Polybutadién: syntetický kaučuk — vlastnosti a použitie v pneumatikách

Polybutadién — odolný syntetický kaučuk s vysokou odolnosťou proti opotrebovaniu; kľúčové využitie v pneumatikách, zlepšuje húževnatosť plastov a celkový výkon výrobkov.

Polybutadién je polymér, ktorý sa používa najmä ako syntetický kaučuk: vyrába sa z monoméru 1,3-butadiénu. Polybutadién má vysokú odolnosť proti opotrebovaniu. Približne 70 % produkcie sa používa na výrobu pneumatík. Približne 25 % sa používa ako prísada na zlepšenie húževnatosti (odolnosti voči nárazom) plastov, ako sú polystyrén a akrylonitrilbutadiénstyrén (ABS). Polybutadiénový kaučuk predstavoval v roku 2012 približne štvrtinu celkovej svetovej spotreby syntetických kaučukov. Používa sa aj na výrobu golfových loptičiek, rôznych elastických predmetov a na potiahnutie alebo zapuzdrenie elektronických zostáv, pričom ponúka vysoký elektrický odpor.

Štruktúra a typy

Polybutadién vzniká polymerizáciou 1,3-butadiénu a jeho vlastnosti silno závisia od mikroštruktúry opakujúcich sa jednotiek. Hlavné typy konfiguračných jednotiek sú 1,4-cis, 1,4-trans a 1,2-vinyl. Vyšší obsah cis-1,4 jednotiek dáva kaučuku väčšiu pružnosť a veľmi nízku teplotu skelného prechodu (Tg), čo zlepšuje pružnosť pri nízkych teplotách. Trans-1,4 zložka vedie k vyššej kryštalinity a tuhosti. Obsah 1,2-vinylových jednotiek ovplyvňuje správanie pri spracovaní a zvyšuje pevnosť pri pretrhnutí.

Výroba a metódy polymerizácie

Polymerizácia 1,3-butadiénu sa realizuje rôznymi spôsobmi, aby sa dosiahla požadovaná mikroštruktúra:

• aniontová polymerizácia (s organolíthiovými iniciátormi) – poskytuje dobrú kontrolu nad molekulovou hmotnosťou a rozdelením molekulových hmotností;
• koordinančná polymerizácia s katalyzátormi na báze kovov (napr. neodýmové alebo nikelové systémy) – používa sa na zvýšenie obsahu cis-1,4 jednotiek;
• radikálna polymerizácia – jednoduchšia, ale s menšou kontrolou nad mikroštruktúrou.

Hlavné fyzikálne a mechanické vlastnosti

Medzi typické vlastnosti polybutadiénu patria:

• vysoká odolnosť proti oderu a dobrá húževnatosť (absorbuje nárazy);
• nízka teplota skelného prechodu (Tg približne −90 až −100 °C pre vysoko cis-1,4 štruktúru), čo zabezpečuje pružnosť pri nízkych teplotách;
• nízka hustota (~0,90–0,92 g·cm−3), vďaka čomu sú výrobky ľahké;
• dobrá elektrická izolácia a vysoký elektrický odpor, čo je výhodné pri zapuzdrení elektroniky;
• možnosť dosiahnuť vysokú odolnosť voči nárazom pri kombinácii s inými polymérmi (kopolyméry, zmesi).

Použitie v pneumatikách a v zmesiach (kompaundovaní)

Pre svoje vlastnosti je polybutadién široko využívaný v pneumatikárskom priemysle. Typické dôvody nasadenia v pneumatikách:

• výborná odolnosť proti opotrebovaniu a oteru – dôležitá pre dlhú životnosť behúňa;
• nízka hysteréza pri vyšších teplotách u niektorých typov BR znižuje valivý odpor a môže prispieť k lepšej efektívnosti paliva;
• dobrá kombinovateľnosť so styrénom–butadiénovým kaučukom (SBR) – zmesi BR/SBR využívajú výhody oboch materiálov (lepší behúň, odolnosť a spracovateľnosť).

Pri spracovaní do pneumatik sa k polybutadiénu pridávajú plnidlá (napr. carbon black alebo siliky), oleje, antioxidanty a antiozonanty. Po kompaundovaní sa kaučuk vulkanizuje (najčastejšie sírou a urýchľovačmi), čím sa dosiahne požadovaná sieťovitá štruktúra a konečné mechanické vlastnosti.

Iné aplikácie

Okrem pneumatík sa polybutadién používa:

• ako prísada do tvrdších plastov (napr. PS, ABS) na zvýšenie húževnatosti a nárazu odolnosti – už spomínaných ~25 % produkcie;
• na výrobu golfových loptičiek vďaka svojej vysokej pružnosti a odrazivosti;
• na výrobu rôznych elastických dielcov (těsnenia, hadice, tlmiče vibrácií);
• pri potiahnutí a zapuzdreniach elektronických zostáv ako izolačný a ochranný materiál s vysokým elektrickým odporom.

Bezpečnosť, životné prostredie a recyklácia

Monomér 1,3-butadién je toxický a karcinogénny, preto je pri jeho spracovaní potrebné zaobchádzať s prísnymi bezpečnostnými opatreniami. Hotový polybutadién je stabilný polymér a nie je klasifikovaný ako karcinogénny. Pneumatiky a výrobky obsahujúce polybutadién predstavujú environmentálne výzvy pri likvidácii; obvyklé prístupy zahŕňajú recykláciu mechanickým drvením, devulkanizáciu alebo pyrolýzu na získanie palív a chemikálií. Vývoj efektívnejšieho zhodnocovania a znižovania emisií pri výrobe je dôležitý pre zníženie environmentálneho dopadu.

Trhové a priemyselné poznámky

Hoci sa podiely na trhu menia s vývojom technológií a dopytu, historicky predstavoval polybutadién významnú časť spotreby syntetických kaučukov – napríklad v roku 2012 približne štvrtinu celkovej svetovej spotreby syntetických kaučukov. Jeho uplatnenie v pneumatikách a v kompozitoch plastov ho robí kľúčovým materiálom v automobilovom a priemyselnom sektore.

Polybutadién je teda všestranný syntetický kaučuk s výnimočnou odolnosťou proti opotrebovaniu a dobrou húževnatosťou, čo z neho robí základnú zložku pri výrobe pneumatík, nárazuvzdorných plastov a ďalších technických produktov.

Hľadajte podľa písmena