Polybutadien – syntetisk gummi: egenskaber, anvendelser og produktion

Polybutadien: slidstærkt syntetisk gummi med dæk, plastforstærkning og elektronikovertræk — egenskaber, produktion og anvendelser forklaret.

Polybutadien er en polymer, der hovedsageligt anvendes som syntetisk gummi. Den fremstilles ved polymerisation af monomeren 1,3-Butadien og er kendt for sin høje modstandsdygtighed over for slid og gode elasticitetsegenskaber. Ca. 70 % af den globale produktion anvendes til dæk, mens omkring 25 % bruges som tilsætningsstof for at forbedre sejheden (slagfastheden) i plastmaterialer som f.eks. polystyren og acrylonitrilbutadienstyren (ABS). Polybutadiengummi udgjorde i 2012 cirka en fjerdedel af det samlede verdensforbrug af syntetisk gummi. Materialet bruges også i golfbolde, elastiske komponenter, slanger, remme og til overtræk eller indkapsling af elektroniske samlinger, fordi det giver god elektrisk isolering.

Egenskaber

• Høj slidstyrke og sejhed: Polybutadien har fremragende modstandsdygtighed mod mekanisk slid, hvilket gør det velegnet til dæk og andre slidende anvendelser.
• Lav glastransitionstemperatur (Tg): Afhængigt af mikrostrukturen kan Tg være meget lav; for høj-cis-1,4-polybutadien er Tg typisk omkring -100 °C, hvilket giver fremragende fleksibilitet ved lave temperaturer.
• Elastisk restitution og lav hysterese: Materialet har god elasticitet og kan levere høj resiliense, især i kombination med passende fyldstoffer og vulkanisering.
• God elektrisk isolering: Polybutadien har lav dielectricitet og bruges derfor i nogle elektriske og elektroniske anvendelser.
• Tæthed og styrke: Densiteten ligger typisk omkring 0,90–0,92 g/cm³; mekaniske egenskaber efter vulkanisering afhænger stærkt af polymerens molekylvægt, mikrostruktur og fyldstoffer.

Microstruktur og betydning

Polybutadiens egenskaber afhænger af dens mikrostruktur, som dannes under polymerisationen:

• Cis-1,4: Giver blød, fleksibel og elastisk gummi med meget lav Tg – ønsket til dæk og lavtemperaturanvendelser.
• Trans-1,4: Har tendens til at skabe mere krystallinske eller stive segmenter, som kan øge stivheden og temperaturbestandigheden.
• 1,2-vinyl (pendant vinylgrupper): Øger Tg og kan ændre processeringsegenskaber og kompatibilitet med andre polymerer.

Fremstilling og polymerisationsmetoder

Polybutadien fremstilles kommercielt ved additionpolymerisation af 1,3-butadien. Almindelige teknikker omfatter:

• Koordineret katalyse: Særlig neodym- eller andre overgangsmetalbaserede katalysatorer anvendes for at opnå høj cis-1,4-indhold og dermed gummiets ønskede lave Tg og elasticitet.
• Anionisk polymerisation: Initiatorer som organolithiumforbindelser (fx n-BuLi) benyttes til at kontrollere molekylvægten og få smal molekylvægtfordeling.
• Radikal polymerisation: Simpelt og robust, men giver ofte bredere molekylvægtsfordeling og mindre kontrol over mikrostrukturen.

Kildematerialet 1,3-butadien fremkommer primært ved termisk krakning af nafta eller andre petrokemiske fraktioner, men der forskes også i alternative, bio-baserede ruter til butadienproduktion.

Forarbejdning og tilsætningsstoffer

Rå polybutadien er typisk ikke færdigvare – den blandes og forarbejdes med forskellige ingredienser afhængigt af anvendelsen:

• Vulkanisering: Sulfurbaserede systemer er mest udbredte for at opnå tværbinding og dermed mekanisk styrke og elasticitet. Acceleranter, zinc oxide og stearinsyre bruges ofte.
• Fyldstoffer: Carbon black (f.eks. N234) eller silica anvendes for at øge slidstyrke, styrke og modstandsdygtighed over for revner.
• Andre additiver: Antioxidant, anti-ozonanter, blødgørere, procesolier og coupling-agenter forbedrer holdbarhed, forarbejdelighed og egenskaber.
• Forarbejdning: Blandes i banbury-mixere eller ekstruderes og formpresses/kalenderes til færdige komponenter.

Anvendelser

Polybutadiens kombination af slidstyrke, elasticitet og lave temperatur-egenskaber gør det velegnet til en lang række produkter:

• Dæk: Hovedanvendelsen; ofte i blandinger med styren-butadiengummi (SBR) for at optimere slidmodstand, rullemodstand og greb.
• Slagfasthedstilføjelse i plast: Som pulver eller polymerpartikler forøger polybutadien sejheden i plasttyper som ABS og HIPS.
• Sport:** Golfbolde (kerner) udnytter dens høje resiliense.
• Elastiske komponenter: O-ringe, pakninger, tætningslister, drivremme og slanger.
• Elektronik: Overtræk og indkapsling af elektroniske samlinger, hvor elektrisk isolering er vigtig.

MILJØ, SIKKERHED OG BÆREDYGTIGHED

• Ressource og produktion: Traditionelt baseret på fossile råstoffer; der arbejdes på alternative ruter som katalytisk omdannelse af bioethanol til butadien.
• Genanvendelse: Dækgenanvendelse (crumble, pyrolyse) og materialegenbrug er vigtige for at reducere miljøpåvirkningen, men udfordringer ved blandede materialer og fyldstoffer gør det komplekst.
• Sundhed og sikkerhed: Monomerrester (butadien) er flygtige og kræver håndtering med passende ventilation og beskyttelse, da 1,3-butadien er klassificeret som sundhedsfarlig ved indånding/eksponering ved høje niveauer.
• Holdbarhed: Polybutadien er ikke let biologisk nedbrydeligt; korrekt affaldshåndtering og recycling er derfor vigtige.

Opsummering

Polybutadien er et alsidigt syntetisk gummi med fremragende slidstyrke, lav temperaturflexibilitet og god elektrisk isolering. Dets egenskaber kan tilpasses ved valg af polymerisationsmetode, mikrostruktur og tilsætningsstoffer, hvilket gør det centralt i dækindustrien, som slagstyrkeforbedrer i plast, og i mange elastiske og tekniske anvendelser. Samtidig er fokus på sikker produktion, håndtering af monomerer samt genanvendelse og bæredygtige råstoffer voksende i branchen.

Ca. 70 % af den producerede polybutadien anvendes til fremstilling af dæk.

Søge