of kunstrubbers noemt men een groep van macromoleculaire stoffen, verkregen door polymerisatie, resp. copolymerisatie van monomeren, welke een rubberachtige elasticiteit bezitten. Aangezien het niet is gelukt een synthetisch product te maken, identiek met natuurrubber, is de term synthetische rubber feitelijk niet geheel juist en werd o.m. door Fisher voorgesteld deze klasse van stoffen met rubberachtige elasticiteit samen te vatten onder de naam: elastomeren, doch deze term heeft ten hoogste in wetenschappelijke kringen ingang gevonden.
GESCHIEDENIS
In 1909 begon Fritz Hofmann van de Bayer Fabriken een onderzoek naar de synthese van rubber. Dit leidde tot de fabricage van 2300 ton zgn. methylrubber van slechte kwaliteit tijdens Wereldoorlog I, welke slechts bruikbaar was voor de fabricage van eboniet.
In de periode tussen de twee wereldoorlogen werd in Rusland de fabricage van synthetische rubber S.K.B. ontwikkeld. Men ging uit van aardappelen, welke door vergisting alkohol leverden. Daaruit werd butadieen bereid en dit met natrium gepolymeriseerd tot S.K.B. Vooral na 1933 heeft men het vraagstuk in Duitsland zeer intensief aangepakt. De Duitse chemici van de I.G. Farbenindustrie deden twee zeer belangrijke uitvindingen op dit gebied, t.w.: a. dat de polymerisatie zeer goed verloopt in emulsie; b. dat co-polymerisatie, m.a.w. polymerisatie van 2 monomeren samen mogelijk is. Duitsland produceerde in Wereldoorlog II Buna S, welke voor algemene doeleinden zoals banden diende (in 1944 ca 100 000 ton) en Perbunan, welke als oliebestendige rubber dienst deed.
In Amerika had men ca 1930 twee synthetische rubbers ontwikkeld, t.w. de groep der thiokolen en het neopreen, welke beide bedoeld waren om te worden gebruikt als oliebestendige rubbers, voor welk doel het natuurproduct ernstig te kort schoot. Men was in die tijd in Amerika zeker niet van plan een enorme synthetische rubberindustrie te stichten, doch werd daartoe gedwongen door Wereldoorlog II. Na Pearl Harbor (Dec. 1941) begreep men, gedwongen te zijn een synthetische rubberindustrie te stichten, welke een capaciteit van ca 100 000 ton per maand moest bezitten om de voor de oorlog zo noodzakelijke rubber te leveren. Het is de grote verdienste van de Amerikaanse ingenieurs, dat zij erin geslaagd zijn in 3 jaar tijds 51 fabrieken te bouwen,welke inderdaad in 1945 in staat waren 100 000 ton per maand te produceren. De kosten van deze gigantische opzet bedroegen 750 millioen dollar.
Na de oorlog is de productie in Amerika aanvankelijk verminderd, toen de natuurrubber weer kon worden aangevoerd, maar sinds 1950, toen het Korea-conflict uitbrak en de prijs van natuurrubber steeds hoger opliep, is de productie geleidelijk weer toegenomen en einde 1951 bedroeg deze weer bijna 900 000 ton per jaar, zoals uit Tabel 1 blijkt. Ook in Canada heeft men een synthetische rubberindustrie opgebouwd en Duitsland is op het punt om ook weer te gaan produceren.
Thans zal een kort overzicht volgen van de belangrijkste synthetische rubbers, hun bereiding, technische eigenschappen en betekenis. Daarbij dient echter in eerste instantie een scheiding te worden gemaakt tussen de synthetische rubbers voor algemene doeleinden (general purpose rubbers) en die voor speciale doeleinden (special purpose rubbers).
G.R.-S en Cold Rubber. Als rubber voor algemene doeleinden, dus voor de fabricage van autobanden, transportbanden enz. werd in Amerika in 194a gekozen het G.R.-S, van ongeveer dezelfde samenstelling als het Duitse Buna S, t.w. een copolymerisaat van butadieen en styreen. Het butadieen werd in Duitsland vervaardigd uit kalk en kool via calciumcarbide, in Amerika gedeeltelijk uit graan via alkohol, dus analoog aan de Russische methode, maar in hoofdzaak uit petroleum langs de weg butaan -» buteen - butadieen (zie schema). Dit is verreweg de goedkoopste weg en stelt de Amerikanen in staat G.R.-S te produceren voor 23 Am. d.cts per 1b. De copolymerisatie van butadieen en styreen voor fabricage van G.R.-S vindt plaats in emulsie met behulp van zepen, peroxyden en mercaptanen in zeer grote reactieketels bij een temperatuur van 50 gr. C.
Bij de fabricage van rubberartikelen uit G.R.-S worden meer bezwaren ondervonden dan bij gebruik van natuurrubber, doch men heeft deze moeilijkheden zoals moeilijker afbraak op de walsen, moeilijker spuiten en kalanderen, mindere kleefkracht bij het opbouwen van het artikel, door de samenstelling der mengsels (compounding) vrij goed overwonnen. De eigenschappen van G.R.-S na vulcanisatie staan ten achter bij die van gevulcaniseerde natuurrubber. Zonder vulstoffen vertoont G.R.-S zeer geringe mechanische eigenschappen, welke echter door toevoeging van roet zeer belangrijk verbeteren en in de nabijheid van natuurrubber — roet — mengsels komen. In verband met het gebruik van autobanden staat G.R.-S in 3 opzichten bij natuurrubber ten achter:
1. bij hoge temperatuur is de achteruitgang der mechanische eigenschappen veel groter dan bij natuurrubber;
2. de warmte-ontwikkeling (heat build up) van G.R.-S vulcanisaat is hoger dan van natuurrubber;
3. de groei van barsten (crack growth) is bij G.R.-S veel aanzienlijker dan bij loopvlakken van natuurrubber.
Men heeft dan ook in Amerika onder leiding van de Reconstruction Finance Corporation onmiddellijk een uitgebreid researchprogramma ter hand genomen om nieuwe synthetische rubbers te vinden met betere eigenschappen. Als resultaat van talloze onderzoekingen is men er in geslaagd de zgn. Cold Rubber te fabriceren. Dit is ook een butadieen-styreen copolymerisaat, dat echter bij 5 gr. G. wordt gepolymeriseerd.
Men heeft in Amerika veel reclame gemaakt voor het feit, dat de slijtage van Cold Rubber loopvlakken belangrijk kleiner zou zijn dan loopvlakken van overeenkomstige natuurrubbermengsels vervaardigd. De drie hierboven genoemde bezwaren zijn ook nog inhaerent aan Cold Rubber loopvlakken. De productie van Cold Rubber is de laatste jaren snel toegenomen. Intensief gaat men in Amerika onder leiding van de Reconstruction Finance Corporation door met researchwerk om betere synthetische rubbers te vinden. Voor het jaar eindigende 1 Juli 1953 werd voor dit doel een bedrag van 6,5 millioen dollar gevoteerd.
Synthetische rubbers voor speciale doeleinden.
NEOPREEN wordt vervaardigd uit acetyleen volgens de synthese: acetyleen —> vinylacetyleen->chloropreen -> polymerisatie tot neopreen. Deze methode van fabriceren werd uitgevonden door Carothers, in 1928, neopreen verscheen in 1932 op de markt; thans wordt het neopreen door du Pont de Nemours in tal van soorten vervaardigd.
Deze neoprenen worden in hoofdzaak in de techniek aangewend, wegens hun goede oliebestendigheid (geringe zwelling in benzine), geringe chemische aantasting, grotere bestendigheid tegen ozon en betere duurzaamheid dan natuurrubber, ook in het licht. In sommige nieuwere soorten heeft men de gemakkelijke kristalliseerbaarheid weten te verminderen, waardoor deze soorten ook bij lage temperatuur kunnen worden gebruikt.
BUTYLRUBBER wordt verkregen door copolymerisatie van isobuteen met een kleine hoeveelheid butadieen of isopreen. Polyisobuteen alleen is niet te beschouwen als een synthetische rubber, want het kan niet worden gevulcaniseerd en gedraagt zich dus bij hogere temperatuur als een plastische stof, maar door de copolymerisatie met een kleine hoeveelheid isopreen wordt vulcanisatie van de butylrubber mogelijk. Butylrubber ontleent zijn technische waarde aan de zeer geringe gasdoorlaatbaarheid, welke ca 1/10 bedraagt van die van een natuurrubbervulcanisaat, hetgeen vermoedelijk veroorzaakt wordt door de geringere beweeglijkheid van het macromolecuul. Vanwege deze bijzondere eigenschap worden in Amerika en Canada vrijwel alle autobinnenbanden van butylrubber gefabriceerd.
G.R.-A RUBBERS zijn rubbers van het nitriltype, d.w.z. verkregen door copolymerisatie van butadieen en acrylonitril. Tot dit type behoren synthetische rubbers als Hycar O.R. 15, Chemigum, Perbunan e.d. Zij vertonen een zeer geringe opzwelling in benzine en doen derhalve in de techniek als oliebestendige rubbers dienst.
THIOKOLEN. Thiokol A werd in 1929 in Amerika door Patrick verkregen door een condensatiereactie van dichlooraethyleen en natriumtetrasulfide. Het is te beschouwen als een elastomeer met rubberachtige eigenschappen. Het bezit vrij slechte mechanische eigenschappen, maar is de meest oliebestendige elastomeer, welke bekend is, want de zwelling zowel in benzine als in benzeen is zeer gering. Men kent thans diverse soorten thiokol, die voor diverse technische doeleinden worden gebruikt, waar oliebestendigheid gewenst is.
SILICONRUBBERS, ook wel Silastics genoemd, kwamen in Amerika in 1944 op de markt. Het zijn macromoleculen, welke een keten bezitten van afwisselend silicium en zuurstofatomen. Ze worden verkregen uit siliciumtetrachloride met behulp van de Grignardsynthese en daaropvolgende hydrolyse en polymerisatie. Ofschoon ze verzadigd zijn, kunnen zij door speciale methoden op hoge temperatuur gevulcaniseerd worden. De verwerking van deze producten is moeilijk en vereist een speciale techniek, de mechanische eigenschappen zijn slecht, vergeleken met natuurrubber.
Zij ontlenen hun technische belang aan het feit, dat zij in een veel ruimer temperatuurtraject bruikbaar zijn dan natuurrabbervulcanisaten, t.w. tussen — 65 gr. C. en + 260 gr. C. Deze siliconrubber is dus bijv. bruikbaar in de techniek als pakkingmateriaal bij een temp. van 260 gr. C. wat met geen enkele andere synthetische rubber het geval is. Aangezien de prijs zeer hoog is, rond f 50,— per kg, worden de siliconrubbers nog slechts relatief weinig toegepast, maar ze gaan waarschijnlijk een belangrijke, ofschoon beperkte, toekomst tegemoet.
POLYCONDENSATIERUBBERS. Men heeft ook getracht door polycondensatie tot macromoleculaire verbindingen met rubber-eigenschap te geraken. Deze condensatie vindt plaats tussen een dibasisch zuur zoals adipinezuur en een diglycol of een dihydroxyamine. Door middel van een diisocyanaat kan nu in een tweede stadium een nieuwe ketenverlenging plaats vinden, waardoor een macromolecuul van een moleculairgewicht als rubber wordt verkregen.
Tot deze polycondensatierubbers behoren de in Amerika ontwikkelde Paraplex en de door de Imperial Chemical Industries in Engeland ontwikkelde klasse der Vulcaprenen. Deze Vulcaprenen vinden toepassing als lak voor rubberartikelen, voor de fabricage van kunstleer en wasdoek en ook als oliebestendige rubber.
In Duitsland is bij de I.G. Farbenindustrie door Bayer op soortgelijke basis de klasse der Vulkolanen ontwikkeld, welke bijzonder fraaie mechanische eigenschappen vertonen, alsmede grote oliebestendigheid. De verwerking van deze producten tot rubberartikelen vereist echter een zeer speciale techniek.
TOEKOMSTIGE ONTWIKKELING. De chemische industrie zal zich in de toekomst steeds meer toeleggen op de fabricage van synthetische rubbers voor speciale doeleinden. Voor deze doeleinden heeft natuurrubber afgedaan.
Wat betreft de algemene toepassingen (general purpose rubber) staat natuurrubber nog steeds op de eerste plaats. Of het gelukken zal een synthetisch product van zo grote regelmatigheid als natuurrubber en daardoor van aequivalente eigenschappen te bereiden, staat te bezien. Op het ogenblik (Mei 1953) heeft men dit nog niet bereikt.
Of de natuurrubber zich zal handhaven naast de synthetische rubber wordt voor een belangrijk deel beheerst door politieke en economische toekomstfactoren in de natuurrubber producerende landen in Oost-Azië. Indien in toenemende mate in Oost-Azië onrust en strijd optreden, zal met deze chaos ook de rubbercultuur te gronde gaan, immers deze is gebaseerd op rust en volmaakte veiligheid. Wanneer bovendien de arbeidslonen steeds worden opgevoerd, zal de tijd spoedig komen, dat de natuurrubber niet meer kan concurreren met de prijs van de synthetische rubber, terwijl ook de onzinnige prijsstijging van natuurrubber in de loop van 1950 veel kwaad heeft gedaan.
PROF. DR A. VAN ROSSEM
Lit.: H. Barron, Modem Synthetic Rubbers, 3rd ed. (London 1949); A. Springer, Kunstkautschuk, 2de ed. (München 1950); Symposium on Low Temperature Rubber, Ind. Eng. Chem. 41, 1553 (1949)» A. van Rossem, Ontwikk. en perspectieven op het gebied van elastomeren, Chem. Weekbl. 48, 273 (1952).
