Waarom kan synthetisch rubber natuurrubber niet volledig vervangen?
Evolutie van natuurlijk rubber:
De betekenis van rubber in de menselijke geschiedenis is diepgaand. Met name de uitvinding van het wiel heeft het menselijk leven drastisch veranderd, en de komst van de band heeft de bruikbaarheid en het comfort van het wiel vergroot, waardoor de menselijke mobiliteit en het goederenvervoer radicaal zijn veranderd, waardoor de werkefficiëntie aanzienlijk is toegenomen. De opkomst van de band maakte het wijdverbreide gebruik van wielen mogelijk.
De ontdekking en het wijdverbreide gebruik van rubber stimuleerden de ontwikkeling van de banden- en auto-industrie en markeerden een cruciale mijlpaal in de menselijke beschaving. De belangrijkste bron van natuurlijk rubber is echter de rubberboom, die gedijt in tropische gebieden zoals Brazilië en Zuidoost-Azië. Ondertussen zijn de belangrijkste gebruiksgebieden voor rubber geconcentreerd in economisch ontwikkelde regio's, wat leidt tot een aanzienlijk onevenwicht in vraag en aanbod van rubber. Met name tijdens de Eerste Wereldoorlog heeft Duitsland de rubberaanvoer stopgezet; Tijdens de Tweede Wereldoorlog bezette Japan Zuidoost-Azië, de belangrijkste regio voor de productie van natuurlijk rubber, waardoor de rubberaanvoer naar Europa en de Verenigde Staten werd beperkt. Daarom begonnen wetenschappers te experimenteren met synthetisch rubber, waardoor belangrijke doorbraken werden bereikt. De productie van synthetisch rubber steeg, onafhankelijk van het weer en de geografie, van 23.000 ton in 1939 tot 885.000 ton in 1944.
Met het einde van de oorlog en de stabilisatie van de aanvoer van natuurlijk rubber, gekoppeld aan de naoorlogse hausse in de automobiel- en aanverwante industrieën, steeg de vraag naar rubber enorm, waardoor de prijzen voor natuurlijk rubber hoog bleven. Bijgevolg verving synthetisch rubber gedeeltelijk natuurlijk rubber in bepaalde toepassingen en gebieden, en stabiliseerde zich op een marktaandeel van ongeveer 60%. Vanaf 2021 bedroeg de wereldwijde productie van natuurlijk rubber 13,812 miljoen ton, terwijl de productie van synthetisch rubber ongeveer 15,81 miljoen ton bedroeg, wat wijst op vergelijkbare productieniveaus voor beide.
Waarom heeft het, ondanks de voortdurende vooruitgang in de technologie en de prestaties van synthetisch rubber, het natuurlijke rubber niet volledig vervangen? Deze verwarrende en cruciale vraag rijst zelfs wanneer elke fabrikant van synthetisch rubber de superieure prestaties van zijn product aanprijst en beweert dat het natuurlijk rubber ver overtreft. Dit geeft aan dat natuurlijk rubber nog steeds veel onvervangbare, uitgebreide prestatievoordelen heeft.
Natuurlijk rubber, een natuurproduct, heeft een moleculaire ketenstructuur en chemische samenstelling die veel complexer zijn dan industrieel gesynthetiseerde producten, een niveau van complexiteit dat de huidige technologie niet volledig kan repliceren.
De belangrijkste voordelen van natuurlijk rubber zijn onder meer:
- Groter molecuulgewicht en complexere structuur: De superieure elasticiteit en slijtvastheid van natuurrubber worden voornamelijk toegeschreven aan de langere en complexere moleculaire ketenstructuur. Deze grote moleculaire ketens zijn nauw met elkaar verweven en bieden uitstekende sterkte, slijtvastheid en scheurweerstand. Onder externe kracht worden deze moleculaire ketens samengedrukt en keren vervolgens terug naar hun oorspronkelijke structuur, waarbij ze een uitstekende elasticiteit vertonen.
- Uniformere moleculaire ketenstructuur: Het hoofdbestanddeel van rubber, polyisopreen, heeft verschillende isomeren in de polymeerketen. In natuurlijk rubber heeft 100% de cis-1,4-structuur, die stabiele en uniforme prestaties biedt. Daarentegen kan kunstmatig gesynthetiseerd rubber dit niveau van uniformiteit van de moleculaire interne structuur niet bereiken.
- Positieve effecten van onbekende componenten: Naast rubbermoleculen bevat natuurrubber eiwitten, vetzuren, suikers en andere componenten. Hoewel deze in kleine hoeveelheden aanwezig zijn, kunnen ze de eigenschappen van rubber positief beïnvloeden. Natuurlijk rubber is bijvoorbeeld meestal bestand tegen lage temperaturen, maar gewoon synthetisch rubber kan in koude omgevingen uitharden en broos worden, waardoor de elasticiteit verloren gaat.
De complementariteit van natuurlijk en synthetisch rubber:
Samenvattend vertoont natuurlijk rubber een uitzonderlijk hoge mechanische sterkte, uitstekende elasticiteit, weerstand tegen vermoeiing, slijtvastheid, corrosieweerstand, isolerende eigenschappen, luchtdichtheid, waterdichtheid en thermische isolatiemogelijkheden. Niet alle eigenschappen van natuurlijk rubber overtreffen echter die van synthetisch rubber. Het grootste voordeel van synthetisch rubber ligt in de maakbaarheid. Afhankelijk van de toepassing en vereiste eigenschappen kunnen specifieke formuleringen worden gebruikt om bepaalde eigenschappen van het rubber te verbeteren. Polyurethaanrubber, een synthetische variant, vertoont bijvoorbeeld een uitstekende oliebestendigheid, waarmee de zwakte van natuurlijk rubber op dit gebied wordt aangepakt. Bovendien presteert styreen-butadieenrubber (SBR) beter op het gebied van chemische corrosiebestendigheid, blinkt butadieenrubber (BR) uit in koudebestendigheid, slijtvastheid en elasticiteit, is chloropreenrubber goed voor olie-, vlam-, oxidatie- en ozonbestendigheid, en nitrilrubber (NBR) heeft een goede olie- en verouderingsbestendigheid.
In praktische toepassingen vullen natuurlijk en synthetisch rubber elkaar goed aan. Neem bijvoorbeeld autobanden; ze zijn meestal gemaakt van meerdere lagen rubber die zowel natuurlijke als synthetische varianten bevatten. Daarom is het op het huidige technologieniveau onmogelijk voor synthetisch rubber om natuurlijk rubber volledig te vervangen. In bepaalde toepassingen kunnen synthetisch en natuurlijk rubber elkaar echter vervangen, en de keuze hangt vaak meer af van hun prijs. Natuurlijke rubberbomen hebben een lange teeltcyclus en een beperkte productiecapaciteit, waardoor hun kosten relatief vast zijn en meestal hoger zijn dan die van synthetisch rubber. Het prijsverschil tussen de twee is echter over het algemeen niet significant, aangezien synthetisch rubber ook een kapitaalintensieve industrie is met hoge apparatuurkosten, lange herstelperiodes voor investeringen en prijzen die nauw verband houden met upstream-grondstoffen zoals olie en aardgas.
Momenteel omvatten de belangrijkste soorten synthetisch rubber met een substantiële mondiale productie styreen-butadieenrubber (SBR), butadieenrubber (BR) en isobutyleen-isopreenrubber (IIR). De belangrijkste grondstof voor deze rubbers is butadieen, waarbij ongeveer 70% butadieen wereldwijd wordt gebruikt bij de productie van synthetisch rubber. Butadieen is voornamelijk afkomstig van bijproducten van de olie- en aardgasproductie, dus de productiecapaciteit is niet bijzonder stabiel en de prijs fluctueert met de olie- en aardgasprijzen. Uiteraard hebben ook de prijzen van natuurlijk en synthetisch rubber invloed op elkaar.
Kortom, zowel vanuit prestatie- als prijsperspectief vertonen natuurlijk en synthetisch rubber een sterke complementariteit. Geen van beide kan de ander volledig vervangen, en met de voortdurende vooruitgang in nieuwe processen en technologieën worden hun respectievelijke prestaties ook voortdurend verbeterd. Bijvoorbeeld, DEF-rubber, diep geworteld in de natuurrubberindustrie, heeft unieke formuleringen en processen ontwikkeld die ervoor zorgen dat zijn natuurlijke rubberplaatproducten zich richten op de high-end markt. Deze producten hebben duidelijke voordelen wat betreft slijtage- en oliebestendigheid in natte slijpomgevingen, waardoor ze bijzonder geschikt zijn voor gebruik als rubberen bekleding in diverse slijtvaste apparatuur, waterabsorberende en slijtvaste strips voor vloerreinigingsmachines en industriële slijtvaste timing riemen.
