NR – Luonnonkumi IR – Polyisopreeni
Ominaisuudet
Hevea-kumi (NR) on ainoa ei-synteettinen kumi ja se on ollut kaupallisessa käytössä 1900-luvun alusta lähtien. Se on luonnossa esiintyvä elastomeeri, jota uutetaan plantaaseilla kasvatetun Hevea Brasiliensis -puun mehusta. Se on täysin biohajoava ja koostuu pääasiassa cis-1,4-polyisopreenistä:
Synteettinen vastine on polyisopreeni (IR), jota voidaan valmistaa polymeroimalla 2-metyyli-1,3-butadieenia Ziegler-Natta-katalysaattorin avulla. Sekä NR- että IR-kumeihin sekoitetaan usein muita ainesosia, kuten öljyjä, täyteaineita, silloitusaineita ja antioksidantteja, mikä mahdollistaa elastomeerin ominaisuuksien monipuolisen vaihtelun.
Luonnollinen ja synteettinen polyisopreeni ovat edullisia elastomeerejä, joilla on hyvä väsymiskestävyys, ja ne ovat siksi erinomainen valinta dynaamisiin sovelluksiin matalissa ja ympäristön lämpötiloissa. Luonnonkumin vetolujuus, venymä ja kulumiskestävyys ovat erinomaiset sen käyttölämpötila-alueella, joka on noin -50 °C:sta +100 °C:een. Kemiallisesti samankaltaisella synteettisellä polyisopreenilla on luonnonkumia alhaisempi lujuus, mutta paremmat alhaisen lämpötilan ominaisuudet. Sovelluksissa, joissa vaaditaan johdonmukaisuutta ja hyvää prosessoitavuutta, synteettinen polyisopreeni on usein parempi valinta. Koska isopreenin polymerisaatio tapahtuu tarkoin kontrolloiduissa olosuhteissa, koostumuksen, rakenteen ja siitä johtuvien ominaisuuksien vaihtelu on hyvin vähäistä, kun taas luonnonkumi sisältää luonnossa esiintyviä epäpuhtauksia ja molekyylipaino vaihtelee kumipuun kasvuolosuhteiden mukaan. Molemmilla on huomattava vaikutus kumin fysikaalisiin ominaisuuksiin ja jalostettavuuteen. Yleisesti ottaen synteettinen kumi kestää paremmin vanhenemista ja säänkestävyyttä, ja sitä on helpompi käsitellä alhaisemman viskositeetin vuoksi. Se on usein myös yhteensopivampi muiden kumien, kuten SBR:n ja EPDM:n, kanssa.
Luonnonkumi ja synteettinen kumi eroavat toisistaan mikrorakenteeltaan; luonnonkumi koostuu lähes kokonaan cis-1,4-polymeeristä, kun taas synteettinen isopreeni on sekoitus cis-1,4-, trans-1,4- ja 3,4-polymeeriä. Cis-1,4-polymeerin määrä on tyypillisesti 90-98 prosenttia. Cis-1,4:n lisääminen alentaa yleensä lasittumislämpötilaa, lisää kiteisyyttä ja parantaa mekaanista lujuutta. Näin ollen synteettisen polyisopreenin vetolujuus ja repäisylujuus ovat yleensä jonkin verran alhaisemmat kuin luonnonkumin.
Vaikka luonnonkumia (NR) ja poyisopreeniä (IR) voidaan käyttää veden, polaaristen orgaanisten aineiden (orgaaniset hapot, alkoholit, ketonit) ja joidenkin laimeiden happojen ja emästen kanssa, muut elastomeerit, kuten EPDM, ovat suositeltavampia näihin sovelluksiin. Sekä luonnolliset että synteettiset isopreenikumiyhdisteet kärsivät poolittomien liuottimien, polttoaineiden ja öljypohjaisten öljyjen vaikutuksesta. Niillä on myös huono lämmönkestävyys ja ne ovat alttiita otsonin vaikutuksille, koska polymeerin selkärangassa on kaksoissidoksia, jotka ovat alttiita lämpö- ja hapettumishajoamiselle. Hajoaminen tapahtuu yleensä ketjujen pilkkoutumisen kautta ja aiheuttaa mekaanisten ominaisuuksien heikkenemistä.
Kaupalliset IR/NR-elastomeerit
Polyisopreenikumin suurimmat valmistajat ovat Firestone, Eni, Cray Valley, LG Chem, GoodYear ja Lanxess.