Wikipedista:Studenti UTB/Pískoviště
Butadienový kaučuk editovat
Polybutadien neboli butadienový kaučuk (BR) je uměle vyrobený kaučuk polymerací monomeru 1,3-butadienu za přítomnosti Ziegler-Nattanových katalyzátorů. Jedná se o druhý nejvíce vyráběný kaučuk po styren-butadienovém kaučuku (SBR) a také jeden z nejlevnějších syntetických elastomerů. Není odolný vůči olejům, benzínu ani uhlovodíkovým rozpouštědlům. Při síťování je monomer smíchávám s dalšími přísadami jako jsou např. oleje, plniva, síťovací činidla či antioxidanty.
Polybutadien má 3 strukturní izomery: high cis polybutadien, low cis polybutadien a vinyl polybutadien. Cis-1,4- i trans-1,4-polybutadien mají velmi podobnou teplotu skelného přechodu (Tg) a to okolo -107 ° C. 1,2-vinyl má mnohem vyšší teplotu skelného přechodu a to přibližně 0 °C. [1] [2] [3] [5]
Historie
V roce 1910 ruský chemik Sergei Vasilyevich Lebedev poprvé polymerizoval butadien. V roce 1926 založil manufakturní výrobu butadienu z ethanolu a následně v roce 1928 začal pro velkovýrobu polybutadienu využívat sodík jako katalyzátor [6]. Vláda Sovětského svazu usilovala o použití polybutadienu jako alternativy k přírodnímu kaučuku a v roce 1930 postavila první závod založený na použití ethanolu vyrobeného z brambor [7]. Po velkém úspěchu byl v roce 1936 postaven v Sovětském svazu první závod na světě na výrobu polybutadienu, kdy byl butadien získáván z ropy. Do roku 1940 byl Sovětský svaz zdaleka největším producentem polybutadienu s výrobou 50 000 tun ročně. Dalšími zeměmi využívající polybutadien jako alternativu k přírodnímu kaučuku byly Německo a USA. V roce 1950 se začaly stavět závody na výrobu polybutadienu ve spoustě dalších zemí [8]. Němečtí vědci ze společnosti Bayer využili Lebedevova procesu výroby polybutadienu se sodíkem jako katalyzátorem. Vytvořili obchodní název Buna (Bu – butadien, Na – natrium [sodík]) [7]. Zjistili také, že po přidání styrenu do výroby má vzniklý kaučuk lepší vlastnosti. Vytvořili tak styren-butadienový kaučuk (SBR) s obchodním názvem Buna-S. Po vstupu USA do 2. světové války se tamní vláda rozhodla použít patenty společnosti Bayer pro výrobu Buna-S, aby mohli sami produkovat syntetický kaučuk [9]. V roce 1960 začala komerční produkce polybutadienu. Společnosti Goodyear Tire and Rubber Company a Goodrich začaly jako první vyrábět cis-polybutadien. Později se k nim připojily společnosti jako je Shell a Bayer. Společnost Bayer v roce 1987 začala vyrábět polybutadien pomocí katalýzy neodymem. Připojily se k nim společnosti EniChem (1993) a Petroflex (2002) [6].
Výroba
Buta-1,3-dien je surovinou, z níž se polymerací vyrábí syntetický butadienový kaučuk. Samotný butadienový kaučuk je obvykle obtížně zpracovatelný, proto se často používá ve směsích s jinými kaučuky. Butadienové kaučuky se v dnešní době vyrábějí nejčastěji roztokovou polymerací za přítomnosti Zieglerových-Nattových katalyzátorů. Obsahují většinou od 95 % do 98 % monomerních jednotek vázaných v konfiguraci 1,4 a 1 až 2 % monomerních jednotek vázaných v konfiguraci 1,2 a to vede k tvorbě bočních vinylových skupin na hlavním makromolekulárním řetězci polymeru.
Využití
Nejvíce se butadienový kaučuk využívá v automobilovém průmyslu a to pro výrobu pneumatik, která obsahuje až 70% butadienu, který je z velké většiny high cis. Navíc pro vnitřní část hadic, vnitřní plášť golfových míčků, který je pokryt vrstvou tvrdšího materiálu. Dále v menším množství na dopravní pásy, obuv, kabely, podlahové krytiny atd… Kromě toho má velké využití jako příměs, která zlepší mechanické vlastnosti dalších vyráběných plastů. Na příměsi se využívá okolo 25% vyrobeného polybutadienu. [4] [5]
Zdroje
[1] Polybutadien. ScienceDirect [online]. [cit. 2021-04-22]. Dostupné z: https://www.sciencedirect.com/topics/materials-science/polybutadiene
[2] DICK, John S. Rubber Technology - Compounding and Testing for Performance. Druhé. Hanser, 2009. ISBN 978-1-56990-465-7.
[3] Databáze vlastností polymerů [online]. [cit. 2021-04-22]. Dostupné z: http://polymerdatabase.com/Elastomers/BR.html
[4] Butadienový kaučuk. RahaGroup [online]. [cit. 2021-04-22]. Dostupné z: http://rahaoil.com/butadiene-rubber/
[5] Polybutadien. MatNet [online]. [cit. 2021-04-22]. Dostupné z: http://www.matnet.sav.sk/index.php?ID=657
[6] MORTON, Maurice. Rubber technology. 3. Holandsko: Springer, 1987. ISBN 978-0-412-53950-3.
[7] J. FELTON, Michael. Petroleum and downstream products [online]. [cit. 2021-04-22]. Dostupné z: http://pubsapp.acs.org/supplements/chemchronicles2/pdf/011.pdf?
[8] Today in science history. TODAYINSCI [online]. [cit. 2021-04-22]. Dostupné z: https://www.todayinsci.com/7/7_25.htm
[9] Polybutadiene history. EVONIK: Leading beyond chemistry [online]. [cit. 2021-04-22]. Dostupné z: https://history.evonik.com/de
[10] Mgr. Michal Bezděk. Přehled nejdůležitějších dienů. ELUC [online]. [cit. 2021-04-22]. Dostupné z: https://eluc.kr-olomoucky.cz/verejne/lekce/2400
[11] Bc. Jaroslav Zapletal. Vliv technologie přípravy na mechanické vlastnosti pryžových těles [online]. [cit. 2021-04-22]. Dostupné z: https://digilib.k.utb.cz/bitstream/handle/10563/39474/zapletal_2017_dp.pdf?sequence=1
[12] Polybutadien [online]. [cit. 2021-04-22]. Dostupné z: http://kirste.userpage.fu-berlin.de/chemistry/kunststoffe/polybutadien.htm Zdroj obrázku
[13] Polybutadien [online]. [cit. 2021-04-22]. Dostupné z: http://kirste.userpage.fu-berlin.de/chemistry/kunststoffe/polybutadien.htm
Zdroj tabulek
[14] Bc. Jaroslav Zapletal. Vliv technologie přípravy na mechanické vlastnosti pryžových těles [online]. [cit. 2021-04-22]. Dostupné z: https://digilib.k.utb.cz/bitstream/handle/10563/39474/zapletal_2017_dp.pdf?sequence=1
[15]Polybutadien. MatNet [online]. [cit. 2021-04-22]. Dostupné z: http://www.matnet.sav.sk/data/files/730.pdf