Polibutadienas: sintetinis kaučiukas, savybės ir panaudojimas

Polibutadienas – atsparus dilimui sintetinis kaučiukas: savybės, panaudojimas padangose, plastikų stiprinime, golfo kamuoliukuose ir elektronikos hermetikai.

Polibutadienas yra polimeras, daugiausia naudojamas kaip sintetinis kaučiukas: jis gaminamas iš monomero 1,3-butadieno. Polibutadienas pasižymi dideliu atsparumu dilimui. Apie 70 % produkcijos sunaudojama padangoms gaminti. Apie 25 % jo naudojama kaip priedas plastikų, pavyzdžiui, polistireno ir akrilnitrilbutadienstireno (ABS), tvirtumui (atsparumui smūgiams) pagerinti. 2012 m. polibutadieno kaučiukas sudarė apie ketvirtadalį viso pasaulyje suvartojamo sintetinio kaučiuko kiekio. Jis taip pat naudojamas golfo kamuoliukams, įvairiems elastingiems daiktams gaminti ir elektroniniams mazgams dengti arba hermetizuoti, nes pasižymi didele elektrine varža.

Savybės

Polibutadienas turi keletą svarbių fizinių ir mechaninių savybių, dėl kurių jis plačiai taikomas pramonėje. Pagrindinės savybės:

• Didelis atsparumas dilimui – ypač svarbu padangų protektoriui ir kitiems dėvėjimuisi jautriems gaminiams.
• Didelė elastingumo atstatymo geba (resilient) – geri grįžtamieji mechaniniai parametrai po deformacijos.
• Žemas stiklėjimosi temperatūros intervalas (Tg maždaug −100 … −90 °C), todėl medžiaga išlieka elastinga žemoje temperatūroje.
• Gera smūgiams atspari savybė – dažnai naudojamas kaip smūgių modifikatorius plastikuose.
• Didelė elektrinė varža – tinka izoliacijai ir elektroniniams padengimams.
• Nemažai variantų mikrostruktūrų – polimerizacijos būdas lemia cis-1,4, trans-1,4 arba 1,2-vinilinę struktūrą, kas keičia elastingumą, kietumą ir polimerio kristaliniškumą.

Gamyba ir mikrostruktūra

Polibutadienas gaunamas polimerizuojant 1,3-butadieną. Priklausomai nuo katalizatoriaus ir polimerizacijos sąlygų susidaro skirtingos mikrostruktūros:

• cis-1,4 struktūra suteikia aukštą elastingumą ir geras žemo temperatūros savybes;
• trans-1,4 fragmentai didina kietumą ir gali skatinti dalinį kristalinimą;
• 1,2-vinilinė (vinyl) struktūra didina stiklėjimosi temperatūrą ir kietumą.

Polimerizacija gali vykti radikaliai (emulsinė polimerizacija), anioniniu būdu arba koordinacine (Ziegler–Natta, retojo žemės metalo katalizatoriai) katalize. Skirtingi metodai ir katalizatoriai leidžia kontroliuoti cis/trans santykį bei vinyl frakciją, todėl gaminamos skirtingos polibutadieno rūšys, pritaikytos specifiniams poreikiams.

Panaudojimas

Polibutadieno pagrindinės taikymo sritys:

• Padangų pramonė – daugiausiai naudojamas padangų protektoriaus mišiniuose arba kartu su kitais kaučiukais (pvz., natūraliu kaučiuku, SBR), dėl puikaus dilimo atsparumo ir elastingumo.
• Plastikų priedas (impact modifier) – kaip smūgiams atsparumo modifikatorius polistirenui, ABS ir kitiems polimerams, pagerina atsparumą lūžiams ir smūgiams.
• Sporto inventorijai – golfo kamuoliukai, įvairios elastingos detalės.
• Sandarikliai, klijai ir padengimai – naudojamas kaip elastiniai komponentai, taip pat elektroninių komponentų hermetizacijoje dėl didelės izoliacijos.
• Pramoninės dalys – žarnos, diržai, gumos izoliacinių detalių gamyba.

Apdorojimas ir vulkanizacija

Polibutadienas apdorojamas kaip kiti kaučiukai: maišomas su priedais, užpildais ir stabilizatoriais, o galutinis mechaninis ir cheminis atsparumas dažniausiai pasiekiamas vulkanizacijos (sulfuracijos) būdu. Vulkanizacija sukuria tinklą tarp polimerinių grandinių, pagerina tempines ir pastovumo savybes.

Aplinkos ir saugos aspektai

Polibutadienas kaip polimeras nėra biologiškai skaidus per trumpą laiką, todėl jo perdirbimas ir atliekų tvarkymas svarbūs. Padangų perdirbimas gali vykti mechaniniu drožlumu ar pirolizės būdu. Reikėtų atkreipti dėmesį į tai, kad monomeras 1,3-butadienas yra toksiškas ir priskiriamas kancerogenams, tad gamybos metu būtinos tinkamos saugos priemonės. Gatavas polibutadienas paprastai yra saugesnis tvarkyti, tačiau pramoninės dulkės ar smulkios dalelės gali kelti mechaninę riziką.

Santrauka

Polibutadienas yra universalus sintetinis kaučiukas, vertinamas dėl savo atsparumo dilimui, gerų žemo temperatūros savybių ir gebėjimo pagerinti plastikų atsparumą smūgiams. Jo savybės priklauso nuo mikrostruktūros, kurią kontroliuoja polimerizacijos būdas. Dėl plataus panaudojimo spektrų ir reikšmės padangų pramonei polibutadienas lieka vienu iš svarbiausių sintetinių kaučiukų.

Paieška pagal raidę