فلكنة المطاط Rubber Vulcanization

فلكنة المطاط Rubber Vulcanization

الفلكـنة هي عملية تصلب المـطاط باستخدام المواد الكيميائية و في الغالب تكون الحرارة. وفي الأصل تم الإشارة إلى عملية الفلكنـة على أنها معالجة مطاط اللاتكس الطبيعي بالحرارة والكبريت أو مركبات الكبريت و من ثم تسخينه و هذه العملية تستخدم من أجل تحسين بعض خواص المـطاط الطبيعي أو الصناعي حيث يتميز المنتج النهائي بالمتانة العالية و المرونة الكبيرة .

وفي حين أن هذه الطريقة لا تزال أكثر أنواع الفلكـنة شيوعًا ، فإن العملية الفلكـنة بحد ذاتها تنطبق أيضًا على المـطاط الصناعي وقد تشمل مواد كيميائية أخرى. فقد كان المـطاط في السابق مادة غير مطيعة وغير مريحة إلى درجة كبيرة وقد حاول غوديير سنين طوالاً تحسين نوعيته من غير أن ينجح، حتى سخن مرة بالمصادفة مزيج من المـطاط مع الكبريت على موقد المطبخ. لقد شكلت عملية فلكنـة المـطاط دافعاً من أجل تطوير الصناعات الكهربائية لأن المـطاط يعتبر مادة عازلة.

و تجرى هذه الطريقة عند درجة حرارة تتراوح ما بين 144-180 درجة سيليزية حيث يتم إضافة الكبريت و بعض المواد الأخرى التي تعرف باسم المسرعات و الكربون الأسود و أكسيد الخارصين و الذين يحسنان من نوعية المنتج ، كما تضاف بعض المواد المانعة للتأكسد للحد من تلف المـطاط بسبب عمليات الأكسدة الناتجة عن الأكسجين و الأوزون .

تاريخ عملية فلكنة المطاط

تنتج العديد من النباتات مادة اللاتكس ، بما في ذلك شجرة المـطاط (Hevea brasiliensis) والموز و حشيشة الصقلاب milkweeds والهندباء dandelions . و يحتوي اللاتكس على مبلمر متعدد الإيسوبرين ، وهو مبلمر مرن ومقاوم للماء. و تظهر الدراسات الأثرية أن سكان أمريكا الوسطى استخدموا المـطاط لصناعة الكرات و للعزل المائي للمنسوجات والحاويات.

قدم تشارلز ماري دي لا كوندامين عينات من المـطاط الأمريكي إلى الأكاديمية الملكية الفرنسية للعلوم في عام 1736. وفي عام 1770 ، لاحظ جوزيف بريستلي أن تلك المادة تعمل على ازالة علامات قلم الرصاص من على الورق فجاء مصطلح Rubber  و قد وجد المـطاط استخدامات عدة لكنه عانى من تأثيرات درجة حرارة مع مرور الوقت. كما تسبب البرد في تصلب المطاط وكسره.

في عام 1839 ، اكتشف تشارلز جوديير الجمع بين المطاط والكبريت وتسخين الخليط مما أدى إلى تصلب المادة، و قد حصل جوديير على براءة اختراع للاكتشاف في الولايات المتحدة عام 1844 ، بينما حصل توماس هانكوك على براءة اختراع لتنفس العملية في بريطانيا عام 1843. وقد صاغ صديق هانكوك ، ويليام بروكيندون ، مصطلح “الفلكنـة” في إشارة إلى فولكان ، إله النار الروماني.

 

كيف تعمل الفلكنة

تعمل آلية الفلكنـة على تقوية المطاط أو علاجه عن طريق ربط خيوط المبلمر الخاصة به. ففي عملية جوديير ، تزود الحرارة الطاقة لربط ذرات الكربون في جزيئات متعدد الأيسوبرين بواسطة سلاسل و روابط من الكبريت. كما يؤثر عدد ذرات الكبريت التي تشكل السلسلة بين الجزيئات على الخصائص النهائية للمطاط المفلكن. على سبيل المثال ، تنتج الوصلات المتقاطعة المطاطية القصيرة مطاطًا يتمتع بمقاومة عالية للحرارة. تعتبر السلاسل الطويلة من الروابط المتقاطعة أكثر مرونة ، ولكنها تتمتع بمقاومة أقل للحرارة. و في العملية الأصلية ، يكون عامل الفلكنـة هو الكبريت. كما أن هناك عوامل و مركبات أخرى يمكن لها أن تعمل كعوامل فلكنـة لصناعة المطاط السيليكوني الصناعي و الكلوروبرين (النيوبرين). فالعوامل الخمس الأكثر شيوعًا للفلكنـة هي:

• مركبات الكبريت أو عنصر الكبريت
• أكسيد معدني (MgO ، ZnO ، وأحيانًا Pb₃O₄ رغم أنه يتم تجنبه حاليا نظرا لسمومية الرصاص)
• بيروكسيدات
• أسيتوكسيسيلان
• يوريثان

و تتطلب عملية الفلكنـة للمطاط الطبيعي الحرارة في المقام الأول ، ولكنها ليست عاملاً أساسيًا في جميع العمليات. فمثلا تحدث تقسية السيليكون عند درجة حرارة الغرفة. و تستخدم بعض العمليات الإشعاع بدلاً من الحرارة.

و غالبًا ما تشمل عملية الفلكنـة الحديثة على مادة كيميائية تسمى المسرع. فمثلا يعتبر الإيثيلين ثيوريا (ETU) مسرعا يستخدم في معالجة مطاط البولي كلوروبرين. كما أن الكربون هو مسرع للمطاط الطبيعي ، بالإضافة إلى كون المسرعات تعمل أيضا على تحسين خصائص المنتج النهائي.

آثار الفلكنة

تغير عملية الفلكنـة التركيب الكيميائي للمطاط ، لذا فهو بالطبع يغير الخواص الكيميائية والفيزيائية والميكانيكية للمادة. و فيما بأتي بعض التأثيرات:

• الانكماش: تعمل الفلكنـة على تقليص المـطاط ، حيث يؤدي الربط العرضي و المتتقاطع إلى تقريب سلاسل المبلمر من بعضها البعض.
• آثار الفلكنـة لا رجعة فيها: إن آثار الفلكنـة دائمة ولا يمكن التراجع عنها باستخدام الحرارة أو العمليات الكيميائية.
• المحافظة على الشكل: بينما تغمل الفلكنـة على انكماش المـطاط إلا أنها لا تغير من شكل الجسم.
• زيادة اللزوجة
• زيادة الصلابة
• قلة التشوه

استخدامات المطاط المفلكن

اليوم ، معظم المـطاط مفلكن. ويستخدم المـطاط المفلكن في إطارات السيارات ونعال الأحذية و صناعة محايات أقلام الرصاص ولعب الأطفال الخراطيم والأحزمة.

 

المصدر :

• الموسوعة العلمية الكيميائية للأستاذ أكرم العلي
• www.sciencenotes.org

بوسترات (لوحات) كيميائية بدقة عالية (أكثر من 25 لوحة) من تصميم الأستاذ أكرم أمير العلي

 

تطبيقات كيميائية من تصميم الأستاذ أكرم امير العلي متوفر للجوالات التي تعمل بنظام أندرويد android على سوق جوجل بلاي google play و من بينها تطبيق ملصقات الجـدول الدوري باللغة العربية : بطاقات تحتوي على معلومات شاملة و مختصرة في نفس الوقت كل عنصـر على حدة (اللغة العربية).

https://play.google.com/store/apps/details?id=com.akramir2