציה. לבסוף, נראה כי קרינה אולטרה סגולה פוגעת בתכונות המכניות של נאופרן, שחשובה ליישומים של נאופרן החשופים לתנאי הסביבה ובפרט לאור השמש.

 יישומים 
 כללי 
ממוזער|שמאל|מגפי עבודה עשויים מנאופרן
נאופרן מוקצף, המשמש במגוון רחב של יישומים, מיוצר בשתי צורות עיקריות: תאים סגורים ותאים פתוחים. נאופרן מוקצף בעל תאים סגורים מתאפיין בעמידות גבוהה למים, דחיסות נמוכה ועלות גבוהה יותר. לעומתו, נאופרן מוקצף בעל תאים פתוחים מאפשר מעבר אוויר. הוא מיוצר על ידי הקצפת הנאופרן בגז חנקן, ובועות הגז הזעירות הסגורות והמופרדות מגדילות את הבידוד התרמי שלו. גז חנקן משמש לרוב להקצפת הנאופרן בשל האינרטיות שלו, העמידות שלו לחום והטווח הגדול של טמפרטורות העיבוד.

נאופרן עמיד בפני שחיקה יותר מגומי טבעי או סינתטי. יציבות יחסית זו הופכת את הנאופרן למתאים במיוחד ליישומים בהם נדרשת עמידות לשחיקה כימית או מכנית כגון אטמים, צינורות וציפויים עמידים בפני קורוזיה. ניתן להשתמש בו כבסיס לדבקים, בידוד רעשים בהתקנות שנאי כוח, וכריפוד במארזי מתכת חיצוניים לצורך הגנה על התכולה. הוא עמיד בפני בעירה יותר מסוגי גומי המבוססים על פחמימנים בלבד, ולכן הוא משמש בפסי איטום לדלתות אש ובביגוד הקשור לכיבוי אש כגון כפפות ומסכות פנים. נקודת הבעירה של נאופרן היא בערך  260°C. במצבו המקורי נאופרן הוא חומר דמוי גומי גמיש מאוד בעל תכונות בידוד הדומות לגומי ולסוגי פלסטיק אחרים. ניאופרן הפך לחומר פופולרי בייצור מגוון מוצרי צריכה, כגון כיסויים למחשבים ניידים,, מחזיקי טאבלטים, שלטים רחוקים ומשטחים לעכבר.

במערכות גינון הידרופוניות ומשתמשים בתוספות ניאופרן קטנות (4-13 ס"מ) לתמיכה בצמחים בעת ריבוי ייחורים או שימוש בכוסות רשת. התוספות קטנות יחסית, 4 עד 13 סנטימטרים. נניאופרן מספק תמיכה יציבה לצמחים מבלי לפגוע בגבעול. בנוסף, כיסויי שורש מניאופרן מונעים חדירת אור לתא ההשרשה, דבר התורם לצמיחת שורשים מיטבית ומעכב התפתחות אצות.

 ציוד תת-מימי 
ניאופרן הוא חומר פופולרי בייצור ביגוד מגן לפעילויות ימיות. ניאופרן מוקצף משמש בדרך כלל לייצור חליפות צלילה רטובות וחליפות צלילה יבשות מכיוון שהוא מספק בידוד מעולה מפני קור. לנאופרן מוקצף ציפה חיובית, וצוללים מפצים על כך באמצעות משקולות. מכיוון שניאופרן מוקצף מכיל כיסי גז, החומר נדחס תחת לחץ מים. מסיבה זו, חליפות צלילה רטובות, העשויות מניאופרן מוקצף, מאבדות בעומק מיכולת הבידוד התרמי ואינן מתאימות לצלילות עמוקות במיוחד. פיתוח חדשני בתחום הוא ניאופרן "סופר-פלקס", המשלב בספנדקס בבד התוחם ליצירת גמישות ונוחות תנועה משופרות. חליפות יבשות, לעומת זאת, עשויות מניאופרן עבה ועמיד יותר, ויוצרות שכבת בידוד אטומה למים, המתאימה לצלילה במים קרים או מזוהמים.

 מסיכת פנים 
במהלך מגפת הקורונה ב-2019, ניאופרן נחשב על ידי חלק ממומחי הבריאות כחומר יעיל לייצור מסכות פנים ביתיות. יצרנים מסחריים של מסכות פנים מניאופרן טענו ליכולת סינון של 99.9% מחלקיקים קטנים עד 0.1 מיקרון. גודלו הממוצע של נגיף הקורונה הוא כ-0.125 מיקרון.

 בריאות 
נאופרן עלול לעורר תגובות אלרגיות או גירוי עור אצל חלק מהמשתמשים, עקב שאריות תיו-אוריאה הנוצרות בתהליך הייצור. בנוסף, אתילן תיו-אוריאה (ETU), המשמש כמאיץ גיפור נפוץ בפוליכלורופרן, סווג כרעלן רבייה. לכן, בין השנים 2010 ל-2013, יזמה תעשיית הגומי האירופית את פרויקט המחקר SafeRubber, שמטרתו הייתה פיתוח חלופה בטוחה יותר ל-ETU.

קישורים חיצוניים

 הערות שוליים 

קטגוריה:אלקנים
קטגוריה:חומרי גלם
קטגוריה:פולימרים
קטגוריה:תרכובות ביוכימיות