Polybutadien: syntetgummi, egenskaper, användning och tillverkning

Polybutadien är en polymer som huvudsakligen används som syntetgummi. Den tillverkas av monomeren 1,3-butadien. Polybutadien har hög slitstyrka. Ungefär 70 % av produktionen används till däck. Cirka 25 % används som tillsats för att förbättra segheten (slagtåligheten) hos plaster som polystyren och akrylnitrilbutadienstyren (ABS). Polybutadiengummi stod 2012 för ungefär en fjärdedel av den totala globala konsumtionen av syntetiska gummisorter. Det används också för att tillverka golfbollar, olika elastiska föremål och för att belägga eller kapsla in elektroniska enheter med hög elektrisk resistivitet.

Egenskaper

Polybutadien har flera egenskaper som gör det användbart i tekniska applikationer:

• Hög slitstyrka och god motståndskraft mot nötning, vilket är en viktig anledning till dess dominans i däckindustrin.
• Låg glasövergångstemperatur (Tg), typiskt omkring −80 °C till −100 °C beroende på mikrostruktur, vilket ger god elasticitet vid låga temperaturer.
• Hög resilienc och återfjädringsförmåga (viktigt i t.ex. golfbollar).
• Möjlighet till stor variation i egenskaper genom att ändra andelen cis-1,4, trans-1,4 och 1,2-vinyl i polymeren.
• Låg densitet (runt 0,90–0,92 g/cm³) och god elektrisk isolering i obrutna material.

Mikrostruktur och typer

Polybutadien kan ha olika mikrostrukturer beroende på polymerisationsmetod och katalysatorer:

• Cis-1,4-polybutadien: Ger bäst elasticitet och slitstyrka, fördelaktigt i däck och andra högpresterande gummiapplikationer.
• Trans-1,4-polybutadien: Har högre kristallinitet och styvare beteende vid rumstemperatur.
• 1,2-vinylpolybutadien: Ökar Tg och gör materialet mindre elastiskt vid låga temperaturer, men kan ge andra bearbetningsfördelar.

Tillverkning

1,3-Butadien framställs huvudsakligen från petrokemiska processer som steam cracking av etan, propan eller nafta. Polymerisationen till polybutadien kan ske med olika tekniker:

• Anjonisk polymerisation (organolithium-katalysatorer) ger god kontroll över molekylvikt och mikrostruktur och används för att framställa högkvalitativa, cis- eller vinylrika varianter.
• Koordinationskatalys (t.ex. Ni-, Co- eller Ziegler–Natta-liknande system) kan producera cis-rika polymerer lämpade för däck.
• Fri radikal- eller emulsionspolymerisation används ibland för enklare eller kostnadseffektiv produktion, men med mindre kontroll över mikrostrukturen.

Bearbetning och förstärkning

Rå polybutadien är sällan använd helt ofylld eller ohärdad. Vanliga steg för att få önskade egenskaper:

• Fyllmedel: Carbon black och/eller silica används för att öka slitstyrka, dragstyrka och slitmotstånd.
• Vulkanisation: Sulfurbaserad vulkanisation är vanligast för att korslänka polymerkedjor och ge elastiska egenskaper. Peroxider kan användas för speciella applikationer.
• Tillsatser: Antioxidanter, antiozonanter, processhjälpmedel och plastifierare för att förbättra livslängd, bearbetbarhet och väderbeständighet.
• Blending: Polybutadien blandas ofta med andra gummisorter (t.ex. naturgummi eller SBR) för att kombinera egenskaper.

Användningsområden

Förutom däck och som impact-modifier i plaster används polybutadien i ett flertal produkter:

• Tyngre industridäck, personbilsdäck (ofta i blandning med SBR och naturligt gummi).
• Golfbollar (kärnmaterial), där hög resilienc ger bättre energiåtergivning.
• Gummibälten, slangar, packningar och vibrationdämpande komponenter.
• Elektronikinkapslingar och isolationsskikt där låg dielektrisk förlust och god isolering krävs.
• Hårda plaster (t.ex. polystyren och ABS) modifieras med små mängder polybutadien för att öka segheten och motstånd mot sprickbildning.

Miljö, hälsa och återvinning

• Hälsorisker: Monomeren 1,3-butadien är klassad som hälsoskadlig och har samband med cancer vid långvarig exponering. Industriell hantering kräver god ventilation och kontrollåtgärder.
• Återvinning: Däckåtervinning sker i stor skala via materialåtervinning (krossning till gummigranulat), energigenvinning och pyrolys. Devulkaniseringstekniker utvecklas för att återanvända gummi i ny produktion.
• Miljöpåverkan: Produktion är petrokemisk och klimatpåverkan beror på råvaruflödet och energianvändning. Forskning pågår för biobaserade alternativ och förbättrad kretsloppshantering.

Sammanfattning

Polybutadien är ett mångsidigt syntetiskt gummi med särskilt hög betydelse inom däckindustrin tack vare sin slitstyrka och låga temperaturflexibilitet. Genom variation i mikrostruktur, val av katalysator och tillsatser kan materialets egenskaper anpassas för många tekniska tillämpningar. Samtidigt ställer hantering av monomeren och slutprodukter krav på säkerhet och hållbar återvinningspraxis.

Sök med bokstav