المَطَّاطُ من أكثر المواد الأولية نفعًا وأكثرها أهمية. ويتم الحصول على المطاط الطبيعي من عصارة شجرة، بينما ينتج المطاط الاصطناعي من المواد الكيميائية.
وللمطاط فوائد خاصة وذلك لأسباب عديدة. فهو يَحْبِس الهواء ولا يمتص الرطوبة، ولا يوصل الكهرباء بسهولة، ولكن أهميته الخاصة تكمن في مرونته. فعندما تشد شريطًا مطاطيًا ثم تتركه، فإن مرونته تجعله يعود بسرعة إلى شكله الأصلي. وتقفز الكرة المطاطية للسبب نفسه؛ وهو قابلية العودة إلى الشكل الأصلي. ويمتص كعب الحذاء المطاطي الصَّدمة عندما تمشي، نظراً لمرونته.
ويعتمد الناس في حياتهم كثيراً على المطاط، ويصعب أن نتصوَّر أي تقدُّم أو تطور بدونه. وهو في هذا يختلف عن كثير من المواد الأخرى. فعندما تفتقر لإحدى المواد فإنه يمكن أن تستبدل بها مادة أخرى، حيث يمكن بناء المنزل باستخدام مواد مثل الخشب أو الطوب أو الحجر أو الخرسانة أو الزجاج أو الفلزات. ويمكن صنع الملابس من القطن أو الحرير أو الصوف أو من خيوط أخرى.
ولكن ماذا عن إطارات السيارات أو الحافلات؟ إن الإجابة عن هذا السؤال هي أنه من الصعب جداً تصنيعها من أي شيء غير المطاط. فلا يوجد شيء آخر مرن ومانع لتسرب الهواء ومقاوم (يصمد) للماء، ويمتص الصدمات، ولايبلى بسرعة غير المطاط.
يُنْتَجُ من المطاط ما بين 40,000 و50,000 منتج. فعلى سبيل المثال، يوجد في السيارة حوالي 600 جزء مصنّع من المطاط. وتستخدم بعض السيارات، بطبيعة الحال، أجزاء من المطاط أقل من ذلك، ويستخدم بعضها أجزاء أكثر. وتستخدم في الشاحنات والحافلات فى الوقت الراهن نوابض وسحابات مصنوعة من المطاط بدلاً من الفولاذ.
استخدامات المطاط
إنتاج الإطارات يعتبر المستهلك الرئيسي لأغلب مطاط العالم. وتحتوي أغلب الإطارات على كلًّ من المطاط الطبيعي والاصطناعي، ونسبة المطاط الطبيعي مقارنة بالمطاط الاصطناعي عالية في الإطارات الكبيرة، أما إطارات السيارة فتحتوي على نسبة أكبر من المطاط الاصطناعي.
يُسْتَخْدَم أكثر المطاط في صناعة الإطارات والأنابيب، المستخدمة في السيارات والطائرات والدراجات والحافلات والشاحنات والجرارات وآلات التشييد. ويستخدم المطاط أيضًا في المنتجات الميكانيكية مثل الحشية وأجهزة منع التسرب والسيور (الأحزمة) وأسطوانات الطباعة.
ويستخدم المصنعون المطاط في عمل المآزر التي لا تتأثر بالماء، والأحذية والمعاطف الواقية من المطر، والقفازات والقبعات، ويضاف إلى الملابس والمنسوجات المنزلية لإكسابها مرونة عالية. وتشمل منتجات المطاط الصلد: أمشاط الشعر وصناديق البطاريات، كما يستخدم الأطباء المطاط في صورة قوارير الماء الساخن وأكياس الثلج والمحاقن والأشرطة المرنة وقفازات الجراحة. وتحتوي أجهزة السمع وخيام الأكسجين وكثير من أنواع المعدات الأخرى على أجزاء مصنعة من المطاط.
ويلبس السباحون ملابس الاستحمام وأغطية الرأس المصنوعة من المطاط، كما أنهم يستخدمون أيضًا النظارات وسدادات الأذن المطاطية، ويأخذون حمامات الشمس على ألواح من المطاط. وتُلعب كثير من أنواع الرياضة بكرات من المطاط، تتراوح في المقاس بين كرات الجولف الصغيرة وكرات شاطئ البحر الكبيرة. وتشمل منتجات المطاط الأخرى الخيوط وسدادات الزجاجات ولعب الأطفال وحلقات الأواني الزجاجية والشرائط المرنة والدهانات ذات الأساس المطاطي.
وتساعد التجاويف الهوائية في المطاط الإسفنجي والرغوي على مرونته. ويستخدم المصنعون هذه الأنواع من المطاط في الوسائد والمراتب وحشو التنجيد، كما تستخدم طبقة من المطاط الرغوي في بعض الأحذية بمثابة مادة عازلة يبطن بها جلد الحذاء للوقاية من البرد.
ويمكن استخدام الإسمنت المطاطي في لصق أجزاء الورق معًا، مع إمكانية فصل الأجزاء بعضها عن بعض مرة أخرى. ويتكون الإسمنت المطاطي من محلول من المطاط الطبيعي الخام مذاب فى مذيب كيميائي، حيث يتبخر المذيب ويُثبت المطاط اللزج أجزاء الورق معًا.
تطـور المطاط
المستعملون الأصليون للمطاط هم هنود المايا وهنود أمريكا اللاتينية الآخرون. فقد صنعوا الأحذية المطاطية بوضع العصارة اللبنية على أقدامهم وتركها حتى تجف.
الاستخدامات الأولى. عندما وصل المكتشفون الأوروبيون الأوائل إلى أمريكا الوسطى والجنوبية، شاهدوا الهنود يلعبون بكرات مصنوعة من المطاط. وطبقًا لرواية مؤرخ أسباني قديم، فإن كريستوفر كولمبوس وجد الهنود في هاييتي يستخدمون كرات مصنوعة من صمغ شجرة، ولكن شك المؤرخون فيما بعد في هذا التفسير نظرًا لأن الرواية السابقة قد كتبت بعد أكثر من مائة عام من رحلة كولمبوس.
وعرف المكتشفون أن الهنود يصنعون أحذية مقاومة للماء من العصارة اللبنية ـ وهي سائل أبيض لبني يُحصل عليه من شجرة المطاط. وقد صنع الهنود الأحذية بوضع العصارة اللبنية على أقدامهم وتركها حتى تجف، كما صنع الهنود أيضًا قوارير مقاومة للماء بوضع طبقة رقيقة من هذه العصارة على قالب من الطين يأخذ شكل قارورة، وتجفيف العصارة على النار ثم إزالة الطين بالماء.
ويسمي هنود جنوب أمريكا شجرة المطاط كاهوتشو وتعني الخشب الباكي. فقد جعلهم تسرب نقاط من العصارة اللبنية من قلف الشجرة يفكرون في الدموع البيضاء الكبيرة. وقد جمع المكتشف الفرنسي، تشارلز ماري دي لاكوندامين عينات من العصارة اللبنية الصلدة في بيرو عام 1735م، وأخذها معه إلى فرنسا. وأطلق الفرنسيون على المادة الجديدة اسم كاوتشوك، وهو النطق الفرنسي للاسم الهندي كاهوتشو. وتُستخدم هذه الكلمة بطرائق رسم مختلفة في أغلب الدول الأوروبية. وفي عام 1770م، اكتشف الكيميائي الإنجليزي جوزيف بريستلي ممحاة من المطاط لإزالة علامات القلم الرصاص.
بداية صناعة المطاط. وجد العلماء في نهاية القرن الثامن عشر الميلادي أن العصارة اللبنية الصلدة تذوب في زيت التربنتين منتجة سائلاً مقاومًا للماء يستخدم في الملابس. وصمم المخترع الإنجليزي توماس هانكوك في عشرينيات القرن التاسع عشر الميلادي ما أسماه آلة التنظيف لعجن قطع صغيرة من المطاط وتحويلها إلى كتل جامدة، وقادت اختراعاته وتجاربه إلى تطور العمليات التي تجري على المطاط في هذه الأيام.
بدأ تشارلز ماكنتوش ـ وهو كيميائي أسكتلندي ـ في عام 1823م، تصنيع معاطف المطر ماكنتوش التي أصبحت مشهورة عالميًا. وقد صُنعت المعاطف بوضع طبقة من المطاط بين طبقتين من القماش. ثم بدأ المصنعون في أوروبا والولايات المتحدة الأمريكية صنع كثير من المنتجات المطاطية، ومنها الشرائط المرنة ومعاطف المطر وخراطيم الماء والأنابيب والأحذية.
الفلكنة اكتشفها تشارلز جوديير عام 1839م. فقد سقط منه خليط من المطاط والكبريت على موقد ساخن أثناء تجربة. ووجد أن الحرارة تقوي المركب.
اكتشاف الفلكنة. كانت منتجات المطاط الأولية تعاني اللزوجة في الطقس الحار كما أنها تصبح جامدة وهشة في الطقس البارد. واكتشف تشارلز جوديير، وهو مخترع أمريكي، عام 1839م، طريقة لتقوية المطاط وجعله أكثر مقاومة للحرارة والبرودة. فقد تصادف أن سقط من جوديير خليط كبريت ـ مطاط يحتوي على عناصر أخرى ـ على موقد ساخن، بينما كان يجري تجاربه. ونتيجة لذلك فقد نضج مركّب المطاط بالحرارة واحتفظ بقوامه وقوته عند درجات الحرارة العالية والباردة، وأطلق على عملية تسخين خليط الكبريت ـ المطاط اسم الفلكنة. واستطاع المصنعون باستخدام المطاط المفلكن التوصل لمنتجات موثوق بها. كما نمت صناعة المطاط بسرعة، وأصبح المطاط المفلكن مرنًا، ولايسمح بنفاذ الماء والهواء بين الأجزاء المتحركة في الآلات.
أولى المزارع. في البداية استخدم المصنعون المطاط البري فقط، وحصلوا على كمية كبيرة منه من وادي الأمازون في البرازيل. والمصدر الآخر كان من الشجر المتسلق في إفريقيا الذي يثمر العصارة اللبنية. وقام عالم النبات هنري ويكهام عام 1876م، بطلب من الحكومة البريطانية، بأخذ نحو 70,000 بذرة من شجرة المطاط البرازيلي (هيفيا برازيلينزيس) من البرازيل إلى إنجلترا، ونبت منها نحو 2,500 بذرة في البيوت المحمية لزراعة النباتات في حدائق كيو القريبة من لندن. وأخذت النباتات الصغيرة إلى سيلان (سريلانكا الآن) والملايو لإعادة زراعتها في مزارع هناك، وجاءت جميع أشجار مزارع المطاط في الشرق الأقصى تقريبًا من هذه النباتات الصغيرة. وأقام البريطانيون والهولنديون والفرنسيون مزارع للمطاط في إندونيسيا وتايلاند والهند الصينية وبلاد أخرى في الشرق الأقصى.
أوجد اختراع السيارة في أواخر القرن التاسع عشر الميلادي الحاجة الهائلة للمطاط، وقام المزارعون في الملايو وسيلان عام 1905م، بزراعة 40,000 هكتار من أشجار الهيفيا، وهي تقريبًا ضعف الكمية التي قاموا بزراعتها منذ عام 1876م. وبحلول عام 1914م، زاد الإنتاج السنوي من المطاط من مزارع المطاط عن المطاط المنتج من أشجار المطاط البرية. ثم أقيمت المزارع بعد ذلك في إفريقيا وأمريكا الوسطى والجنوبية والفلبين.
الإطارات الهوائية طورها جون دنلوب من بريطانيا عام 1888م. فقد صنع أولا الإطارات المملوءة بالهواء، والتي توفر رحلة هادئة أكثر من الإطارات المطاطية المصمتة، لعجلات الدراجة الثلاثية الخاصة بابنه.
تطوّر المطاط الاصطناعي. ظهرت أهمية المطاط واضحة أثناء الحرب العالمية الأولى (1914 - 1918م). فقد احتاجت الجيوش للسيارات ذات الإطارات المطاطية لحمل الجنود والتموين لجبهة القتال. وانقطعت عن الألمان مصادر المطاط الطبيعي بسبب حصار الحلفاء لها، ولهذا بدأت ألمانيا في تصنيع المطاط الاصطناعي، ولكنهم لم يحققوا النجاح الذي كانوا يأملونه. واستمرت التجارب في إنتاج المطاط الاصطناعي في فترة العشرينيات من القرن العشرين بصفة رئيسية فى كل من ألمانيا والولايات المتحدة الأمريكية.
وعندما بدأت الحرب العالمية الثانية عام 1939م، كانت ألمانيا تُصنِّع نوعين رئيسيين من المطاط الاصطناعي: 1- بونا إس، والذي يصنع من البوتاديئين (غاز) والإستيرين (سائل يصنع من قطران الفحم الحجري والنفط) 2- بونا إن الذي يصنع من البوتاديئين والإكريلونيتريل (وهو سائل يُحْصَل عليه من الأسيتيلين وحمض الهيدروسيانيك). وأنتجت التجارب في الولايات المتحدة الأمريكية قبل عام 1939م، كميات صغيرة من أنواع مختلفة من المطاط الاصطناعي بهدف إيجاد بديل للمطاط الطبيعي، وكان الثمن التقديري لتصنيع المطاط الاصطناعي أعلى بكثير من ثمن المطاط الطبيعي. ولهذا السبب استمر المصنعون في تصنيع المنتجات من المطاط الطبيعي.
وأنتجت الولايات المتحدة الأمريكية نحو 8,200 طن متري فقط من المطاط الاصطناعي عام 1941م، وعندما استولى اليابانيون على أراضي زراعة المطاط في الشرق الأقصى عام 1942م، قطع ذلك تسعة أعشار إمدادات المطاط الطبيعي عن الولايات المتحدة الأمريكية. ولهذا أقامت الولايات المتحدة الأمريكية، صناعة كبيرة للمطاط الاصطناعي، وأنشأت الحكومة الأمريكية مصانع لإنتاج مطاط الإستيرين الحكومي وإنتاج كل من الإستيرين والبوتاديئين المطلوبين لهذه الصناعة. وقام مصنعو المطاط والشركات الكيميائية بتشغيل المصانع وتبادلوا فيما بينهم المعلومات عن المطاط الاصطناعي، وتعاونوا مع الحكومة قدر استطاعتهم في تطوير الطرق لصنع أكبر كمية من المطاط الاصطناعي، بأقصى سرعة ممكنة.
وفي نهاية الحرب العالمية الثانية عام 1945م، قفزت الطاقة الإنتاجية للمطاط الاصطناعي فى الولايات المتحدة الأمريكية إلى حوالي 1,090,000 طن متري في العام. وفي عام 1955م، باعت الحكومة الأمريكية مصانع إنتاج المطاط الاصطناعي إلى شركات القطاع الخاص.
صناعة المطاط
الدول الرئيسية في إنتاج المطاط الطبيعي
الدول الرئيسية في إنتاج المطاط الاصطناعي
الإنتاج والاستخدامات. ينمو في مزارع الشرق الأقصى أكثر من 80% من المطاط الطبيعي العالمي. والدولتان الرئيسيتان في إنتاج المطاط هما: تايلاند وإندونيسيا. ومن دول الشرق الأقصى الأخرى التي تنتج المطاط الطبيعي ماليزيا وبورما وكمبوديا والصين والفلبين وفيتنام. وتنتج الهند وسريلانكا نحو 10% من الاحتياج العالمي من المطاط الطبيعي، بينما تنتج إفريقيا نحو 5%، وتأتي باقي الإمدادات من المطاط الطبيعي من أمريكا الجنوبية. ويبلغ الإنتاج العالمي من المطاط الطبيعي 5,7 مليون طن متري في العام. وتستخدم الولايات المتحدة الأمريكية نحو 865,000 طن متري، أي سدس إنتاج العالم من المطاط الطبيعي سنويًا.
تزايد إنتاج المطاط الاصطناعي باطراد بعد الحرب العالمية الثانية، وبلغ الإنتاج السنوي العالمي نحو 9 أطنان مترية في السنة. وتتصدر الولايات المتحدة الدول الرئيسية المنتجة للمطاط الاصطناعي إذ تنتج نحو ربع الإنتاج العالمي. وأصبح نحو ثلثي المطاط المستخدم في الولايات المتحدة الأمريكية من المطاط الاصطناعي. ومن الدول المنتجة الأخرى للمطاط الاصطناعي، بترتيب الإنتاج: اليابان وألمانيا وروسيا وفرنسا. وقد بلغ الانتاج السنوي العالمي من المطاط الاصطناعي في تسعينيا القرن العشرين أكثر من عشرة ملايين طن متري في العام.
ويستخدم العالم المطاط الاصطناعي الآن أكثر من المطاط الطبيعي، ويرجع ذلك إلى أن المطاط الاصطناعي له استخدامات مختلفة كثيرة، كما يمكن إنتاجه بأسعار رخيصة بالنسبة لتكلفة المطاط الطبيعي. ولكن ارتفاع أسعار النفط، الذي يستخدم في صناعة المطاط الاصطناعي، أدى إلى انخفاض النمو في إنتاجه. وقد تأثر إنتاج المطاط الاصطناعي أيضًا بزيادة شعبية الإطارات نصف القطرية، حيث تحتاج هذه الإطارات إلى كمية من المطاط الطبيعي أكثر من الإطارات المعيارية.
--------------------------------------------------------------------------------
الإنتاج العالمى من المطاط
--------------------------------------------------------------------------------
العام المطاط الطبيعي بالطن المتري المطاط الاصطناعي بالطن المتري
1900 45,000 -
1910 98,000 -
1920 348,000 -
1930 838,000 -
1940 1,440,000 43,000
1950 1,890,000 583,000
1960 2,035,000 2,021,000
1970 3,103,000 5,893,000
1975 3,315,000 8,855,000
1980 3,850,000 8,690,000
1984 4,250,000 8,950,000
1990 4,925,000 9,885,000
2000 5,700,000 9,000,000
انضمت الصين والاتحاد السوفييتي السابق منذ عام 1962م.
المصدر: المجموعة العالمية لدراسة المطاط، لندن.
الإنتاج العالمى من المطاط
مصنعو المطاط الرئيسيون. يزرع مصنعو المطاط الرئيسيون عادة جزءاً من احتياجاتهم من المطاط الطبيعي في مزارع خاصة بهم، كما ينتجون المطاط الاصطناعي في مصانعهم. وتصنع شركات المطاط منتجات مختلفة مثل الإطارات والأجزاء الآلية والمنتجات الصناعية وخامات الأحذية ولباس القدم وأجزاء الطائرات والنسيج المعالج بالمطاط. كما تنتج بعض الشركات أيضًا ـ لاستخداماتها وللبيع لشركات أخرى ـ مواد أولية تُسْتَخدم في تصنيع المطاط الاصطناعي. وكميات المطاط المستخدمة في إنتاج الإطارات أكبر من الكميات المستخدمة في أى غرض آخر. وقد انخفض عدد مصنعي الإطارات خلال فترة الثمانينيات من القرن العشرين الميلادي لأن الشركات الكبيرة اشترت الشركات الصغيرة. وأكبر شركتين مصنعتين للإطارات في العالم في المبيعات، هما شركة ميشلان، وهي شركة فرنسية، وشركة جوديير للإطارات والمطاط في الولايات المتحدة الأمريكية.
المطاط الطبيعي
المطاط الطبيعي يأتي أساسًا من أشجار المطاط التي تنمو في مزارع في المناطق الحارة والرطبة. ويحصل العمال على سائل أبيض يسمى العصارة اللبنية بوساطة شق مجرى في القلف (أعلاه)، ويكون المطاط ثلث العصارة اللبنية، ولهذا يتم تنقيتها لإنتاج المطاط الخام.
توجد العصارة اللبنية في مجموعات مختلفة من الأشجار وأنواع أخرى من المزروعات. وتستطيع مشاهدة تسرب هذه العصارة من ساق مكسورة للهندباء البرية أو من فرع مكسور من عصا الذهب (شجرة من الفصيلة المركبة). ومازالت العصارة اللبنية تمثل للعلماء شيئًا يحفه الغموض. ويعتقد العلماء أن العصارة اللبنية ليست نسغًا، ولكنهم غير متأكدين من أهميتها للنبات. ويقول آخرون إنها تعمل مادة للحماية عندما يجرح النبات.
ويوضح التحليل الكيميائي أن نحو 30 - 35% من العصارة اللبنية تتكون من المطاط النقي، ويُكَوِّن الماء من 60 - 65%. والنسبة الباقية كميات قليلة من مواد أخرى مثل المواد الراتينجية والبروتينات والسكر والمواد المعدنية. وتحتوي العصارة اللبنية على كريات قليلة من المطاط بنفس الطريقة التي يحتوي فيه الحليب على دهن الزبدة. وتفسد العصارة اللبنية بسهولة، ولذلك يجب أن تتم معالجتها إلى مطاط خام بمجرد الحصول عليها. وفي المعالجة يفصل المطاط الطبيعي الموجود في العصارة اللبنية عن الماء والمواد الأخرى. ويحصل على نحو 99% من جميع المطاط الطبيعي من العصارة اللبنية لشجرة الهيفيا برازيلينزيس، وهي الشجرة التي تعرف باسم شجرة المطاط.
المطاط يحصل عليه من مصدرين أساسيين؛ حيث يتوفر المطاط الطبيعي أساساً من أشجار المطاط التي تنمو في مزارع في مناطق حارة ورطبة. وينتج المطاط الاصطناعي في كثير من الدول الصناعية. وتوضح الخريطة الدول الرئيسية لإنتاج كلا النوعين من المطاط.
شجرة المطاط. تنمو شجرة الهيفيا بطريقة أفضل في المناخ الحار الرطب، وفي التربة الحمضية ذات الصرف الجيد. وتقع أحسن مناطق زراعة المطاط في حدود حزام المطاط، الذى يمتد نحو 1,100كم على جانبي خط الاستواء. ويأتي جميع المطاط الطبيعي تقريبًا من المزارع الضخمة لأشجار المطاط في الشَّرق الأقصى.
تنمو شجرة المطاط ذات الساق الرفيعة المستقيمة في مزارع المطاط بطول يصل إلى نحو 18 - 20م، كما أنها ذات قلف ناعم ولون فاتح وأوراق قائمة ومصقولة. وعندما تذبل البراعم الصفراء الشاحبة، تنمو قرون البذور في مكانها، ويحتوي كل قرن على ثلاث بذور منقطة ذات لون بني بطول نحو 2,5سم. وتسيل العصارة اللبنية المحتوية على المطاط من خلال مجموعات من الأنابيب في طبقة النسيج الإنشائي (الكمبيوم) في الشجرة، وهي طبقة الخشب الخارجية مباشرة تحت القلف. وعندما يتم ثقب هذه الطبقة تتسرب العصارة اللبنية البيضاء مثل الحليب. ويحاول علماء النبات باستمرار تحسين شجرة الهيفيا بالتطعيم والتوليد. وهكذا أصبح من الممكن الحصول على أشجار تُنْتج من المطاط الطبيعي أكثر مما تنتجه شجرة الهيفيا البرية بعشرة أضعاف، كما أمكن زيادة الإنتاج أيضًا باستخدام المنشطات للأشجار.
يتم تجميع المطاط أيضًا من أشجار اللاندوليفيا التي تنمو في إفريقيا. وتمت زراعة شجرة الجيويول في المكسيك لما تحتويه من المطّاط، ولكنها تنتج فقط كمية صغيرة منه. ويحصل أيضًا على كمية صغيرة من المطاط من أشجار الهيفيا البرية في البرازيل. ومن الأشجار الأخرى الحاملة للمطاط أشجار المنيهوت (الكاسافا)، التي تنمو أيضًا في البرازيل، وأشجار الكاستيلوا التي تنمو في أمريكا الوسطى وكولومبيا والإكوادور.
كيف تنقر شجرة المطاط يوضح هذا الرسم التخطيطي كيف يتم الحصول على العصارة اللبنية من شجرة المطاط. يتسرب السائل لأسفل إلى المزراب خلال المجاري التي يتم تنفيذها بالنقر. وتمر العصارة اللبنية من أسفل المزراب إلى الكأس.
نقر الأشجار. يستخدم مزارعو المطاط عمالاً يطلق عليهم النقّارون لجمع العصارة اللبنية من الأشجار. ويبدأ العمال نقر الأشجار في الفجر، لأن العصارة اللبنية تسيل بسهولة أكثر في هواء الصباح البارد. ويحمل العمال مظفارًا في شكل سكين طويلة حادة ذات نصل منحن، ويقطعون مجرى صغيرًا في قلف الشجرة على مسافة نحو 1,2م فوق سطح الأرض. ويميل المجرى دائريًا ويشمل نحو نصف محيط الجذع. ويعلق النقار في أسفل القطع مزرابًا معدنيًا، ويضع تحته كوبًا صغيرًا. وتتسرب العصارة اللبنية من القطع وتمر في المجرى إلى أسفل خلال المزراب، ويوجه المزراب العصير قطرة قطرة إلى الكوب. ويعمل كل نقار في نحو 350 شجرة في دورة واحدة ويستغرق ذلك العمل نحو ثلاث ساعات. ويقوم النقار بعد الانتهاء من نقر الشجرة الأخيرة بعمل دورة ثانية لتجميع العصارة اللبنية. ويبلغ إنتاج الشجرة الواحدة من العصارة اللبنية ملء كوب شاي. ويفرغ النقار الأكواب فى دلو كبير ويُحمَل إلى أماكن التجميع المركزية في المزرعة، ومنها ينقل إلى المصنع لمعالجته وتحويله إلى سائل العصارة أو إلى مطاط جاف.
وتُنقر الأشجار في بعض المزارع مرة كل يومين، بينما ينقر مزارعون آخرون الناتج كل يوم لمدة خمسة عشر يومًا أخرى، ثم يعطون الشجرة راحة لمدة خمسة عشر يوماً. ويكشط العامل في كل عملية تجميع شريحة رقيقة من الجزء الأسفل للمجرى بجوار طبقة النسيج الإنشائي. ولايقطع النقار في طبقة النسيج الإنشائي لأن القطع العميق الذي يصل إلى الخشب يؤذي الشجرة. ويصل المجرى إلى الأرض بعد نحو ثلاث أو أربع سنوات، وعندئذ يبدأ النقار في قطع القلف في الاتجاه المقابل من جذع الشجرة. وفي الوقت الذي يصل فيه المجرى الثاني إلى الأرض، يكون القلف قد نما مرة ثانية في المجرى الأول، ويكون جاهزًا للنقر مرة أخرى.
يبدأ العمال بنقر الأشجار بعد نحو خمس إلى سبع سنوات من زراعتها، ولكن الأشجار الصغيرة لا تعطي كمية كبيرة من المطاط مثل إنتاجها فى عامها العاشر، عندما يكتمل نموها. وتنتج أشجار المطاط طاقتها الكاملة من العصارة اللبنية لنحو من خمسة وعشرين إلى ثلاثين عاماً. وينمو حوالي مائتين وخمسين شجرة في الهكتار الواحد، وتنتج كل شجرة كاملة النمو من 4 - 15 لترًا من العصارة اللبنية في العام. ويمكن أن ينتج الهكتار الواحد جيد النمو في مزرعة كبيرة أكثر من 2,300كجم من المطاط الخام الجاف في السنة.
العصارة اللبنية الطازجة أثناء تدفقها من شاحنة صهريج إلى راقود في وحدة العمليات. يستخدم المصنع عملية تسمى الترويب لإزالة الشوائب من العصارة اللبنية لتكوين المطاط الخام.
فصل العصارة اللبنية. تصنع أغلب المزارع المطاط الخام من العصارة اللبنية بالتخثير، حيث يصب النقارون العصارة من الدلو إلى خزانات، ويضاف إليها كمية مساوية من الماء. ثم تُصفَّى العصارة اللبنية المخففة بمنخل لإزالة القذارة والقطع الصغيرة من القلف أو الأغصان الصغيرة التى قد تكون سقطت أثناء عملية التجميع. ثم يضاف حمض الفورميك للعصارة اللبنية المصفاة وذلك لإتمام التخثير أو لتشكيل ذرات صلبة. ويجعل الحمض العصارة اللبنية سميكة بنفس الطريقة التي يُخَثر بها الخل اللبن، حيث ترتفع ذرات المطاط إلى سطح السائل وتشكل خثارة من كتلة بيضاء من المطاط الخام.
تصنيع المطاط الخام. يمرِّر العُمال المطاط الخام بين أسطوانات تضغطه وتستخرج منه الماء وتشكله على شكل ألواح. ويُنتج فتات المطاط بآلات خاصة تقطع أو تمزق الألواح إلى فتات ناعم ورطب. ويجفف فتات المطاط في أنفاق هواء ساخن ثم يضغط في عبوات تزن الواحدة منها 34كجم، حيث تشحن إلى السوق.
ألواح المطاط المجعد تُشكَّل بوساطة الأسطوانات التي تخشن وتثني كتلة عجينة المطاط الخام الذي يمر بينها. يُراعى غسل المطاط باستمرار أثناء مروره بالأسطوانات.
وتصنع الألواح المضلَّعة المدخَّنة بوضع المطاط الخام بين الأسطوانات التي تعطي الألواح المظهر المضلَّع. وتعلق الألواح عدة أيام كي تجف في مكان ساخن للتدخين. ويحول الدخان المطاط إلى اللون البني ويقتل العفن والبكتيريا التي قد تتلفه. ثم تضغط الألواح الجافة في عبوات وتشحن للسوق.
يشكل المطاط المجعد الفاتح بتمرير الكتلة المتخثرة بين أسطوانات تُخشِّن الألواح وتثنيها كي تظهر بصورة الورق المجعد السميك، مع مراعاة غسل المطاط باستمرار أثناء مروره بين الأسطوانات. وتعلق الألواح في حجرات تسخين حيث تتحول إلى اللون الأصفر الفاتح أثناء تجفيفها. وتحتفظ الألواح بهذا اللون إذا تمت إضافة مادة حافظة كيميائية إلى العصارة اللبنية. ويضع العمال الألواح المجعدة ذات اللون الفاتح في عبوات للشحن. ويستخدم المطاط المجعد غالبًا في صنع نعال الأحذية. وينتج المطاط المجعد الكهرماني والمطاط البني والمطاط المسطح من الألواح منخفضة الجودة التي لم تحضر بعناية.
وكانت الطريقة القديمة لتصنيع المطاط الخام تتم بتجفيف العصارة اللبنية على نار مليئة بالدُّخان. ومازالت هذه الطريقة تنتج الكميات الصغيرة من المطاط الذي يوجد في السوق على هيئة كرات كبيرة سوداء تسمى البسكويت. ولتشكيل البسكويت يغمس العامل مجدافًا خشبيًا في العصارة اللبنية الطازجة، ويمسك به فوق نار مدخنة. وبعد أن تجف العصارة اللبنية في الحرارة والدخان، يعيد العامل غمس المجداف وتدخن طبقة جديدة، وتكرر عملية الغمس والتجفيف مرات عديدة حتى يتشكل بسكويت كبير من المطاط الخام.
العصارة اللبنية المعالجة. قد لاتتخثّر العصارة اللبنية جميعها في المزارع في بعض الأحيان، حيث يضع العمال جزءاً من العصارة اللبنية الطازجة في آلات تسمى الفاصلات، مشابهة لتلك التي تستخدم في معامل الألبان لفصل القشدة عن الحليب. وتزيل هذه الآلات جزءاً من الماء من العصارة اللبنية. ويحفظ النشادر أو المواد الحافظة الأخرى المضافة العصارة اللبنية من التخثر والتلف. ويُرسل سائل العصارة المحفوظ إلى السوق في أسطوانات أو صهاريج. ويستخدم صانعو المطاط العصارة اللبنية المحفوظة لصنع منتجات مثل قفازات الجراحة والسجاد الرغوي والأنابيب والخيط المرن وتنجيد الأثاث.
تصنيع منتجات المطاط
يحصل المصنعون على بالات من المطاط الجاف من المزارع ومن مصانع إنتاج المطاط الاصطناعي. وتأتي العصارة اللبنية في صهاريج كبيرة على سفن أو في صهاريج الشّاحنات. ويعالج المصنعون المطاط الطبيعي والاصطناعي عادة بالطريقة نفسها إلى حدكبير، على الرغم من أن العصارة اللبنية في الحالتين تتطلب خطوات مختلفة.
التلدين. تجري هذه العملية على المطاط الجاف فقط، وهي مجموعة من المعالجات التي تجعل المطاط الجاف لينًا وأكثر تلدُّنًا أو أسهل في الصوغ والتشكيل.
يقطع العمال أولاً العبوات الكبيرة إلى شرائح على شكل أجزاء صغيرة من المطاط حتى يمكنهم التعامل معها بسهولة. ويغسل المطاط الطبيعي من الدرجة المنخفضة غسيلاً تامًا في آلة مثل العَصَّارة تسمى معصرة الغسيل. ثم توضع شرائح المطاط في معصرة الخلط وآلات أخرى تجعلها عجينية أو لينّة وتحولها إلى ما يشبه كتلة العجين.ويُلدن المصنعون المطاط بسرعة أكبر بتسخينه وإضافة مواد تسمى الملدنات والملينات. وتشمل آلات التلدين : 1- معاصر اللف 2- الخلاطات الداخلية 3- الملدنات.
معاصر اللَّف. تتكون معاصر اللَّف عادة من أسطوانتين تدوران كل في اتجاه الأخرى بسرعات مختلفة. وتمرر شرائح المطاط بين الأسطوانات، فيعصر ضغط الأسطوانات الشرائح ويسطحها على شكل لوح عجيني يمكن أن يلتصق بالأسطوانات بطيئة الحركة. ثم تقطع الألواح، وهذا يعني مضاعفة عددها على الأسطوانات التي تجعل من الممكن إعادة تشكيل المطاط عدة مرات حتى يصل إلى درجة التليين المطلوبة.
الخلاطات الداخلية تعمل بسرعة أكبر من معاصر اللَّف وتلدن دفعات كبيرة. ويوجد نوع من الخلاطات الداخلية يسمى خلاط بانبيري يعمل بطريقة مشابهة لمعاصر اللف، ولكن الأسطوانتين تدوران داخل غرفة مغلقة حيث يعجن المطاط. ويوجد في كل أسطوانة حافة ذات شكل لولبي على طول سطحها، بدلاً من أن يكون أملس. ويتم في هذه الحالة تعجين المطاط بطريقتين 1- بوساطة الأسطوانتين بينما يمر المطاط بينهما 2- بوساطة الحافة ذات الشكل اللولبي على سطح الأسطوانة، وذلك عندما يُضغط المطاط على حائط الغرفة. وهي تعمل بشكل كبير مثل الخلاط الذي يستخدمه الخباز لصنع العجين.
الملدنات تعمل بالطريقة نفسها التي تعمل بها مفرمة اللحوم، وتحتوي كل منها على غرفة كبيرة على شكل برميل، تطوق أسطوانتين بهما سن لولبي، أو مجرى حلزوني، وتسمى الأسطوانة القلاووظ. وعندما يدور القلاووظ ينتج شريحة مستمرة من المطاط بين سن اللولب والجزء الداخلي من الأسطوانة.
التركيب والخلط. يعني التركيب إضافة كميات محدودة من العناصر المختلفة بعناية لتلدين المطاط. وتساعد وصفة التركيب في التحكم في المرونة والمقاومة والمواصفات الأخرى للمنتج النهائي. وتستخدم العناصر الرئيسية الآتية في تركيب المطاط الجاف 1- الكبريت 2- المعجلات 3- الأصباغ 4- مضادات التأكسد 5- المطاط المستصلح 6- المواد المالئة.
الكبريت يستخدم عامة عنصرًا رئيسيًا للقيام بعملية الفلكنة، التي تتم بعد ذلك أثناء تصنيع المطاط.
المعجلات تضاف للمطاط للإسراع بعملية الفلكنة، كما أنها تحسن أيضًا مواصفات المنتج النهائي، وتساعد على جعله متماثلاً كليًا.
الأصباغ. تُستخدم مواد كيميائية مختلفة مثل الكربون الأسود، لتقوية المطاط ورفع مقاومته للبلى. انظر: الكربون.
مضادات التأكسد تحمي المطاط من التغيرات الكيميائية ومن التأثيرات الضارة للحرارة وضوء الشمس والهواء، كما أن بعض المواد الكيميائية تمنع الشروخ الناتجة من تأثير الأوزون والأكسدة. انظر: الأكسدة؛ الأوزون.
المطاط المستصلح يُحْصَل عليه بمعالجة مخلفات المطاط، مثل الإطارات القديمة، بالحرارة والمواد الكيميائية. وتجعل هذه المعالجة مركبات المطاط لينة كما تجعل التعامل معها سهلاً. وهكذا يمكن إعادة تشكيلها في المعاصر والآلات الأخرى. وبذلك يمكن إعادة عملية الفلكنة عليها. ويستخدم المطاط المستصلح بديلاً عن المطاط الخام.
المواد المالئة تضاف للمطاط الجاف لزيادة حجمه ولصنع منتج قوي وأكثر مرونة. وتسهل المواد المالئة المحايدة أو الخاملة ـ مثل الصلصال ـ التعامل مع المركب، ولكنها لاتزيده قوة.
القطع الصغيرة المغسولة من المطاط تجفف في المصنع بوساطة مجفف باثق (أعلى). يُعبأ المطاط الجاف ويُضغط في عبوات للشحن إلى مصنّعي المطاط.
التشكيل. يستخدم المصنعون عدة طرق لتشكيل المطاط إلى منتجات نهائية، وهي تشمل 1- التمليس 2- البثق 3- القولبة 4- الغمس.
التمليس يعني إمرار المطاط بين أسطوانتين وتحويله إلى ألواح. ويتم ذلك في آلة تحتوي على أسطوانتين إلى خمس أسطوانات مركبة كل واحدة فوق الأخرى. وتحمل آلة الصقل المطاط من الأسطوانات السفلى للأسطوانات العليا. ويمر المطاط بين كل زوج من الأسطوانات التي تدور حيث تضغطه إلى ألواح مستمرة وهي تخرج من الأسطوانة السفلى. ويمرر بخار ماء أو ماء بارد بين الأسطوانات لضبط درجة الحرارة. وإذا كانت الأسطوانات ساخنة جدًا، تظهر في ألواح المطاط فقاقيع، أما إذا كانت الأسطوانات باردة جدًا، فتصبح الألواح خشنة جدًا. ويضبط العمال المسافة بين الأسطوانات لتشكيل ألواح رقيقة بسمك يصل إلى 0,025ملم، أو سميكة تصل إلى 5ملم، ثم يقطعون الألواح إلى مقاسات وأشكال مختلفة، أو يضعون الألواح في طبقات في صفوف متراصة توطئة لصناعة منتجات كثيرة. وتشمل هذه المنتجات مطاط أرضية الحجرات ولعب الأطفال وأغطية الأسرَّة وبنطلونات الأطفال والبضائع الآلية مثل شرائط التغليف والحلقات والأقراص.
البثق يُعَدُّ الخطوة الأخيرة في تشكيل بعض منتجات المطاط. وكلمة بثق تعني الدفع للخارج، حيث تدفع الآلات الأنبوبية المطاط اللَّين خلال ثقب، وهي تشبه إلى حد ما ضغط معجون الأسنان من الأنبوب. ويعتمد شكل المطاط بعد البثق على شكل الثقب الذي يُدفع خلاله. وتشمل منتجات البثق خراطيم الماء والأنابيب الداخلية وشرائط المطاط المستخدمة فى أبواب الثلاجات والزجاج الأمامي للسيارات. وتتم فلكنة منتجات البثق بعد تشكيلها.
القولبة. تنتج عملية التشكيل بالقولبة نعال وكعوب الأحذية والإطارات المطاطية وقوارير الماء الساخن والفرش وأجزاء من المطاط الصلد والمنتجات الصناعية مثل الحشية. ويجهز العمال أجزاء من المطاط بالمقاس والشكل التقريبي للمنتج النهائي. ثم يضعون تلك الأجزاء في قوالب تم تشكيلها في صورة المنتج النهائي. وتشكل الكثير من المنتجات بهذه الطريقة كما أنها تتفلكن في الوقت نفسه، ويأخذ المطاط الشكل الدقيق للقالب الذي وضع فيه وذلك أثناء عملية الفلكنة.
الغمس يستخدم في صنع المنتجات من العصارة اللبنية السائلة فقط. وتشمل المنتجات القفازات المطاطية وبالونات لعب الأطفال. ويغمس العمال القوالب المصنوعة عادة من فلز أو زجاج أو سيراميك في أحواض العصارة ثم يجفف القالب عند درجات حرارة منخفضة. ويتم عمل طبقات عديدة على القالب بتكرار هذه العملية.
الفلكنة. هي عادة آخر خطوة في تجهيز المنتج النهائي. وتعمل الَفَلْكَنة على رفع مقاومة المطاط وصلادته ومرونته وذلك بمعالجته بالحرارة وعوامل الفلكنة مثل الكبريت. وتسبب الحرارة، أثناء الفلكنة، اتحاد الكبريت مع المطاط ومعالجته، ويجعل ذلك المطاط أقوى وأكثر تحملاً. وبوجه عام، كلما زادت كمية الكبريت المضاف، أصبح المركب المفلكن أكثر صلابة. ويتفلكن المركب المحتوي على ثلث حجمه من الكبريت والثلثين من المطاط مكونًا الأبونيت أو المطاط الصلد. ويستخدم المصنعون فوق أكسيد البترويل بدلاً من الكبريت لفلكنة المطاط السليكوني. ويوجد الكثير من عوامل الفلكنة الأخرى مثل التلوريوم والسيلنيوم، ومركبات بنزين معينة. وهذه العوامل نادرًا ما تستخدم تجاريًا لأن سعرها أعلى من الكبريت.
ويمكن أن تستغرق الفلكنة بضع دقائق أو عدة ساعات. وتحتاج المنتجات الصغيرة مثل اللعب ونعال الأحذية إلى فترة تتراوح بين 5 و 7 دقائق، ولكن المنتجات الكبيرة مثل الإطارات تستغرق ما بين 45 و 60 دقيقة. وتفلكن المركبات التي تحتوي على المعجلات والكبريت أسرع من المركبات التي تحتوي على الكبريت فقط. ويقوم المصنعون بفلكنة المنتجات وتشكيلها في الوقت نفسه بتسخين القوالب تحت الضغط. وتفلكن منتجات البثق والألواح في وعاء قليل العمق، في غرف تحتوي على هواء ساخن أو بخار. أما منتجات الغمس فتفلكن في الماء الساخن والهواء الساخن أو بالبخار وهي في القوالب. كما تفلكن المنتجات الرغوية في قوالبها وفي غرف بخار الماء أو في ماء يغلي.
المطاط الإسفنجي يمكن تصنيع المطاط الإسفنجي من المطاط الجاف أو العصارة اللبنية. وينتج النفخ نوعًا واحدًا من المطاط الإسفنجي من المطاط الجاف. وأثناء الفلكنة تتحول المواد الكيميائية التي تمت إضافتها إلى غاز وتنفخ فقاقيع صغيرة جدًا من الهواء في مركب المطاط، وعندما يتحول المنتج إلى صورة رغوية في القالب تكون الفقاقيع قد حصرت فيه. ويمكن أن يكون المطاط الإسفنجي الذي تم نفخه صلبًا أو لينًا.
والمطاط الرغوي نوع من المطاط الإسفنجي، ويصنع بتسليط الهواء في العصارة اللبنية، ويشبه لدرجة كبيرة خفق الطباخ للهواء فى بياض البيض. وتتم الفلكنة بعد أن يتجمد المطاط الرغوي في القوالب. ويحتوي المطاط الرغوي على ملايين الخلايا الصغيرة جدًا المملوءة بالهواء. وتحتوي بعض الأنواع على تسعة أعشار حجمها من الهواء والعُشر فقط مطاط. ويستخدم المطاط الرغوي في مواد التنجيد والشرائط الرغوية في التطبيقات الجراحية.
المطاط الاصطناعي
المطاط الاصطناعي يُصْنَع من خلط مواد كيميائية لإنتاج العصارة اللبنية التي تشبه العصارة الطبيعية. وينتج المصنعون بعض المطاط الاصطناعي على هيئة هشة (أعلاه). ويعمل المطاط الاصطناعي بصورة أفضل من المطاط الطبيعي في كثير من النواحي.
تصنع المواد المشابهة للمطاط من المواد الكيميائية، ويسمَّى ذلك باسم المطاط الاصطناعي نظرًا لأنه يُسْتخدم بديلاً للمطاط الطبيعي. ويستخدم الكيميائيون كلمة مرن لأي مادة يتضاعف طولها لعدة مرات عن طريق المط، بما في ذلك المطاط، وترجع إلى شكلها الأصلي بعد إزالة المؤثر الخارجي.
ويصنف المصنعون المطاط الاصطناعي إلى نوعين: مطاط للأغراض العامة ومطاط للأغراض الخاصة. ومطاط الأغراض العامة له استخدامات كثيرة، بينما مطاط الأغراض الخاصة ذو استخدامات محدودة نظرًا لما يتطلبه من مواصفات محددة، مثل المقاومة للنفط والوقود والهواء ودرجات الحرارة القصوى.
المطاط الاصطناعي للأغراض العامة. أهم مطاط في هذه المجموعة هو مطاط الإستيرين ـ البوتاديئين (S B R)، ويتكون عادة من نحو ثلاثة أجزاء بوتاديئين وجزء واحد إستيرين. ويُصّنع البوتاديئين في صورة غازية من النفط، ويجب أن يضغط أو يكثف إلى حالة سائلة لاستخدامه فى صناعة المطاط. أما الإستيرين فهو سائل يصنع من قطران الفحم أو النفط.
يصل الإستيرين والبوتاديئين عادة إلى مصانع المطاط الاصطناعي في صهاريج. وفي بعض الأحيان يتم ضغطهما في أنابيب من المصانع التي تنتجهما إلى مصانع إنتاج المطاط. وتضخ كميات محددة من الإستيرين والبوتاديئين في أحواض كبيرة تحتوي على خليط من الصَّابون والماء، ويسخن أو يبرد الخليط حسب نوع مطاط الإستيرين ـ البوتاديئين الذي يتم تصنيعه. وتسبب المادة الحفازة اتحاد الإستيرين والبوتاديئين معًا، انظر: الحفز. وتتحول المكونات تدريجيًا، وبالتحريك، إلى سائل أبيض لبني يسمى أيضًا العصارة اللبنية، والتي تشبه إلى حد كبير العصارة اللبنية الطبيعية.
كيف يصنع المطاط الاصطناعي يصنع معظم المطاط الاصطناعي من البوتاديئين، وهو غاز؛ والإستيرين، وهو سائل. تتحد هذه المواد الكيميائية مع محلول الصابون. وبعد ذلك تخضع لعملية تسمى البلمرة، لتشكيل العصارة اللبنية. ويضاف مقاوم التأكسد لمنع العصارة اللبنية من الانحلال. ثم تخلط العصارة اللبنية بالأحماض والأملاح في المخثر ليشكل المطاط. ويغسل المطاط، ويقطع إلى أجزاء صغيرة، ويجفف، ويوضع على هيئة بالات.
يضخ العمال العصارة اللبنية إلى حوض آخر حيث يضاف إليه مضاد التأكسد. وتضاف الأحماض والأملاح إلى العصارة في حوض ثالث يسمى المخثر، وفيه تخثر الأملاح والأحماض العصارة اللبنية، ويتكون المطاط في صورة كتل تطفو فوق السائل. وتزيل عملية غسيل كتل المطاط المواد الكيميائية الزائدة. ويمكن أن تُحزم الكتل بعد التجفيف على هيئة كميات صغيرة غير متماسكة أو تكبس في عبوات من المطاط الجاف.
ويمكن أيضًا تجهيز مطاط الإستيرين ـ البوتاديئين في محلول الهيدروكربون حيث تؤدي الحفازات الفلزية إلى حدوث التفاعل بين البوتاديئين والإستيرين لإنتاج مطاط الإستيرين ـ البوتاديئين. ويُسترجع المطاط بعد ذلك من المحلول بتبخير المذيب.
المطاط الاصطناعي للأغراض الخاصة. يتأثر المطاط الطبيعي عند تعرضه للزيوت والنفط وأشعة الشمس والهواء بينما يقاوم المطاط الاصطناعي أو مطاط الإستيرين ـ البوتاديئين ذلك كله. ويوجد أيضًا نوعيات مختلفة من مطاط الأغراض الخاصة ذات مقاومة كبيرة للحرارة والبرودة. وعلى الرغم من أن أسعارها أعلى من المطاط الطبيعي أو مطاط الإستيرين ـ البوتاديئين إلا أن صفاتها الخاصة تجعلها تستحق هذا الفرق في السعر. ويشمل مطاط الأغراض الخاصة: 1- مطاط البوتيل 2- مطاط سيز متعدد الإيزوبرين 3- مطاط النيوبرين 4- مطاط النتريل 5- مطاط متعدد الكبريتيد 6- مطاط متعدد اليورثان 7- مطاط السليكون 8- مطاط الإثيلين ـ البروبيلين 9- مطاط الكربون الفلوري 10- المطاط اللدائني الحراري.
مطاط البوتيل يحتفظ هذا المطاط بالهواء والغازات أحسن بكثير من المطاط الطبيعي، ولهذا فهو يستخدم في الأنابيب الداخلية وفي تبطين الإطارات اللاأنبوبية. ويقاوم مطاط البوتيل البلى والحرارة والتأثيرات الضارة للأحماض ولايوصل الكهرباء بسهولة. والعنصران الرئيسيان لمطاط البيوتيل هما غاز الإيزوبتيلين وسائل الإيزوبرين، والاثنان من منتجات النفط الثانوية.
المطاط سيز متعدد الإيزوبرين. يمكن لهذا المطاط أن يلغي اعتمادنا على المزارع البعيدة للمطاط الطبيعي، نظرًا لأن تركيبه الكيميائي هو تركيب المطاط الطبيعي نفسه تقريبًا، بالإضافة إلى أنه يعمل بصورة جيدة مثل المطاط الطبيعي في منتجات مثل إطارات الشاحنات الثقيلة وحوامل المحركات الكبيرة. وقد تم تطوير أنظمة حفازة جديدة لإنتاجه.
مطاط النيوبرين. يقاوم هذا المطاط الأكسجين وضوء الشمس والنفط والبترول والمواد الكيميائية الأخرى بطريقة أفضل من مقاومة المطاط الطبيعي. وتشمل استخداماته الرئيسية صناعة خراطيم البترول وعوازل الأسلاك والكبلات الملامسة للنفط وحشيات موانع تسرب الزيت أو الغاز.ويصنع مطاط النيوبرين من غاز الإستيلين، والذي ينتج من عملية تكرير النفط. انظر: الأسيتيلين.
مطاط النتريل. يمتاز هذا المطاط بمقاومته العالية لتأثيرات البترول الضارة والشحم والزيت والشمع والمذيبات، ويتحمل الحرارة حتى 177°م. وهو أفضل بكثير من المطاط الطبيعي وأغلب أنواع المطاط الاصطناعي. ويستخدم مطاط النتريل في صناعة خراطيم البترول والورق ومنتجات الجلد وأنواع كثيرة من الملابس. ويحتوي مطاط النتريل على نسب مختلفة من البوتاديئين والأكريلونتريل. ويحصل على الأكريلونيتريل من التفاعل الكيميائي للبروبيلين والأكسجين والنشادر.
المطاط متعدد الكبريتيد. يمتاز هذا المطاط مثل الثايوكول بمقاومة جيدة غير عادية للتطرية والزيادة في الحجم عند تعرضه للبترول والشحوم. ويقاوم أيضًا عوامل البِلَى والهواء وضوء الشمس. ويستخدم المطاط متعدد الكبريتيد أساسًا في تبطين خراطيم البنزين وألواح الطبع والأسطوانات. وتشمل العناصر الرئيسية للمطاط متعدد الكبريتيد: ثاني كلوريد الإثيلين ومتعدد كبريتيد الصوديوم.
المطاط متعدد اليورثان. يقاوم هذا المطاط البلى والحرارة ويتحمل الإجهادات الكبيرة والضغوط. ويمكن تصنيعه بدرجة متانة عالية لدرجة أنه يصمد أكثر من المطاط الطبيعي عند استخدامه مادة للإطارات. ويستخدمه المصنعون بكميات كبيرة أساسًا في مواد التنجيد والفرش المصنوعة من المطاط الرغوي ومواد العزل. ويأتي مطاط متعدد اليورثان في أنواع مختلفة كثيرة، من المرن إلى الصلب، ومن الكثيف إلى الخفيف. وتشمل عناصر المطاط متعدد اليورثان الإثيلين والبروبيلين والجليكول وحمض الأديبيك، وثاني آيزوسيانات.
مطاط السليكون. يحتفظ هذا المطاط بخواصه المطاطية عند درجات حرارة أعلى وأقل بكثير من درجات الحرارة التي يمكن أن يتحملها المطاط الطبيعي أو أي نوع آخر من المطاط الاصطناعي، ولذا يمكن استخدامه في مدى درجات حرارة تتراوح بين (-90°م) و (316°م). وفي هذا المدى من درجات الحرارة تصبح أنواع المطاط الأخرى هشة وعديمة الجدوى. ويستخدم المصنعون مطاط السليكون في منتجات مثل مانع التسرب والحشية وأجزاء الطائرات النفاثة والآلات المعرضة لدرجات الحرارة العالية، ويصنع مطاط السليكون من الأكسجين والسليكون، مع إضافة هيدروكربون إلى السليكون.
مطاط الإثيلين- البروبيلين. يستخدم على نطاق واسع في صناعة السيارات. ويمتاز هذا المطاط بمقاومة ممتازة للأكسجين والأوزون، ومقاومة خاصة لدرجات الحرارة المرتفعة، ويصنع من الإثيلين والبروبيلين رخيصي السعر نسبيًا.
مطاط الكربون الفلوري. يتميز هذا المطاط بمقاومة ممتازة لسوائل النفط ودرجات الحرارة العالية. وهو يصنع من المركبات العضوية المفلورة، ويعتبر أغلى من أغلب أنواع المطاط الأخرى.
المطاط اللدائني الحراري. يجمع هذا المطاط بين قوة المطاط المفلكن وقابلية المعالجة التي تتميز بها اللدائن، ويستخدم فى منتجات مثل نعال الأحذية وأجزاء السيارات والمواد اللاصقة.
كيمياء المطاط
كيمياء المطاط الطبيعي. شكل كيمياء المطاط الطبيعي تحديًا للعلماء. وتتمثل التحديات في الأسئلة الكثيرة التي تحتاج إلى إجابات. منها : لماذا تجعل الفلكنة المطاط أكثر قوة؟ وهل يمكن إنتاج المطاط اصطناعيًا؟ واكتشف الكيميائي والفيزيائي الإنجليزي مايكل فارادي عام 1826م أن المطاط هيدروكربون، وعليه فهو ينتمي إلى عائلة كبيرة من المواد تتكون من الهيدروجين والكربون. وتشمل الهيدروكربونات الأخرى المعروفة البترول وزيت المحركات والغاز الطبيعي وزيت التربنتين. وهذا يفسر لماذا تصنع أنواع المطاط الاصطناعي الكثيرة من منتجات النفط. انظر: الهيدروكربون.
جزئ الأيسوبرين
وفي عام 1860م قام إنجليزي آخر هو جريفيل وليمز، بتسخين بعض المطاط وحصل على سائل بدون لون أسماه الأيسوبرين. ويحتوي كل جزيء أيسوبرين على 5 ذرات من الكربون و 8 ذرات من الهيدروجين (C5H8). وتوجد الذرات في جزيء الأيسوبرين في نمط محدد دائمًا، حيث تشكل أربعٌ من ذرات الكربون سلسلة، بينما تتفرع ذرة الكربون الخامسة من إحدى ذرات الكربون في السلسلة. وتحيط ثلاث ذرات هيدروجين ذرة الكربون الخامسة لتشكل مجموعة الميثيل. وتوضح الرموز الكيميائية التالية ترتيب خمس ذرات كربون (الموضحة بالرمز C) وثماني ذرات هيدروجين (الموضحة بالرمز H) في جزيء الأيسوبرين.
يتم وصل الآلاف من جزيئات الأيسوبرين الصغيرة جدًا معًا في المطاط الطبيعي، لعمل جزيء ضخم في صورة سلسلة هو جزيء المطاط. ويسمي الكيميائيون جزيئات هذه السلسلة البوليمرات، وتعني أجزاء كثيرة، ويطلقون على الجزيء الواحد مثل الأيسوبرين المونومر (الأحادي الحد).
ويوضح التركيب الخاص لسلسلة بوليمر المطاط لماذا يكون المطاط مرنًا، حيث تطوى جزيئات البوليمر للمطا
وللمطاط فوائد خاصة وذلك لأسباب عديدة. فهو يَحْبِس الهواء ولا يمتص الرطوبة، ولا يوصل الكهرباء بسهولة، ولكن أهميته الخاصة تكمن في مرونته. فعندما تشد شريطًا مطاطيًا ثم تتركه، فإن مرونته تجعله يعود بسرعة إلى شكله الأصلي. وتقفز الكرة المطاطية للسبب نفسه؛ وهو قابلية العودة إلى الشكل الأصلي. ويمتص كعب الحذاء المطاطي الصَّدمة عندما تمشي، نظراً لمرونته.
ويعتمد الناس في حياتهم كثيراً على المطاط، ويصعب أن نتصوَّر أي تقدُّم أو تطور بدونه. وهو في هذا يختلف عن كثير من المواد الأخرى. فعندما تفتقر لإحدى المواد فإنه يمكن أن تستبدل بها مادة أخرى، حيث يمكن بناء المنزل باستخدام مواد مثل الخشب أو الطوب أو الحجر أو الخرسانة أو الزجاج أو الفلزات. ويمكن صنع الملابس من القطن أو الحرير أو الصوف أو من خيوط أخرى.
ولكن ماذا عن إطارات السيارات أو الحافلات؟ إن الإجابة عن هذا السؤال هي أنه من الصعب جداً تصنيعها من أي شيء غير المطاط. فلا يوجد شيء آخر مرن ومانع لتسرب الهواء ومقاوم (يصمد) للماء، ويمتص الصدمات، ولايبلى بسرعة غير المطاط.
يُنْتَجُ من المطاط ما بين 40,000 و50,000 منتج. فعلى سبيل المثال، يوجد في السيارة حوالي 600 جزء مصنّع من المطاط. وتستخدم بعض السيارات، بطبيعة الحال، أجزاء من المطاط أقل من ذلك، ويستخدم بعضها أجزاء أكثر. وتستخدم في الشاحنات والحافلات فى الوقت الراهن نوابض وسحابات مصنوعة من المطاط بدلاً من الفولاذ.
استخدامات المطاط
إنتاج الإطارات يعتبر المستهلك الرئيسي لأغلب مطاط العالم. وتحتوي أغلب الإطارات على كلًّ من المطاط الطبيعي والاصطناعي، ونسبة المطاط الطبيعي مقارنة بالمطاط الاصطناعي عالية في الإطارات الكبيرة، أما إطارات السيارة فتحتوي على نسبة أكبر من المطاط الاصطناعي.
يُسْتَخْدَم أكثر المطاط في صناعة الإطارات والأنابيب، المستخدمة في السيارات والطائرات والدراجات والحافلات والشاحنات والجرارات وآلات التشييد. ويستخدم المطاط أيضًا في المنتجات الميكانيكية مثل الحشية وأجهزة منع التسرب والسيور (الأحزمة) وأسطوانات الطباعة.
ويستخدم المصنعون المطاط في عمل المآزر التي لا تتأثر بالماء، والأحذية والمعاطف الواقية من المطر، والقفازات والقبعات، ويضاف إلى الملابس والمنسوجات المنزلية لإكسابها مرونة عالية. وتشمل منتجات المطاط الصلد: أمشاط الشعر وصناديق البطاريات، كما يستخدم الأطباء المطاط في صورة قوارير الماء الساخن وأكياس الثلج والمحاقن والأشرطة المرنة وقفازات الجراحة. وتحتوي أجهزة السمع وخيام الأكسجين وكثير من أنواع المعدات الأخرى على أجزاء مصنعة من المطاط.
ويلبس السباحون ملابس الاستحمام وأغطية الرأس المصنوعة من المطاط، كما أنهم يستخدمون أيضًا النظارات وسدادات الأذن المطاطية، ويأخذون حمامات الشمس على ألواح من المطاط. وتُلعب كثير من أنواع الرياضة بكرات من المطاط، تتراوح في المقاس بين كرات الجولف الصغيرة وكرات شاطئ البحر الكبيرة. وتشمل منتجات المطاط الأخرى الخيوط وسدادات الزجاجات ولعب الأطفال وحلقات الأواني الزجاجية والشرائط المرنة والدهانات ذات الأساس المطاطي.
وتساعد التجاويف الهوائية في المطاط الإسفنجي والرغوي على مرونته. ويستخدم المصنعون هذه الأنواع من المطاط في الوسائد والمراتب وحشو التنجيد، كما تستخدم طبقة من المطاط الرغوي في بعض الأحذية بمثابة مادة عازلة يبطن بها جلد الحذاء للوقاية من البرد.
ويمكن استخدام الإسمنت المطاطي في لصق أجزاء الورق معًا، مع إمكانية فصل الأجزاء بعضها عن بعض مرة أخرى. ويتكون الإسمنت المطاطي من محلول من المطاط الطبيعي الخام مذاب فى مذيب كيميائي، حيث يتبخر المذيب ويُثبت المطاط اللزج أجزاء الورق معًا.
تطـور المطاط
المستعملون الأصليون للمطاط هم هنود المايا وهنود أمريكا اللاتينية الآخرون. فقد صنعوا الأحذية المطاطية بوضع العصارة اللبنية على أقدامهم وتركها حتى تجف.
الاستخدامات الأولى. عندما وصل المكتشفون الأوروبيون الأوائل إلى أمريكا الوسطى والجنوبية، شاهدوا الهنود يلعبون بكرات مصنوعة من المطاط. وطبقًا لرواية مؤرخ أسباني قديم، فإن كريستوفر كولمبوس وجد الهنود في هاييتي يستخدمون كرات مصنوعة من صمغ شجرة، ولكن شك المؤرخون فيما بعد في هذا التفسير نظرًا لأن الرواية السابقة قد كتبت بعد أكثر من مائة عام من رحلة كولمبوس.
وعرف المكتشفون أن الهنود يصنعون أحذية مقاومة للماء من العصارة اللبنية ـ وهي سائل أبيض لبني يُحصل عليه من شجرة المطاط. وقد صنع الهنود الأحذية بوضع العصارة اللبنية على أقدامهم وتركها حتى تجف، كما صنع الهنود أيضًا قوارير مقاومة للماء بوضع طبقة رقيقة من هذه العصارة على قالب من الطين يأخذ شكل قارورة، وتجفيف العصارة على النار ثم إزالة الطين بالماء.
ويسمي هنود جنوب أمريكا شجرة المطاط كاهوتشو وتعني الخشب الباكي. فقد جعلهم تسرب نقاط من العصارة اللبنية من قلف الشجرة يفكرون في الدموع البيضاء الكبيرة. وقد جمع المكتشف الفرنسي، تشارلز ماري دي لاكوندامين عينات من العصارة اللبنية الصلدة في بيرو عام 1735م، وأخذها معه إلى فرنسا. وأطلق الفرنسيون على المادة الجديدة اسم كاوتشوك، وهو النطق الفرنسي للاسم الهندي كاهوتشو. وتُستخدم هذه الكلمة بطرائق رسم مختلفة في أغلب الدول الأوروبية. وفي عام 1770م، اكتشف الكيميائي الإنجليزي جوزيف بريستلي ممحاة من المطاط لإزالة علامات القلم الرصاص.
بداية صناعة المطاط. وجد العلماء في نهاية القرن الثامن عشر الميلادي أن العصارة اللبنية الصلدة تذوب في زيت التربنتين منتجة سائلاً مقاومًا للماء يستخدم في الملابس. وصمم المخترع الإنجليزي توماس هانكوك في عشرينيات القرن التاسع عشر الميلادي ما أسماه آلة التنظيف لعجن قطع صغيرة من المطاط وتحويلها إلى كتل جامدة، وقادت اختراعاته وتجاربه إلى تطور العمليات التي تجري على المطاط في هذه الأيام.
بدأ تشارلز ماكنتوش ـ وهو كيميائي أسكتلندي ـ في عام 1823م، تصنيع معاطف المطر ماكنتوش التي أصبحت مشهورة عالميًا. وقد صُنعت المعاطف بوضع طبقة من المطاط بين طبقتين من القماش. ثم بدأ المصنعون في أوروبا والولايات المتحدة الأمريكية صنع كثير من المنتجات المطاطية، ومنها الشرائط المرنة ومعاطف المطر وخراطيم الماء والأنابيب والأحذية.
الفلكنة اكتشفها تشارلز جوديير عام 1839م. فقد سقط منه خليط من المطاط والكبريت على موقد ساخن أثناء تجربة. ووجد أن الحرارة تقوي المركب.
اكتشاف الفلكنة. كانت منتجات المطاط الأولية تعاني اللزوجة في الطقس الحار كما أنها تصبح جامدة وهشة في الطقس البارد. واكتشف تشارلز جوديير، وهو مخترع أمريكي، عام 1839م، طريقة لتقوية المطاط وجعله أكثر مقاومة للحرارة والبرودة. فقد تصادف أن سقط من جوديير خليط كبريت ـ مطاط يحتوي على عناصر أخرى ـ على موقد ساخن، بينما كان يجري تجاربه. ونتيجة لذلك فقد نضج مركّب المطاط بالحرارة واحتفظ بقوامه وقوته عند درجات الحرارة العالية والباردة، وأطلق على عملية تسخين خليط الكبريت ـ المطاط اسم الفلكنة. واستطاع المصنعون باستخدام المطاط المفلكن التوصل لمنتجات موثوق بها. كما نمت صناعة المطاط بسرعة، وأصبح المطاط المفلكن مرنًا، ولايسمح بنفاذ الماء والهواء بين الأجزاء المتحركة في الآلات.
أولى المزارع. في البداية استخدم المصنعون المطاط البري فقط، وحصلوا على كمية كبيرة منه من وادي الأمازون في البرازيل. والمصدر الآخر كان من الشجر المتسلق في إفريقيا الذي يثمر العصارة اللبنية. وقام عالم النبات هنري ويكهام عام 1876م، بطلب من الحكومة البريطانية، بأخذ نحو 70,000 بذرة من شجرة المطاط البرازيلي (هيفيا برازيلينزيس) من البرازيل إلى إنجلترا، ونبت منها نحو 2,500 بذرة في البيوت المحمية لزراعة النباتات في حدائق كيو القريبة من لندن. وأخذت النباتات الصغيرة إلى سيلان (سريلانكا الآن) والملايو لإعادة زراعتها في مزارع هناك، وجاءت جميع أشجار مزارع المطاط في الشرق الأقصى تقريبًا من هذه النباتات الصغيرة. وأقام البريطانيون والهولنديون والفرنسيون مزارع للمطاط في إندونيسيا وتايلاند والهند الصينية وبلاد أخرى في الشرق الأقصى.
أوجد اختراع السيارة في أواخر القرن التاسع عشر الميلادي الحاجة الهائلة للمطاط، وقام المزارعون في الملايو وسيلان عام 1905م، بزراعة 40,000 هكتار من أشجار الهيفيا، وهي تقريبًا ضعف الكمية التي قاموا بزراعتها منذ عام 1876م. وبحلول عام 1914م، زاد الإنتاج السنوي من المطاط من مزارع المطاط عن المطاط المنتج من أشجار المطاط البرية. ثم أقيمت المزارع بعد ذلك في إفريقيا وأمريكا الوسطى والجنوبية والفلبين.
الإطارات الهوائية طورها جون دنلوب من بريطانيا عام 1888م. فقد صنع أولا الإطارات المملوءة بالهواء، والتي توفر رحلة هادئة أكثر من الإطارات المطاطية المصمتة، لعجلات الدراجة الثلاثية الخاصة بابنه.
تطوّر المطاط الاصطناعي. ظهرت أهمية المطاط واضحة أثناء الحرب العالمية الأولى (1914 - 1918م). فقد احتاجت الجيوش للسيارات ذات الإطارات المطاطية لحمل الجنود والتموين لجبهة القتال. وانقطعت عن الألمان مصادر المطاط الطبيعي بسبب حصار الحلفاء لها، ولهذا بدأت ألمانيا في تصنيع المطاط الاصطناعي، ولكنهم لم يحققوا النجاح الذي كانوا يأملونه. واستمرت التجارب في إنتاج المطاط الاصطناعي في فترة العشرينيات من القرن العشرين بصفة رئيسية فى كل من ألمانيا والولايات المتحدة الأمريكية.
وعندما بدأت الحرب العالمية الثانية عام 1939م، كانت ألمانيا تُصنِّع نوعين رئيسيين من المطاط الاصطناعي: 1- بونا إس، والذي يصنع من البوتاديئين (غاز) والإستيرين (سائل يصنع من قطران الفحم الحجري والنفط) 2- بونا إن الذي يصنع من البوتاديئين والإكريلونيتريل (وهو سائل يُحْصَل عليه من الأسيتيلين وحمض الهيدروسيانيك). وأنتجت التجارب في الولايات المتحدة الأمريكية قبل عام 1939م، كميات صغيرة من أنواع مختلفة من المطاط الاصطناعي بهدف إيجاد بديل للمطاط الطبيعي، وكان الثمن التقديري لتصنيع المطاط الاصطناعي أعلى بكثير من ثمن المطاط الطبيعي. ولهذا السبب استمر المصنعون في تصنيع المنتجات من المطاط الطبيعي.
وأنتجت الولايات المتحدة الأمريكية نحو 8,200 طن متري فقط من المطاط الاصطناعي عام 1941م، وعندما استولى اليابانيون على أراضي زراعة المطاط في الشرق الأقصى عام 1942م، قطع ذلك تسعة أعشار إمدادات المطاط الطبيعي عن الولايات المتحدة الأمريكية. ولهذا أقامت الولايات المتحدة الأمريكية، صناعة كبيرة للمطاط الاصطناعي، وأنشأت الحكومة الأمريكية مصانع لإنتاج مطاط الإستيرين الحكومي وإنتاج كل من الإستيرين والبوتاديئين المطلوبين لهذه الصناعة. وقام مصنعو المطاط والشركات الكيميائية بتشغيل المصانع وتبادلوا فيما بينهم المعلومات عن المطاط الاصطناعي، وتعاونوا مع الحكومة قدر استطاعتهم في تطوير الطرق لصنع أكبر كمية من المطاط الاصطناعي، بأقصى سرعة ممكنة.
وفي نهاية الحرب العالمية الثانية عام 1945م، قفزت الطاقة الإنتاجية للمطاط الاصطناعي فى الولايات المتحدة الأمريكية إلى حوالي 1,090,000 طن متري في العام. وفي عام 1955م، باعت الحكومة الأمريكية مصانع إنتاج المطاط الاصطناعي إلى شركات القطاع الخاص.
صناعة المطاط
الدول الرئيسية في إنتاج المطاط الطبيعي
الدول الرئيسية في إنتاج المطاط الاصطناعي
الإنتاج والاستخدامات. ينمو في مزارع الشرق الأقصى أكثر من 80% من المطاط الطبيعي العالمي. والدولتان الرئيسيتان في إنتاج المطاط هما: تايلاند وإندونيسيا. ومن دول الشرق الأقصى الأخرى التي تنتج المطاط الطبيعي ماليزيا وبورما وكمبوديا والصين والفلبين وفيتنام. وتنتج الهند وسريلانكا نحو 10% من الاحتياج العالمي من المطاط الطبيعي، بينما تنتج إفريقيا نحو 5%، وتأتي باقي الإمدادات من المطاط الطبيعي من أمريكا الجنوبية. ويبلغ الإنتاج العالمي من المطاط الطبيعي 5,7 مليون طن متري في العام. وتستخدم الولايات المتحدة الأمريكية نحو 865,000 طن متري، أي سدس إنتاج العالم من المطاط الطبيعي سنويًا.
تزايد إنتاج المطاط الاصطناعي باطراد بعد الحرب العالمية الثانية، وبلغ الإنتاج السنوي العالمي نحو 9 أطنان مترية في السنة. وتتصدر الولايات المتحدة الدول الرئيسية المنتجة للمطاط الاصطناعي إذ تنتج نحو ربع الإنتاج العالمي. وأصبح نحو ثلثي المطاط المستخدم في الولايات المتحدة الأمريكية من المطاط الاصطناعي. ومن الدول المنتجة الأخرى للمطاط الاصطناعي، بترتيب الإنتاج: اليابان وألمانيا وروسيا وفرنسا. وقد بلغ الانتاج السنوي العالمي من المطاط الاصطناعي في تسعينيا القرن العشرين أكثر من عشرة ملايين طن متري في العام.
ويستخدم العالم المطاط الاصطناعي الآن أكثر من المطاط الطبيعي، ويرجع ذلك إلى أن المطاط الاصطناعي له استخدامات مختلفة كثيرة، كما يمكن إنتاجه بأسعار رخيصة بالنسبة لتكلفة المطاط الطبيعي. ولكن ارتفاع أسعار النفط، الذي يستخدم في صناعة المطاط الاصطناعي، أدى إلى انخفاض النمو في إنتاجه. وقد تأثر إنتاج المطاط الاصطناعي أيضًا بزيادة شعبية الإطارات نصف القطرية، حيث تحتاج هذه الإطارات إلى كمية من المطاط الطبيعي أكثر من الإطارات المعيارية.
--------------------------------------------------------------------------------
الإنتاج العالمى من المطاط
--------------------------------------------------------------------------------
العام المطاط الطبيعي بالطن المتري المطاط الاصطناعي بالطن المتري
1900 45,000 -
1910 98,000 -
1920 348,000 -
1930 838,000 -
1940 1,440,000 43,000
1950 1,890,000 583,000
1960 2,035,000 2,021,000
1970 3,103,000 5,893,000
1975 3,315,000 8,855,000
1980 3,850,000 8,690,000
1984 4,250,000 8,950,000
1990 4,925,000 9,885,000
2000 5,700,000 9,000,000
انضمت الصين والاتحاد السوفييتي السابق منذ عام 1962م.
المصدر: المجموعة العالمية لدراسة المطاط، لندن.
الإنتاج العالمى من المطاط
مصنعو المطاط الرئيسيون. يزرع مصنعو المطاط الرئيسيون عادة جزءاً من احتياجاتهم من المطاط الطبيعي في مزارع خاصة بهم، كما ينتجون المطاط الاصطناعي في مصانعهم. وتصنع شركات المطاط منتجات مختلفة مثل الإطارات والأجزاء الآلية والمنتجات الصناعية وخامات الأحذية ولباس القدم وأجزاء الطائرات والنسيج المعالج بالمطاط. كما تنتج بعض الشركات أيضًا ـ لاستخداماتها وللبيع لشركات أخرى ـ مواد أولية تُسْتَخدم في تصنيع المطاط الاصطناعي. وكميات المطاط المستخدمة في إنتاج الإطارات أكبر من الكميات المستخدمة في أى غرض آخر. وقد انخفض عدد مصنعي الإطارات خلال فترة الثمانينيات من القرن العشرين الميلادي لأن الشركات الكبيرة اشترت الشركات الصغيرة. وأكبر شركتين مصنعتين للإطارات في العالم في المبيعات، هما شركة ميشلان، وهي شركة فرنسية، وشركة جوديير للإطارات والمطاط في الولايات المتحدة الأمريكية.
المطاط الطبيعي
المطاط الطبيعي يأتي أساسًا من أشجار المطاط التي تنمو في مزارع في المناطق الحارة والرطبة. ويحصل العمال على سائل أبيض يسمى العصارة اللبنية بوساطة شق مجرى في القلف (أعلاه)، ويكون المطاط ثلث العصارة اللبنية، ولهذا يتم تنقيتها لإنتاج المطاط الخام.
توجد العصارة اللبنية في مجموعات مختلفة من الأشجار وأنواع أخرى من المزروعات. وتستطيع مشاهدة تسرب هذه العصارة من ساق مكسورة للهندباء البرية أو من فرع مكسور من عصا الذهب (شجرة من الفصيلة المركبة). ومازالت العصارة اللبنية تمثل للعلماء شيئًا يحفه الغموض. ويعتقد العلماء أن العصارة اللبنية ليست نسغًا، ولكنهم غير متأكدين من أهميتها للنبات. ويقول آخرون إنها تعمل مادة للحماية عندما يجرح النبات.
ويوضح التحليل الكيميائي أن نحو 30 - 35% من العصارة اللبنية تتكون من المطاط النقي، ويُكَوِّن الماء من 60 - 65%. والنسبة الباقية كميات قليلة من مواد أخرى مثل المواد الراتينجية والبروتينات والسكر والمواد المعدنية. وتحتوي العصارة اللبنية على كريات قليلة من المطاط بنفس الطريقة التي يحتوي فيه الحليب على دهن الزبدة. وتفسد العصارة اللبنية بسهولة، ولذلك يجب أن تتم معالجتها إلى مطاط خام بمجرد الحصول عليها. وفي المعالجة يفصل المطاط الطبيعي الموجود في العصارة اللبنية عن الماء والمواد الأخرى. ويحصل على نحو 99% من جميع المطاط الطبيعي من العصارة اللبنية لشجرة الهيفيا برازيلينزيس، وهي الشجرة التي تعرف باسم شجرة المطاط.
المطاط يحصل عليه من مصدرين أساسيين؛ حيث يتوفر المطاط الطبيعي أساساً من أشجار المطاط التي تنمو في مزارع في مناطق حارة ورطبة. وينتج المطاط الاصطناعي في كثير من الدول الصناعية. وتوضح الخريطة الدول الرئيسية لإنتاج كلا النوعين من المطاط.
شجرة المطاط. تنمو شجرة الهيفيا بطريقة أفضل في المناخ الحار الرطب، وفي التربة الحمضية ذات الصرف الجيد. وتقع أحسن مناطق زراعة المطاط في حدود حزام المطاط، الذى يمتد نحو 1,100كم على جانبي خط الاستواء. ويأتي جميع المطاط الطبيعي تقريبًا من المزارع الضخمة لأشجار المطاط في الشَّرق الأقصى.
تنمو شجرة المطاط ذات الساق الرفيعة المستقيمة في مزارع المطاط بطول يصل إلى نحو 18 - 20م، كما أنها ذات قلف ناعم ولون فاتح وأوراق قائمة ومصقولة. وعندما تذبل البراعم الصفراء الشاحبة، تنمو قرون البذور في مكانها، ويحتوي كل قرن على ثلاث بذور منقطة ذات لون بني بطول نحو 2,5سم. وتسيل العصارة اللبنية المحتوية على المطاط من خلال مجموعات من الأنابيب في طبقة النسيج الإنشائي (الكمبيوم) في الشجرة، وهي طبقة الخشب الخارجية مباشرة تحت القلف. وعندما يتم ثقب هذه الطبقة تتسرب العصارة اللبنية البيضاء مثل الحليب. ويحاول علماء النبات باستمرار تحسين شجرة الهيفيا بالتطعيم والتوليد. وهكذا أصبح من الممكن الحصول على أشجار تُنْتج من المطاط الطبيعي أكثر مما تنتجه شجرة الهيفيا البرية بعشرة أضعاف، كما أمكن زيادة الإنتاج أيضًا باستخدام المنشطات للأشجار.
يتم تجميع المطاط أيضًا من أشجار اللاندوليفيا التي تنمو في إفريقيا. وتمت زراعة شجرة الجيويول في المكسيك لما تحتويه من المطّاط، ولكنها تنتج فقط كمية صغيرة منه. ويحصل أيضًا على كمية صغيرة من المطاط من أشجار الهيفيا البرية في البرازيل. ومن الأشجار الأخرى الحاملة للمطاط أشجار المنيهوت (الكاسافا)، التي تنمو أيضًا في البرازيل، وأشجار الكاستيلوا التي تنمو في أمريكا الوسطى وكولومبيا والإكوادور.
كيف تنقر شجرة المطاط يوضح هذا الرسم التخطيطي كيف يتم الحصول على العصارة اللبنية من شجرة المطاط. يتسرب السائل لأسفل إلى المزراب خلال المجاري التي يتم تنفيذها بالنقر. وتمر العصارة اللبنية من أسفل المزراب إلى الكأس.
نقر الأشجار. يستخدم مزارعو المطاط عمالاً يطلق عليهم النقّارون لجمع العصارة اللبنية من الأشجار. ويبدأ العمال نقر الأشجار في الفجر، لأن العصارة اللبنية تسيل بسهولة أكثر في هواء الصباح البارد. ويحمل العمال مظفارًا في شكل سكين طويلة حادة ذات نصل منحن، ويقطعون مجرى صغيرًا في قلف الشجرة على مسافة نحو 1,2م فوق سطح الأرض. ويميل المجرى دائريًا ويشمل نحو نصف محيط الجذع. ويعلق النقار في أسفل القطع مزرابًا معدنيًا، ويضع تحته كوبًا صغيرًا. وتتسرب العصارة اللبنية من القطع وتمر في المجرى إلى أسفل خلال المزراب، ويوجه المزراب العصير قطرة قطرة إلى الكوب. ويعمل كل نقار في نحو 350 شجرة في دورة واحدة ويستغرق ذلك العمل نحو ثلاث ساعات. ويقوم النقار بعد الانتهاء من نقر الشجرة الأخيرة بعمل دورة ثانية لتجميع العصارة اللبنية. ويبلغ إنتاج الشجرة الواحدة من العصارة اللبنية ملء كوب شاي. ويفرغ النقار الأكواب فى دلو كبير ويُحمَل إلى أماكن التجميع المركزية في المزرعة، ومنها ينقل إلى المصنع لمعالجته وتحويله إلى سائل العصارة أو إلى مطاط جاف.
وتُنقر الأشجار في بعض المزارع مرة كل يومين، بينما ينقر مزارعون آخرون الناتج كل يوم لمدة خمسة عشر يومًا أخرى، ثم يعطون الشجرة راحة لمدة خمسة عشر يوماً. ويكشط العامل في كل عملية تجميع شريحة رقيقة من الجزء الأسفل للمجرى بجوار طبقة النسيج الإنشائي. ولايقطع النقار في طبقة النسيج الإنشائي لأن القطع العميق الذي يصل إلى الخشب يؤذي الشجرة. ويصل المجرى إلى الأرض بعد نحو ثلاث أو أربع سنوات، وعندئذ يبدأ النقار في قطع القلف في الاتجاه المقابل من جذع الشجرة. وفي الوقت الذي يصل فيه المجرى الثاني إلى الأرض، يكون القلف قد نما مرة ثانية في المجرى الأول، ويكون جاهزًا للنقر مرة أخرى.
يبدأ العمال بنقر الأشجار بعد نحو خمس إلى سبع سنوات من زراعتها، ولكن الأشجار الصغيرة لا تعطي كمية كبيرة من المطاط مثل إنتاجها فى عامها العاشر، عندما يكتمل نموها. وتنتج أشجار المطاط طاقتها الكاملة من العصارة اللبنية لنحو من خمسة وعشرين إلى ثلاثين عاماً. وينمو حوالي مائتين وخمسين شجرة في الهكتار الواحد، وتنتج كل شجرة كاملة النمو من 4 - 15 لترًا من العصارة اللبنية في العام. ويمكن أن ينتج الهكتار الواحد جيد النمو في مزرعة كبيرة أكثر من 2,300كجم من المطاط الخام الجاف في السنة.
العصارة اللبنية الطازجة أثناء تدفقها من شاحنة صهريج إلى راقود في وحدة العمليات. يستخدم المصنع عملية تسمى الترويب لإزالة الشوائب من العصارة اللبنية لتكوين المطاط الخام.
فصل العصارة اللبنية. تصنع أغلب المزارع المطاط الخام من العصارة اللبنية بالتخثير، حيث يصب النقارون العصارة من الدلو إلى خزانات، ويضاف إليها كمية مساوية من الماء. ثم تُصفَّى العصارة اللبنية المخففة بمنخل لإزالة القذارة والقطع الصغيرة من القلف أو الأغصان الصغيرة التى قد تكون سقطت أثناء عملية التجميع. ثم يضاف حمض الفورميك للعصارة اللبنية المصفاة وذلك لإتمام التخثير أو لتشكيل ذرات صلبة. ويجعل الحمض العصارة اللبنية سميكة بنفس الطريقة التي يُخَثر بها الخل اللبن، حيث ترتفع ذرات المطاط إلى سطح السائل وتشكل خثارة من كتلة بيضاء من المطاط الخام.
تصنيع المطاط الخام. يمرِّر العُمال المطاط الخام بين أسطوانات تضغطه وتستخرج منه الماء وتشكله على شكل ألواح. ويُنتج فتات المطاط بآلات خاصة تقطع أو تمزق الألواح إلى فتات ناعم ورطب. ويجفف فتات المطاط في أنفاق هواء ساخن ثم يضغط في عبوات تزن الواحدة منها 34كجم، حيث تشحن إلى السوق.
ألواح المطاط المجعد تُشكَّل بوساطة الأسطوانات التي تخشن وتثني كتلة عجينة المطاط الخام الذي يمر بينها. يُراعى غسل المطاط باستمرار أثناء مروره بالأسطوانات.
وتصنع الألواح المضلَّعة المدخَّنة بوضع المطاط الخام بين الأسطوانات التي تعطي الألواح المظهر المضلَّع. وتعلق الألواح عدة أيام كي تجف في مكان ساخن للتدخين. ويحول الدخان المطاط إلى اللون البني ويقتل العفن والبكتيريا التي قد تتلفه. ثم تضغط الألواح الجافة في عبوات وتشحن للسوق.
يشكل المطاط المجعد الفاتح بتمرير الكتلة المتخثرة بين أسطوانات تُخشِّن الألواح وتثنيها كي تظهر بصورة الورق المجعد السميك، مع مراعاة غسل المطاط باستمرار أثناء مروره بين الأسطوانات. وتعلق الألواح في حجرات تسخين حيث تتحول إلى اللون الأصفر الفاتح أثناء تجفيفها. وتحتفظ الألواح بهذا اللون إذا تمت إضافة مادة حافظة كيميائية إلى العصارة اللبنية. ويضع العمال الألواح المجعدة ذات اللون الفاتح في عبوات للشحن. ويستخدم المطاط المجعد غالبًا في صنع نعال الأحذية. وينتج المطاط المجعد الكهرماني والمطاط البني والمطاط المسطح من الألواح منخفضة الجودة التي لم تحضر بعناية.
وكانت الطريقة القديمة لتصنيع المطاط الخام تتم بتجفيف العصارة اللبنية على نار مليئة بالدُّخان. ومازالت هذه الطريقة تنتج الكميات الصغيرة من المطاط الذي يوجد في السوق على هيئة كرات كبيرة سوداء تسمى البسكويت. ولتشكيل البسكويت يغمس العامل مجدافًا خشبيًا في العصارة اللبنية الطازجة، ويمسك به فوق نار مدخنة. وبعد أن تجف العصارة اللبنية في الحرارة والدخان، يعيد العامل غمس المجداف وتدخن طبقة جديدة، وتكرر عملية الغمس والتجفيف مرات عديدة حتى يتشكل بسكويت كبير من المطاط الخام.
العصارة اللبنية المعالجة. قد لاتتخثّر العصارة اللبنية جميعها في المزارع في بعض الأحيان، حيث يضع العمال جزءاً من العصارة اللبنية الطازجة في آلات تسمى الفاصلات، مشابهة لتلك التي تستخدم في معامل الألبان لفصل القشدة عن الحليب. وتزيل هذه الآلات جزءاً من الماء من العصارة اللبنية. ويحفظ النشادر أو المواد الحافظة الأخرى المضافة العصارة اللبنية من التخثر والتلف. ويُرسل سائل العصارة المحفوظ إلى السوق في أسطوانات أو صهاريج. ويستخدم صانعو المطاط العصارة اللبنية المحفوظة لصنع منتجات مثل قفازات الجراحة والسجاد الرغوي والأنابيب والخيط المرن وتنجيد الأثاث.
تصنيع منتجات المطاط
يحصل المصنعون على بالات من المطاط الجاف من المزارع ومن مصانع إنتاج المطاط الاصطناعي. وتأتي العصارة اللبنية في صهاريج كبيرة على سفن أو في صهاريج الشّاحنات. ويعالج المصنعون المطاط الطبيعي والاصطناعي عادة بالطريقة نفسها إلى حدكبير، على الرغم من أن العصارة اللبنية في الحالتين تتطلب خطوات مختلفة.
التلدين. تجري هذه العملية على المطاط الجاف فقط، وهي مجموعة من المعالجات التي تجعل المطاط الجاف لينًا وأكثر تلدُّنًا أو أسهل في الصوغ والتشكيل.
يقطع العمال أولاً العبوات الكبيرة إلى شرائح على شكل أجزاء صغيرة من المطاط حتى يمكنهم التعامل معها بسهولة. ويغسل المطاط الطبيعي من الدرجة المنخفضة غسيلاً تامًا في آلة مثل العَصَّارة تسمى معصرة الغسيل. ثم توضع شرائح المطاط في معصرة الخلط وآلات أخرى تجعلها عجينية أو لينّة وتحولها إلى ما يشبه كتلة العجين.ويُلدن المصنعون المطاط بسرعة أكبر بتسخينه وإضافة مواد تسمى الملدنات والملينات. وتشمل آلات التلدين : 1- معاصر اللف 2- الخلاطات الداخلية 3- الملدنات.
معاصر اللَّف. تتكون معاصر اللَّف عادة من أسطوانتين تدوران كل في اتجاه الأخرى بسرعات مختلفة. وتمرر شرائح المطاط بين الأسطوانات، فيعصر ضغط الأسطوانات الشرائح ويسطحها على شكل لوح عجيني يمكن أن يلتصق بالأسطوانات بطيئة الحركة. ثم تقطع الألواح، وهذا يعني مضاعفة عددها على الأسطوانات التي تجعل من الممكن إعادة تشكيل المطاط عدة مرات حتى يصل إلى درجة التليين المطلوبة.
الخلاطات الداخلية تعمل بسرعة أكبر من معاصر اللَّف وتلدن دفعات كبيرة. ويوجد نوع من الخلاطات الداخلية يسمى خلاط بانبيري يعمل بطريقة مشابهة لمعاصر اللف، ولكن الأسطوانتين تدوران داخل غرفة مغلقة حيث يعجن المطاط. ويوجد في كل أسطوانة حافة ذات شكل لولبي على طول سطحها، بدلاً من أن يكون أملس. ويتم في هذه الحالة تعجين المطاط بطريقتين 1- بوساطة الأسطوانتين بينما يمر المطاط بينهما 2- بوساطة الحافة ذات الشكل اللولبي على سطح الأسطوانة، وذلك عندما يُضغط المطاط على حائط الغرفة. وهي تعمل بشكل كبير مثل الخلاط الذي يستخدمه الخباز لصنع العجين.
الملدنات تعمل بالطريقة نفسها التي تعمل بها مفرمة اللحوم، وتحتوي كل منها على غرفة كبيرة على شكل برميل، تطوق أسطوانتين بهما سن لولبي، أو مجرى حلزوني، وتسمى الأسطوانة القلاووظ. وعندما يدور القلاووظ ينتج شريحة مستمرة من المطاط بين سن اللولب والجزء الداخلي من الأسطوانة.
التركيب والخلط. يعني التركيب إضافة كميات محدودة من العناصر المختلفة بعناية لتلدين المطاط. وتساعد وصفة التركيب في التحكم في المرونة والمقاومة والمواصفات الأخرى للمنتج النهائي. وتستخدم العناصر الرئيسية الآتية في تركيب المطاط الجاف 1- الكبريت 2- المعجلات 3- الأصباغ 4- مضادات التأكسد 5- المطاط المستصلح 6- المواد المالئة.
الكبريت يستخدم عامة عنصرًا رئيسيًا للقيام بعملية الفلكنة، التي تتم بعد ذلك أثناء تصنيع المطاط.
المعجلات تضاف للمطاط للإسراع بعملية الفلكنة، كما أنها تحسن أيضًا مواصفات المنتج النهائي، وتساعد على جعله متماثلاً كليًا.
الأصباغ. تُستخدم مواد كيميائية مختلفة مثل الكربون الأسود، لتقوية المطاط ورفع مقاومته للبلى. انظر: الكربون.
مضادات التأكسد تحمي المطاط من التغيرات الكيميائية ومن التأثيرات الضارة للحرارة وضوء الشمس والهواء، كما أن بعض المواد الكيميائية تمنع الشروخ الناتجة من تأثير الأوزون والأكسدة. انظر: الأكسدة؛ الأوزون.
المطاط المستصلح يُحْصَل عليه بمعالجة مخلفات المطاط، مثل الإطارات القديمة، بالحرارة والمواد الكيميائية. وتجعل هذه المعالجة مركبات المطاط لينة كما تجعل التعامل معها سهلاً. وهكذا يمكن إعادة تشكيلها في المعاصر والآلات الأخرى. وبذلك يمكن إعادة عملية الفلكنة عليها. ويستخدم المطاط المستصلح بديلاً عن المطاط الخام.
المواد المالئة تضاف للمطاط الجاف لزيادة حجمه ولصنع منتج قوي وأكثر مرونة. وتسهل المواد المالئة المحايدة أو الخاملة ـ مثل الصلصال ـ التعامل مع المركب، ولكنها لاتزيده قوة.
القطع الصغيرة المغسولة من المطاط تجفف في المصنع بوساطة مجفف باثق (أعلى). يُعبأ المطاط الجاف ويُضغط في عبوات للشحن إلى مصنّعي المطاط.
التشكيل. يستخدم المصنعون عدة طرق لتشكيل المطاط إلى منتجات نهائية، وهي تشمل 1- التمليس 2- البثق 3- القولبة 4- الغمس.
التمليس يعني إمرار المطاط بين أسطوانتين وتحويله إلى ألواح. ويتم ذلك في آلة تحتوي على أسطوانتين إلى خمس أسطوانات مركبة كل واحدة فوق الأخرى. وتحمل آلة الصقل المطاط من الأسطوانات السفلى للأسطوانات العليا. ويمر المطاط بين كل زوج من الأسطوانات التي تدور حيث تضغطه إلى ألواح مستمرة وهي تخرج من الأسطوانة السفلى. ويمرر بخار ماء أو ماء بارد بين الأسطوانات لضبط درجة الحرارة. وإذا كانت الأسطوانات ساخنة جدًا، تظهر في ألواح المطاط فقاقيع، أما إذا كانت الأسطوانات باردة جدًا، فتصبح الألواح خشنة جدًا. ويضبط العمال المسافة بين الأسطوانات لتشكيل ألواح رقيقة بسمك يصل إلى 0,025ملم، أو سميكة تصل إلى 5ملم، ثم يقطعون الألواح إلى مقاسات وأشكال مختلفة، أو يضعون الألواح في طبقات في صفوف متراصة توطئة لصناعة منتجات كثيرة. وتشمل هذه المنتجات مطاط أرضية الحجرات ولعب الأطفال وأغطية الأسرَّة وبنطلونات الأطفال والبضائع الآلية مثل شرائط التغليف والحلقات والأقراص.
البثق يُعَدُّ الخطوة الأخيرة في تشكيل بعض منتجات المطاط. وكلمة بثق تعني الدفع للخارج، حيث تدفع الآلات الأنبوبية المطاط اللَّين خلال ثقب، وهي تشبه إلى حد ما ضغط معجون الأسنان من الأنبوب. ويعتمد شكل المطاط بعد البثق على شكل الثقب الذي يُدفع خلاله. وتشمل منتجات البثق خراطيم الماء والأنابيب الداخلية وشرائط المطاط المستخدمة فى أبواب الثلاجات والزجاج الأمامي للسيارات. وتتم فلكنة منتجات البثق بعد تشكيلها.
القولبة. تنتج عملية التشكيل بالقولبة نعال وكعوب الأحذية والإطارات المطاطية وقوارير الماء الساخن والفرش وأجزاء من المطاط الصلد والمنتجات الصناعية مثل الحشية. ويجهز العمال أجزاء من المطاط بالمقاس والشكل التقريبي للمنتج النهائي. ثم يضعون تلك الأجزاء في قوالب تم تشكيلها في صورة المنتج النهائي. وتشكل الكثير من المنتجات بهذه الطريقة كما أنها تتفلكن في الوقت نفسه، ويأخذ المطاط الشكل الدقيق للقالب الذي وضع فيه وذلك أثناء عملية الفلكنة.
الغمس يستخدم في صنع المنتجات من العصارة اللبنية السائلة فقط. وتشمل المنتجات القفازات المطاطية وبالونات لعب الأطفال. ويغمس العمال القوالب المصنوعة عادة من فلز أو زجاج أو سيراميك في أحواض العصارة ثم يجفف القالب عند درجات حرارة منخفضة. ويتم عمل طبقات عديدة على القالب بتكرار هذه العملية.
الفلكنة. هي عادة آخر خطوة في تجهيز المنتج النهائي. وتعمل الَفَلْكَنة على رفع مقاومة المطاط وصلادته ومرونته وذلك بمعالجته بالحرارة وعوامل الفلكنة مثل الكبريت. وتسبب الحرارة، أثناء الفلكنة، اتحاد الكبريت مع المطاط ومعالجته، ويجعل ذلك المطاط أقوى وأكثر تحملاً. وبوجه عام، كلما زادت كمية الكبريت المضاف، أصبح المركب المفلكن أكثر صلابة. ويتفلكن المركب المحتوي على ثلث حجمه من الكبريت والثلثين من المطاط مكونًا الأبونيت أو المطاط الصلد. ويستخدم المصنعون فوق أكسيد البترويل بدلاً من الكبريت لفلكنة المطاط السليكوني. ويوجد الكثير من عوامل الفلكنة الأخرى مثل التلوريوم والسيلنيوم، ومركبات بنزين معينة. وهذه العوامل نادرًا ما تستخدم تجاريًا لأن سعرها أعلى من الكبريت.
ويمكن أن تستغرق الفلكنة بضع دقائق أو عدة ساعات. وتحتاج المنتجات الصغيرة مثل اللعب ونعال الأحذية إلى فترة تتراوح بين 5 و 7 دقائق، ولكن المنتجات الكبيرة مثل الإطارات تستغرق ما بين 45 و 60 دقيقة. وتفلكن المركبات التي تحتوي على المعجلات والكبريت أسرع من المركبات التي تحتوي على الكبريت فقط. ويقوم المصنعون بفلكنة المنتجات وتشكيلها في الوقت نفسه بتسخين القوالب تحت الضغط. وتفلكن منتجات البثق والألواح في وعاء قليل العمق، في غرف تحتوي على هواء ساخن أو بخار. أما منتجات الغمس فتفلكن في الماء الساخن والهواء الساخن أو بالبخار وهي في القوالب. كما تفلكن المنتجات الرغوية في قوالبها وفي غرف بخار الماء أو في ماء يغلي.
المطاط الإسفنجي يمكن تصنيع المطاط الإسفنجي من المطاط الجاف أو العصارة اللبنية. وينتج النفخ نوعًا واحدًا من المطاط الإسفنجي من المطاط الجاف. وأثناء الفلكنة تتحول المواد الكيميائية التي تمت إضافتها إلى غاز وتنفخ فقاقيع صغيرة جدًا من الهواء في مركب المطاط، وعندما يتحول المنتج إلى صورة رغوية في القالب تكون الفقاقيع قد حصرت فيه. ويمكن أن يكون المطاط الإسفنجي الذي تم نفخه صلبًا أو لينًا.
والمطاط الرغوي نوع من المطاط الإسفنجي، ويصنع بتسليط الهواء في العصارة اللبنية، ويشبه لدرجة كبيرة خفق الطباخ للهواء فى بياض البيض. وتتم الفلكنة بعد أن يتجمد المطاط الرغوي في القوالب. ويحتوي المطاط الرغوي على ملايين الخلايا الصغيرة جدًا المملوءة بالهواء. وتحتوي بعض الأنواع على تسعة أعشار حجمها من الهواء والعُشر فقط مطاط. ويستخدم المطاط الرغوي في مواد التنجيد والشرائط الرغوية في التطبيقات الجراحية.
المطاط الاصطناعي
المطاط الاصطناعي يُصْنَع من خلط مواد كيميائية لإنتاج العصارة اللبنية التي تشبه العصارة الطبيعية. وينتج المصنعون بعض المطاط الاصطناعي على هيئة هشة (أعلاه). ويعمل المطاط الاصطناعي بصورة أفضل من المطاط الطبيعي في كثير من النواحي.
تصنع المواد المشابهة للمطاط من المواد الكيميائية، ويسمَّى ذلك باسم المطاط الاصطناعي نظرًا لأنه يُسْتخدم بديلاً للمطاط الطبيعي. ويستخدم الكيميائيون كلمة مرن لأي مادة يتضاعف طولها لعدة مرات عن طريق المط، بما في ذلك المطاط، وترجع إلى شكلها الأصلي بعد إزالة المؤثر الخارجي.
ويصنف المصنعون المطاط الاصطناعي إلى نوعين: مطاط للأغراض العامة ومطاط للأغراض الخاصة. ومطاط الأغراض العامة له استخدامات كثيرة، بينما مطاط الأغراض الخاصة ذو استخدامات محدودة نظرًا لما يتطلبه من مواصفات محددة، مثل المقاومة للنفط والوقود والهواء ودرجات الحرارة القصوى.
المطاط الاصطناعي للأغراض العامة. أهم مطاط في هذه المجموعة هو مطاط الإستيرين ـ البوتاديئين (S B R)، ويتكون عادة من نحو ثلاثة أجزاء بوتاديئين وجزء واحد إستيرين. ويُصّنع البوتاديئين في صورة غازية من النفط، ويجب أن يضغط أو يكثف إلى حالة سائلة لاستخدامه فى صناعة المطاط. أما الإستيرين فهو سائل يصنع من قطران الفحم أو النفط.
يصل الإستيرين والبوتاديئين عادة إلى مصانع المطاط الاصطناعي في صهاريج. وفي بعض الأحيان يتم ضغطهما في أنابيب من المصانع التي تنتجهما إلى مصانع إنتاج المطاط. وتضخ كميات محددة من الإستيرين والبوتاديئين في أحواض كبيرة تحتوي على خليط من الصَّابون والماء، ويسخن أو يبرد الخليط حسب نوع مطاط الإستيرين ـ البوتاديئين الذي يتم تصنيعه. وتسبب المادة الحفازة اتحاد الإستيرين والبوتاديئين معًا، انظر: الحفز. وتتحول المكونات تدريجيًا، وبالتحريك، إلى سائل أبيض لبني يسمى أيضًا العصارة اللبنية، والتي تشبه إلى حد كبير العصارة اللبنية الطبيعية.
كيف يصنع المطاط الاصطناعي يصنع معظم المطاط الاصطناعي من البوتاديئين، وهو غاز؛ والإستيرين، وهو سائل. تتحد هذه المواد الكيميائية مع محلول الصابون. وبعد ذلك تخضع لعملية تسمى البلمرة، لتشكيل العصارة اللبنية. ويضاف مقاوم التأكسد لمنع العصارة اللبنية من الانحلال. ثم تخلط العصارة اللبنية بالأحماض والأملاح في المخثر ليشكل المطاط. ويغسل المطاط، ويقطع إلى أجزاء صغيرة، ويجفف، ويوضع على هيئة بالات.
يضخ العمال العصارة اللبنية إلى حوض آخر حيث يضاف إليه مضاد التأكسد. وتضاف الأحماض والأملاح إلى العصارة في حوض ثالث يسمى المخثر، وفيه تخثر الأملاح والأحماض العصارة اللبنية، ويتكون المطاط في صورة كتل تطفو فوق السائل. وتزيل عملية غسيل كتل المطاط المواد الكيميائية الزائدة. ويمكن أن تُحزم الكتل بعد التجفيف على هيئة كميات صغيرة غير متماسكة أو تكبس في عبوات من المطاط الجاف.
ويمكن أيضًا تجهيز مطاط الإستيرين ـ البوتاديئين في محلول الهيدروكربون حيث تؤدي الحفازات الفلزية إلى حدوث التفاعل بين البوتاديئين والإستيرين لإنتاج مطاط الإستيرين ـ البوتاديئين. ويُسترجع المطاط بعد ذلك من المحلول بتبخير المذيب.
المطاط الاصطناعي للأغراض الخاصة. يتأثر المطاط الطبيعي عند تعرضه للزيوت والنفط وأشعة الشمس والهواء بينما يقاوم المطاط الاصطناعي أو مطاط الإستيرين ـ البوتاديئين ذلك كله. ويوجد أيضًا نوعيات مختلفة من مطاط الأغراض الخاصة ذات مقاومة كبيرة للحرارة والبرودة. وعلى الرغم من أن أسعارها أعلى من المطاط الطبيعي أو مطاط الإستيرين ـ البوتاديئين إلا أن صفاتها الخاصة تجعلها تستحق هذا الفرق في السعر. ويشمل مطاط الأغراض الخاصة: 1- مطاط البوتيل 2- مطاط سيز متعدد الإيزوبرين 3- مطاط النيوبرين 4- مطاط النتريل 5- مطاط متعدد الكبريتيد 6- مطاط متعدد اليورثان 7- مطاط السليكون 8- مطاط الإثيلين ـ البروبيلين 9- مطاط الكربون الفلوري 10- المطاط اللدائني الحراري.
مطاط البوتيل يحتفظ هذا المطاط بالهواء والغازات أحسن بكثير من المطاط الطبيعي، ولهذا فهو يستخدم في الأنابيب الداخلية وفي تبطين الإطارات اللاأنبوبية. ويقاوم مطاط البوتيل البلى والحرارة والتأثيرات الضارة للأحماض ولايوصل الكهرباء بسهولة. والعنصران الرئيسيان لمطاط البيوتيل هما غاز الإيزوبتيلين وسائل الإيزوبرين، والاثنان من منتجات النفط الثانوية.
المطاط سيز متعدد الإيزوبرين. يمكن لهذا المطاط أن يلغي اعتمادنا على المزارع البعيدة للمطاط الطبيعي، نظرًا لأن تركيبه الكيميائي هو تركيب المطاط الطبيعي نفسه تقريبًا، بالإضافة إلى أنه يعمل بصورة جيدة مثل المطاط الطبيعي في منتجات مثل إطارات الشاحنات الثقيلة وحوامل المحركات الكبيرة. وقد تم تطوير أنظمة حفازة جديدة لإنتاجه.
مطاط النيوبرين. يقاوم هذا المطاط الأكسجين وضوء الشمس والنفط والبترول والمواد الكيميائية الأخرى بطريقة أفضل من مقاومة المطاط الطبيعي. وتشمل استخداماته الرئيسية صناعة خراطيم البترول وعوازل الأسلاك والكبلات الملامسة للنفط وحشيات موانع تسرب الزيت أو الغاز.ويصنع مطاط النيوبرين من غاز الإستيلين، والذي ينتج من عملية تكرير النفط. انظر: الأسيتيلين.
مطاط النتريل. يمتاز هذا المطاط بمقاومته العالية لتأثيرات البترول الضارة والشحم والزيت والشمع والمذيبات، ويتحمل الحرارة حتى 177°م. وهو أفضل بكثير من المطاط الطبيعي وأغلب أنواع المطاط الاصطناعي. ويستخدم مطاط النتريل في صناعة خراطيم البترول والورق ومنتجات الجلد وأنواع كثيرة من الملابس. ويحتوي مطاط النتريل على نسب مختلفة من البوتاديئين والأكريلونتريل. ويحصل على الأكريلونيتريل من التفاعل الكيميائي للبروبيلين والأكسجين والنشادر.
المطاط متعدد الكبريتيد. يمتاز هذا المطاط مثل الثايوكول بمقاومة جيدة غير عادية للتطرية والزيادة في الحجم عند تعرضه للبترول والشحوم. ويقاوم أيضًا عوامل البِلَى والهواء وضوء الشمس. ويستخدم المطاط متعدد الكبريتيد أساسًا في تبطين خراطيم البنزين وألواح الطبع والأسطوانات. وتشمل العناصر الرئيسية للمطاط متعدد الكبريتيد: ثاني كلوريد الإثيلين ومتعدد كبريتيد الصوديوم.
المطاط متعدد اليورثان. يقاوم هذا المطاط البلى والحرارة ويتحمل الإجهادات الكبيرة والضغوط. ويمكن تصنيعه بدرجة متانة عالية لدرجة أنه يصمد أكثر من المطاط الطبيعي عند استخدامه مادة للإطارات. ويستخدمه المصنعون بكميات كبيرة أساسًا في مواد التنجيد والفرش المصنوعة من المطاط الرغوي ومواد العزل. ويأتي مطاط متعدد اليورثان في أنواع مختلفة كثيرة، من المرن إلى الصلب، ومن الكثيف إلى الخفيف. وتشمل عناصر المطاط متعدد اليورثان الإثيلين والبروبيلين والجليكول وحمض الأديبيك، وثاني آيزوسيانات.
مطاط السليكون. يحتفظ هذا المطاط بخواصه المطاطية عند درجات حرارة أعلى وأقل بكثير من درجات الحرارة التي يمكن أن يتحملها المطاط الطبيعي أو أي نوع آخر من المطاط الاصطناعي، ولذا يمكن استخدامه في مدى درجات حرارة تتراوح بين (-90°م) و (316°م). وفي هذا المدى من درجات الحرارة تصبح أنواع المطاط الأخرى هشة وعديمة الجدوى. ويستخدم المصنعون مطاط السليكون في منتجات مثل مانع التسرب والحشية وأجزاء الطائرات النفاثة والآلات المعرضة لدرجات الحرارة العالية، ويصنع مطاط السليكون من الأكسجين والسليكون، مع إضافة هيدروكربون إلى السليكون.
مطاط الإثيلين- البروبيلين. يستخدم على نطاق واسع في صناعة السيارات. ويمتاز هذا المطاط بمقاومة ممتازة للأكسجين والأوزون، ومقاومة خاصة لدرجات الحرارة المرتفعة، ويصنع من الإثيلين والبروبيلين رخيصي السعر نسبيًا.
مطاط الكربون الفلوري. يتميز هذا المطاط بمقاومة ممتازة لسوائل النفط ودرجات الحرارة العالية. وهو يصنع من المركبات العضوية المفلورة، ويعتبر أغلى من أغلب أنواع المطاط الأخرى.
المطاط اللدائني الحراري. يجمع هذا المطاط بين قوة المطاط المفلكن وقابلية المعالجة التي تتميز بها اللدائن، ويستخدم فى منتجات مثل نعال الأحذية وأجزاء السيارات والمواد اللاصقة.
كيمياء المطاط
كيمياء المطاط الطبيعي. شكل كيمياء المطاط الطبيعي تحديًا للعلماء. وتتمثل التحديات في الأسئلة الكثيرة التي تحتاج إلى إجابات. منها : لماذا تجعل الفلكنة المطاط أكثر قوة؟ وهل يمكن إنتاج المطاط اصطناعيًا؟ واكتشف الكيميائي والفيزيائي الإنجليزي مايكل فارادي عام 1826م أن المطاط هيدروكربون، وعليه فهو ينتمي إلى عائلة كبيرة من المواد تتكون من الهيدروجين والكربون. وتشمل الهيدروكربونات الأخرى المعروفة البترول وزيت المحركات والغاز الطبيعي وزيت التربنتين. وهذا يفسر لماذا تصنع أنواع المطاط الاصطناعي الكثيرة من منتجات النفط. انظر: الهيدروكربون.
جزئ الأيسوبرين
وفي عام 1860م قام إنجليزي آخر هو جريفيل وليمز، بتسخين بعض المطاط وحصل على سائل بدون لون أسماه الأيسوبرين. ويحتوي كل جزيء أيسوبرين على 5 ذرات من الكربون و 8 ذرات من الهيدروجين (C5H8). وتوجد الذرات في جزيء الأيسوبرين في نمط محدد دائمًا، حيث تشكل أربعٌ من ذرات الكربون سلسلة، بينما تتفرع ذرة الكربون الخامسة من إحدى ذرات الكربون في السلسلة. وتحيط ثلاث ذرات هيدروجين ذرة الكربون الخامسة لتشكل مجموعة الميثيل. وتوضح الرموز الكيميائية التالية ترتيب خمس ذرات كربون (الموضحة بالرمز C) وثماني ذرات هيدروجين (الموضحة بالرمز H) في جزيء الأيسوبرين.
يتم وصل الآلاف من جزيئات الأيسوبرين الصغيرة جدًا معًا في المطاط الطبيعي، لعمل جزيء ضخم في صورة سلسلة هو جزيء المطاط. ويسمي الكيميائيون جزيئات هذه السلسلة البوليمرات، وتعني أجزاء كثيرة، ويطلقون على الجزيء الواحد مثل الأيسوبرين المونومر (الأحادي الحد).
ويوضح التركيب الخاص لسلسلة بوليمر المطاط لماذا يكون المطاط مرنًا، حيث تطوى جزيئات البوليمر للمطا
