Polybutadien

Polybutadien (BR) je umělý kaučuk, který vzniká polymerací monomeru 1,3-butadienu. Polybutadien má vysokou odolnost proti opotřebení. Používá se při výrobě pneumatik a také ke zlepšení odolnosti proti nárazu u plastů (například polystyren a akrylonitrilbutadienstyren). Polybutadien se používá i při výrobě golfových míčků, elastických předmětů a k potahování nebo zapouzdření elektronických sestav, jež nabízejí vysoký elektrický odpor.[1] Přidává se také do různých směsových pryskyřic.

Polybutadien, zde konkrétně cis izomer

V roce 2012 tvořil polybutadien přibližně jednu čtvrtinu celosvětové spotřeby syntetických kaučuků.[2] Vedle styren-butadienového kaučuku je to nejpoužívanější umělý kaučuk vůbec.

HistorieEditovat

Butadien byl poprvé polymerizován v roce 1910. Povedlo se to ruskému chemiku Sergeji Vasiljeviči Lebeděvovi.[3] V roce 1926 vynalezl proces výroby butadienu z ethanolu a o dva roky později vyvinul metodu výroby polybutadienu pomocí sodíku - katalyzátoru.

V roce 1930 byl postaven první pilotní závod na použití polybutadienu jako alternativy k přírodnímu kaučuku s použitím etanolu vyrobeného z brambor, protože právě o to usilovala vláda Sovětského svazu. Tento experiment se setkal s úspěchem a v roce 1936 byla postavena první polybutadienová továrna, kde byl polybutadien získáván z ropy. Do roku 1940 byl Sovětský svaz největším výrobcem polybutadienu na světě. V návaznosti na Lebeděvovi vynálezy vyvinuly i další státy polybutadien jako alternativu k přírodnímu kaučuku.[4]

V padesátých letech dvacátého století došlo k pokroku v oblasti katalyzátorů, což vedlo k lepším verzím polybutadienu. Do ropné krize v roce 1973 bylo trendem petrochemických společností a výrobců pneumatik stavění polybutadienových továren po celém světě. Expanze továren na několik let skoro ustala. Od té doby je tento trend spíše skromný a je zaměřen hlavně směrem na dálnou východní oblast (Jižní Korea, Čína).

Společnost Bayer reprodukovala Lebeděvovy procesy se sodíkem jako katalyzátorem. Název Buna rubber (buna kaučuk) je odvozený od butadien Bu a sodík Na. Tento termín je používán k popisu této generace polybutadienového kaučuku s katalyzátorem sodíkem. Během výroby zjistili, že při přidání styrenu dochází k lepším vlastnostem polybutadienu a tím vynalezli styren-butadien (jinak také Buna-S).[5]

Po druhé světové válce výroba syntetického kaučuku klesala z důvodu poklesu poptávky. Zájem ovšem ale opět stoupl po roce 1950, kdy byly objeveny Zieglerrovy-Nattovy katalyzátory. Metoda s těmito katalyzátory se prokázala jako mnohem lepší pro výrobu pneumatik než metoda se sodíkem.[6]

Mezi prvními výrobci v komerčním měřítku byly například výrobci pneumatik jako Goodyear Tire and Rubber Company nebo také ropná společnost Shell.

Na počátku roku 2000 byla výroba syntetického kaučuku opět v krizi, protože největší výrobce polybutadieunu, Bayer, prošel restrukturalizací z důvodu finančních ztrát. Došlo k uzavření několika závodů v Sarnii a Marl. Výroba byla přesunuta do Francie a USA. Výroba syntetického kaučuku byla přesunuta z firmy Bayer na společnost Lanxess.[7]

Polymerace butadienuEditovat

1,3-Butadien je organická sloučenina, jejíž spojením je vytváří polybutadien. Butadien je schopný polymerizovat třemi způsoby: cis, trans, vinyl.

Polybutadien má obvykle (jako ostatní polymery) vysokou molární hmotnost, neboť jedna molekula polybutadienu se skládá i z více než 2000 jednotek butadienu. Tyto jednotky se v reaktoru řadí za sebe, a to za přítomnosti katalyzátoru (komplexy obsahující neodym, nikl či kobalt, nebo např. butyllithium). Reakce je silně exotermická (uvolňuje se při ní energie) a hrozí při ní riziko výbuchu.[8]

Použitý katalyzátor při výrobě dokáže významně ovlivnit typ polybutadienového produktu.

Složení polybutadienu dle katalyzátoru
Katalyzátor Molární podíl (%)
cis trans vinyl
Neodym 98 1 1
Kobalt 96 2 2
Nikl 96 3 1
Titan 93 3 4
Lithium 10-30 20-60 10-70

Vysoký cis polybutadien[9]Editovat

  • vysoký podíl cis (více než 92 %)
  • malý podíl vinyl (méně než 4 %)

Nízký cis polybutadien[10]Editovat

  • obvykle obsahuje 36 % cis; 59 % trans; 10 % vinyl
  • polybutadien s nízkým obsahem cis se obvykle používá při výrobě pneumatik

Vysoký vinyl polybutadien[11]Editovat

  • vysoký podíl vinyl (více než 70 %)
  • lze výhodně použít s polybutadienem s vysokým obsahem cis v pneumatikách

Vysoký trans polybutadienEditovat

  • vysoký podíl trans (více něž 90 %)
  • výroba pomocí katalyzátorů s vysokým obsahem cis
  • dříve používán pro vnější vrstvu golfových míčků, dnes už jen průmyslově

VýrobaEditovat

Roční produkce polybutadienu v roce 2003 byla 2 miliony tun, což z něj činí jeden z nejčastěji vyráběných syntetických kaučuků.[10] K výrobě různých druhů kaučuku se nyní používá jedna rostlina, dříve tomu bylo jinak, protože výrobní procesy kaučuků bývaly odlišné. Polybutadienový kaučuk se používá samostatně velmi málo. Často se spíše mísí s ostatními kaučuky.

PoužitíEditovat

PneumatikyEditovat

Polybutadien je z velké části používán v různých částech výroby automobilových pneumatik. Výroba pneumatika spotřebovává zhruba 70 % celkové produkce polybutadienu (především s vysokým cis). Polybutadien se používá hlavně v bočnicích pneumatik pro nákladní automobily, což zlepšuje výdrž pneumatik.

PlastyEditovat

Zhruba 25 % vyrobeného polybutadienu se zpracovává do výroby plastů. Polybutadien zlepšuje mechanické vlastnosti plastů (odolnost nárazu). Například při přidání polybutadienu do výroby polystyrenu se polystyren mění z křehkého a jemného materiálu na tvárný a odolný. Kvalita procesu je zde důležitější než při výrobě pneumatik, například kvůli tomu, že plasty jsou používány v potravinářském průmyslu a musí tedy splňovat různé zdravotní požadavky.

Golfové míčkyEditovat

Většina míčků je vyrobena z elastického jádra z polybutadienu, které je obklopeno vrstvou tvrdšího materiálu. Polybutadien je v této výrobě upřednostňován díky své vysoké odolnosti.[12] Polybutadien spotřebovaný na výrobu golfových míčků činí asi 20 000 tun ročně.[13]

ReferenceEditovat

  1. BRANDT, Heinz-Dieter; NENTWIG, Wolfgang; ROONEY, Nicola. Rubber, 5. Solution Rubbers. Příprava vydání Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. Weinheim, Germany: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA Dostupné online. ISBN 978-3-527-30673-2. DOI 10.1002/14356007.o23_o02. S. o23_o02. (anglicky) DOI: 10.1002/14356007.o23_o02. 
  2. Marktstudie Synthetische Elastomere von Ceresana. web.archive.org [online]. 2015-03-18 [cit. 2022-03-13]. Dostupné v archivu pořízeném z originálu dne 2015-03-18. 
  3. VERNADSKY, George. Rise of Science in Russia 1700-1917. Russian Review. 1969-01, roč. 28, čís. 1, s. 37. Dostupné online [cit. 2022-03-13]. DOI 10.2307/126984. 
  4. July 25 - Today in Science History - Scientists born on July 25th, died, and events. www.todayinsci.com [online]. [cit. 2022-03-13]. Dostupné online. 
  5. The Birth of Buna. www.pslc.ws [online]. [cit. 2022-03-13]. Dostupné online. 
  6. Rubber technology. 3rd ed. vyd. London: Chapman & Hall ix, 638 pages s. Dostupné online. ISBN 0-412-53950-0, ISBN 978-0-412-53950-3. OCLC 34286555 
  7. World Business Briefing | Europe: Germany: Chemical Spinoff. The New York Times. 2004-07-17. Dostupné online [cit. 2022-03-13]. ISSN 0362-4331. (anglicky) 
  8. POLYBUTADIENE [online]. IISRP - International Institute of Synthetic Rubber Producers, Inc. [cit. 2010-01-29]. Dostupné v archivu pořízeném dne 2006-12-09. 
  9. FELDMAN, Dorel. Synthetic polymers : technology, properties, applications. London: Chapman & Hall xv, 370 pages s. Dostupné online. ISBN 0-412-71040-4, ISBN 978-0-412-71040-7. OCLC 34933188 
  10. a b RIEGEL, Emil Raymond. Kent and Riegel's handbook of industrial chemistry and biotechnology.. 11th ed.. vyd. New York: Springer 1 online resource (2 volumes) s. Dostupné online. ISBN 0-387-27843-5, ISBN 978-0-387-27843-8. OCLC 228076731 
  11. YOSHIOKA, A.; KOMURO, K.; UEDA, A. Structure and physical properties of high-vinyl polybutadiene rubbers and their blends. Pure and Applied Chemistry. 1986-01-01, roč. 58, čís. 12, s. 1697–1706. Dostupné online [cit. 2022-03-13]. ISSN 1365-3075. DOI 10.1351/pac198658121697. 
  12. How golf ball is made - material, manufacture, history, used, parts, procedure, steps, industry, machine, History. www.madehow.com [online]. [cit. 2022-03-13]. Dostupné online. 
  13. Wayback Machine. web.archive.org [online]. [cit. 2022-03-13]. Dostupné v archivu pořízeném z originálu dne 2006-12-09. 

Externí odkazyEditovat