Polybutadieeni – synteettinen kumi: ominaisuudet, käyttö ja valmistus

Polybutadieeni – synteettinen kumi: tutustu ominaisuuksiin, valmistukseen ja käyttöihin (renkaat, muovilisäaineet, golfpallot). Korkea kulutuskestävyys ja sähköeristys.

Polybutadieeni on polymeeri, jota valmistetaan 1,3-butadieenin monomeeristä ja jota käytetään pääasiassa synteettisenä kumina. Polybutadieenillä on korkea kulutuskestävyys ja alhainen lasittumislämpötila, minkä vuoksi se säilyttää elastisuutensa myös kylmissä oloissa. Noin 70 % tuotannosta käytetään renkaisiin, ja noin 25 % käytetään lisäaineena parantamaan muovien, kuten polystyreenin ja akryylinitriilibutadieenistyreenin (ABS), sitkeyttä (iskunkestävyyttä). Polybutadieenikumin osuus synteettisten kumien maailmanlaajuisesta kokonaiskulutuksesta oli noin neljännes vuonna 2012. Sitä käytetään myös golfpallojen ja erilaisten elastisten esineiden valmistukseen sekä elektronisten kokoonpanojen päällystämiseen tai kapselointiin, sillä se tarjoaa korkean sähkövastuksen.

Ominaisuudet

• Kulumiskestävyys: erinomainen, minkä vuoksi polybutadieeni sopii hyvin renkaiden kulutuspinnan ja muiden voimakasta kulumista kokevien osien materiaaliksi.
• Elastisuus ja palautuvuus: korkea, erityisesti cis-1,4-rakenteen ollessa hallitseva. Alhainen lasittumislämpötila (tyypillisesti kymmeniä asteita alle nollan) pitää materiaalin joustavana myös kylmässä.
• Mekaaninen lujuus ja sitkeys: hyvä isku- ja väsymiskestävyys, mikä paranee täyteaineilla (esim. hiiliplokkauksella) ja kumisekoituksilla.
• Sähköiset ominaisuudet: korkea eristyskyky, siksi polybutadieenia käytetään elektronisessa kapseloinnissa ja eristeissä.
• Molekyylirakenne: polymeeriketjun rakenne voi sisältää eri osamääriä 1,4-cis-, 1,4-trans- ja 1,2-vinyylisyksiköitä; cis-osuus vaikuttaa erityisesti elastisuuteen ja lasittumislämpötilaan.

Valmistus ja tyypit

Polybutadieeniä tuotetaan useilla polymeerointitekniikoilla. Tavallisimmat menetelmät ovat anioninen (liitiumpohjainen) ja koordinaatiopolymerointi (esim. nikkeli- tai kobolttikatalyysit), sekä emulsiopolymerointi suurissa teollisissa prosesseissa. Eri prosessit ja katalyytit tuottavat polymeerejä, joiden mikrorakenne ja molekyylipaino vaihtelevat, jolloin saadaan eri käyttötarkoituksiin sopivia laatuja (esim. korkea-cis, korkea-vinyyli tai korkea-trans).

Valmistuksen jälkeen polybutadieeni kompontetaan (sekoitetaan) täyteaineiden, pehmittimien, antioksidanttien ja rikkivulkanisointiaineiden kanssa. Vulkanointi (esim. rikkiä käyttäen) ristikytkee polymeeriketjuja ja antaa lopulliselle kumiseokselle halutut mekaaniset ominaisuudet ja lämmönkestävyyden.

Käyttökohteet

• Renkaat: suurin yksittäinen käyttökohde; polybutadieeni parantaa kulumiskestävyyttä ja väsymisominaisuuksia muun kumiseoksen rinnalla.
• Iskunkestävyyden parantajat: lisättynä muoveihin (kuten polystyreeniin tai ABS:ään) polybutadieeni toimii iskunkestävyyden parantajana ja sitkeyden lisääjänä.
• Urheiluvälineet ja pallot: golfpallojen ytimissä ja muiden pallojen sekä elastisten osien valmistuksessa sen korkea palautuvuus on eduksi.
• Elektroniikka: pinnoituksissa ja kapseloinneissa, joissa tarvitaan eristävää, joustavaa materiaalia.
• Muut: letkut, tiivisteet, kumiset komponentit ja seokset, joissa tarvitaan hyvää kulutuskestävyyttä ja alhaista hysteresishäviötä.

Käsittely, turvallisuus ja ympäristö

1,3-Butadieeni (lähtömonomeeri) on haihtuva ja terveydelle haitallinen aine; sitä pidetään syöpää aiheuttavana (IARC-luokitus). Teollisuudessa on siksi tärkeää valvoa päästöjä, käyttää asianmukaisia suojatoimia ja estää monomeerin vapautuminen. Polymeeriksi muuttuneena polybutadieeni on yleensä inerttinen eikä aiheuta samoja terveysriskejä kuin monomeeri.

Polybutadieenin seokset sisältävät usein antioksidantteja, pehmittimiä ja täyteaineita, joiden yhteisvaikutus vaikuttaa tuotteen kierrätettävyyteen. Renkaiden kierrätys ja kumikomponenttien hyötykäyttö ovat tärkeitä ympäristönäkökulmia; käytettyä kumia käsitellään mekaanisesti tai kemiallisesti talteenoton ja uudelleenkäytön mahdollistamiseksi.

Yhteenveto

Polybutadieeni on monipuolinen synteettinen kumimateriaali, jonka hyvä kulumiskestävyys, elastisuus ja iskunkestävyys tekevät siitä keskeisen komponentin erityisesti rengasteollisuudessa ja iskunkestävyyden parantajana muoveissa. Sen ominaisuudet määräytyvät merkittävästi polymerisointitekniikasta ja mikrorakenteesta, ja lopullinen suorituskyky saavutetaan sopivalla kompontoinnilla ja vulkanoinnilla. Teollisuudessa on huomioitava lähtöaineen toksisuus ja panostettava kierrätykseen ja päästöjen hallintaan.

Hae kirjaimella