Полибутадиен
Полибутадиен [бутадиенска гума BR] е синтетичка гума. Полибутадиенската гума е полимер формиран од полимеризација на мономерот 1,3-бутадиен . Полибутадиенот има висока отпорност на абење и се користи особено во производството на гуми (околу 70% од вкупното производство). Другите 25% се користат како додаток за подобрување на цврстината (отпорност на удар) на пластика како што се полистирен и акрилонитрил бутадиен стирен (ABS). Полибутадиенската гума сочинувала околу една четвртина од вкупната глобална потрошувачка на синтетичка гума во 2012 година [1] Исто така се користи за производство на топчиња за голф, разни еластични предмети и за обложување на електронски објекти, нудејќи висока електрична отпорност.[2]
IUPAC номенклатурата на полибутадиен е поли(бута-1,3-диен).
Буна гума е термин кој се користи за опишување на раната генерација на синтетичка полибутадиенска гума произведена во Германија од Баер користејќи натриум како катализатор.
Историја
Рускиот хемичар Сергеј Василевич Лебедев бил првиот што го полимеризирал бутадиенот во 1910 година [3][4] Во 1926 година тој измислил процес за производство на бутадиен од етанол, а во 1928 година развил метод за производство на полибутадиен користејќи натриум како катализатор.
Владата на Советскиот Сојуз се стремела да го користи полибутадиен како алтернатива на природната гума.[5] Во 1936 година во Советскиот Сојуз била изградена првата фабрика за полибутадиен во светот во која бутадиенот се добивал од нафта. До 1940 година, Советскиот Сојуз беше убедливо најголемиот производител на полибутадиен со 50.000 тони годишно.[6]
Следејќи ја работата на Лебедев, други индустриски развиени земји како Германија и САД започнуваат да развиваат полибутадиен и SBR како алтернатива на природната гума.
Во 1987 година, Баер започнува да користи катализатори базирани на неодимиум за катализирање на полибутадиен. Набргу потоа, други производители употребија поврзани технологии како што се EniChem (1993) и Petroflex (2002).
Во раните 2000-ти, индустријата за синтетичка гума повторно е погодена од периодична криза. Најголемиот светски производител на полибутадиен, Баер, претрпува финансиски загуби. Помеѓу 2002 и 2005 година тие ги затвораат фабриките за кобалт-полибутадиен во Сарнија (Канада) и Марл (Германија),[7] пренесувајќи го нивното производство во фабриките за неодимиум во Порт Жером (Франција) и Оранж (САД). Во исто време, бизнисот со синтетичка гума е префрлен од Баер во Ланксес, компанија основана во 2004 година кога Баер ги прекина своите хемиски операции и делови од своите полимерни активности.[8]
Полимеризација на бутадиен
1,3-бутадиен е органско соединение и едноставен конјугиран диен јаглеводород (диените имаат две двојни врски јаглерод-јаглерод). Полибутадиенот се формира со поврзување на многу мономери на 1,3-бутадиен за да се направи многу подолг полимерен синџир на молекула. Во однос на поврзаноста на полимерниот синџир, бутадиенот може да се полимеризира на три различни начини, наречени цис, транс и винил. Цис и транс формите настануваат со поврзување на молекулите на бутадиен од крај до крај, таканаречена 1,4-полимеризација. Одликите на добиените изомерни форми на полибутадиен се разликуваат. На пример, „високо цис“-полибутадиен има висока еластичност и е многу популарен, додека таканаречениот „висок транс “ е пластичен кристал со малку корисни апликации. Содржината на винил во полибутадиен обично не е повеќе од неколку проценти. Покрај овие три вида на поврзување, полибутадиените се разликуваат во однос на нивната разгранување и молекуларна тежина.
Видови
Катализаторот што се користи во производството значително влијае на видот на полибутадиенскиот производ.
| Катализатор | Моларна пропорција (%) | ||
|---|---|---|---|
| цис | транс | винил | |
| Неодимиум | 98 | 1 | 1 |
| Кобалт | 96 | 2 | 2 |
| Никел | 96 | 3 | 1 |
| Титаниум | 93 | 3 | 4 |
| Литиум | 10–30 | 20–60 | 10–70 |
Производство
Годишното производство на полибутадиен беше 2,0 милиони тони во 2003 година [10] Ова ја прави втората најпроизведена синтетичка гума по волумен, зад стирен-бутадиенската гума (SBR).[9][11]
Обработка
Полибутадиенската гума ретко се користи сама. Наместо тоа се меша со други гуми.
Користи
Годишното производство на полибутадиен е 2,1 милиони тони (2000 година). Ова ја прави втората најпроизведена синтетичка гума по волумен, зад стирен-бутадиенската гума (SBR).[12]
Гуми
Пластика
Околу 25% од произведениот полибутадиен се користи за подобрување на механичките својства на пластиката, особено на полистирен со високо влијание (HIPS) и во помала мера на акрилонитрил бутадиен стирен (ABS).[10][13] Додавањето помеѓу 4 и 12% полибутадиен во полистирен го трансформира од кревок и нежен материјал во еластичен и отпорен.
Голф топчиња
Повеќето топчиња за голф се направени од еластично јадро од полибутадиен опкружено со слој од потврд материјал. Полибутадиен се претпочита од другите еластомери поради неговата висока еластичност.[14]
Производството на топчиња за голф троши околу 20.000 тони полибутадиен годишно (1999).[13]
- Полибутадиенската гума може да се користи во внатрешната цевка на цревата за пескарење, заедно со природната гума, за да се зголеми еластичноста. Оваа гума може да се користи и во капакот на црева, главно пневматски и црева за вода.
- Полибутадиенската гума може да се користи и во железнички подлоги, блокови на мостови итн.
- Полибутадиенската гума може да се меша со нитрилна гума за лесна обработка. Сепак, големата употреба може да влијае на отпорноста на маслото на нитрилната гума.
- Полибутадиен се користи во производството на играчката со висока реституција Super Ball .[15] Поради високата еластичност, 100% вулканизат врз основа на полибутадиен гума се користи како луди топки — т.е. топката ако падне од 6-ти кат од куќа ќе се врати до 5½ до 6-ти кат (под претпоставка дека нема отпор на воздух).
- Полибутадиенот исто така се користи како врзивно средство во комбинација со оксидатор и гориво во различни бустери за цврсти ракети како што се јапонската ракета-носач H-IIB и Ariane 5 на ESA; најчесто се користи како полибутадиен со хидроксил (HTPB) или полибутадиен со карбоксил (CTPB).