Polibutadiēns — sintētiskais kaučuks: īpašības, izmantošana un pielietojums

Polibutadiēns — sintētiskais kaučuks ar augstu nodilumizturību: riepu, plastmasu pastiprināšanai, golfa bumbiņām un elektronikai. Uzzini īpašības, izmantošanu un pielietojumu.

Polibutadiēns ir polimērs, ko galvenokārt izmanto kā sintētisko kaučuku: to ražo no monomēra 1,3-butadiēna. Polibutadiēnam ir augsta nodilumizturība. Aptuveni 70 % no saražotās produkcijas izmanto riepām. Aptuveni 25 % izmanto kā piedevu, lai uzlabotu plastmasu, piemēram, polistirola un akrilnitrilbutadiēnstirola (ABS), izturību (triecienizturību). Polibutadiēna kaučuks 2012. gadā veidoja aptuveni ceturto daļu no kopējā sintētisko kaučuku patēriņa pasaulē. To izmanto arī golfa bumbiņu, dažādu elastīgu priekšmetu ražošanā un elektronisko mezglu pārklājumam vai iekapsulēšanai, nodrošinot augstu elektrisko pretestību.

Īpašības

• Molekulārā uzbūve: polibutadiēns ir poli(1,3-butadiēns) ar atkārtotām vienībām, kuras var izpausties dažādos izomēros — galvenokārt cis-1,4, trans-1,4 un 1,2-vinil konfigurācijās. Šo izomēru attiecība ietekmē mehāniskās un termiskās īpašības.
• Zema stikla pārejas temperatūra (Tg): atkarībā no mikrostruktūras Tg parasti ir ļoti zema (tipiski apmēram -90 °C…-100 °C), kas nodrošina labu elastību pie zemām temperatūrām.
• Nodilumizturība un elastība: izcils nodiluma pretestības un augstas atdeves (resilience) kombinācija — īpaši svarīgi riepu protektoros un elastīgos elementus prasīgās slodzēs.
• Elektriskā izolācija: labs dielektriskais pretestības rādītājs — piemērots pārklājumiem vai iekapsulēšanai elektroniskās ierīcēs.
• Ķīmiskā un siltuma noturība: parasti laba, taču polibutadiēns ir nepolārs materiāls, tāpēc tam var būt ierobežota saderība ar polarākiem šķīdinātājiem un materiāliem bez atbilstošām piedevām vai saišu veidotājiem.

Sintēze un ražošana

• Polimerizācijas metodes: izmanto gan anjonu (organometālu) polimerizāciju, gan radikāļu un koordinācijas katalizatorus. Rūpnieciskā ražošana bieži notiek šķīduma vai emulģijas polimerizācijā.
• Katalizatori un mikrostruktūra: katalizatoru izvēle (piem., neodīma bāzes vai citi metālu savienojumi) un reakcijas apstākļi nosaka cis/trans un vinyl saturu. Augsti cis-1,4 saturs sniedz īpaši labu elastību, savukārt lielāks vinyl saturs uzlabo apstrādājamību un saķeri ar dažām matricām.
• Ražošanas produkti: tiek iegūtas dažādas kvalitātes — no gumijīgām kaučuka granulām līdz speciāliem šķidriem vai suspendētiem polimēriem, kas paredzēti turpmākai pārstrādei un kompozītmateriālu veidošanai.

Pielietojums

• Riepas: lielākā daļa polibutadiēna patēriņa nonāk riepu ražošanā — galvenokārt protektoros un biezos slāņos, kur svarīga ir nodiluma izturība un zema siltuma veidošanās.
• Triecienizturības pastiprinātājs: kā piejaukums plastmasām (piem., polistirola, ABS) uzlabo triecienizturību un elastību, it īpaši kā ģraftēts kaučuka fāzes atbalsts (impact modifier).
• Golfa bumbiņas un sporta aprīkojums: spēles elementu kodolos un pārklājumos izmanto, lai panāktu vēlamās atsitiena īpašības.
• Elektronikas iekapsulēšana: pārklājumos un līmēs, kur vēlamas labas izolējošas īpašības un mehāniska aizsardzība.
• Citi pielietojumi: blīvējumi, amortizatori, gumijas detaļas un dažādi elastīgi elementi; kā arī kompozītmateriālu komponentes un speciālas gumijas maisījumu sastāvdaļa.

Apstrāde un kompozīcijas

• Komponēšana: polibutadiēns tiek sajaukts ar pildvielām (karbona melnu, silīciju), plastifikatoriem, antioksidantiem un vulkanizācijas sistēmām (sērs, acceleratori), lai iegūtu vajadzīgās īpašības.
• Vulkanizācija: kā lielākajai daļai kaučuku, nepieciešama krustenisko saišu veidošana (vulkanizācija) ar sēru vai citiem sistēmas komponentiem, lai sasniegtu optimālu cietību un elastību.
• Sajaukumi ar citiem kaučukiem: bieži lieto maisījumus ar natūrālo kaučuku, SBR un citiem sintētiskiem kaučukiem, lai savienotu īpašības (piem., elastību, izturību, procesuālās īpašības).

Drošība un ilgtspēja

• Monomēra bīstamība: 1,3-butadiēns (monomērs) ir gaistošs un toksisks, uzskatāms par kancerogēnu; industrijā nepieciešami stingri drošības pasākumi, ventilācija un uzraudzība.
• Vides aspekti: pats polibutadiēns ir stabils un lēni bioloģiski noārdāms, tāpēc izlietoto gumijas atkritumu (īpaši riepu) apsaimniekošana ir svarīgs izaicinājums. Plaši izmanto pārstrādi — drupināšanu, devulkanizāciju vai termiskās pārstrādes (piem., pirolīze) un atjaunotu materiālu iekļaušanu asfaltā un citos produktos.
• Jaunās tendences: pētījumi par bioizcelsmes butadiēnu un ilgtspējīgākām ražošanas metodēm turpina attīstīties, kā arī par devulkanizācijas tehnoloģiju uzlabojumiem, lai samazinātu atkritumu ietekmi.

Kopsavilkums

Polibutadiēns ir nozīmīgs sintētiskais kaučuks ar izcilu nodilumizturību un zemu stikla pārejas temperatūru, kas padara to piemērotu riepu ražošanai, triecienizturības pastiprināšanai plastmasām un dažādiem elastīgiem izstrādājumiem. Tā īpašības un ražošanas variācijas (cis/trans/vinyl saturs) ļauj pielāgot materiālu dažādiem tehniskajiem risinājumiem, bet vienlaikus liek uzsvērt drošības un ilgtspējīgas apsaimniekošanas nozīmi rūpniecībā.

Meklēt pēc burta