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Polybutadien

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
Polymere aus 1,3-Butadien
(schematische Präsentation)<ref name="Lechner">M. D. Lechner, K. Gehrke, E. H. Nordmeier: Makromolekulare Chemie. 4. Auflage. Birkhäuser Verlag, 2010, ISBN 978-3-7643-8890-4, S. 29.</ref>
Datei:Cis-1,4-Polybutadiene V.1.png
Ausschnitt aus einer Polymerkette von cis-1,4-Polybutadien. Eine C4-Einheit ist blau eingekreist.
Datei:Trans-1,4-Polybutadiene V.2.svg
Ausschnitt aus einer Polymerkette von trans-1,4-Polybutadien. Eine C4-Einheit ist blau eingekreist.
Datei:Isotactic-1,2-Polybutadiene V.1.png
Ausschnitt aus einer Polymerkette von isotaktischem-1,2-Polybutadien. Eine C4-Einheit ist blau eingekreist. In den Seitenketten erkennt man die Vinylgruppen.
Datei:Syndiotactic-1,2-Polybutadiene V.1.png
Ausschnitt aus einer Polymerkette von syndiotaktischem-1,2-Polybutadien. Eine C4-Einheit ist blau eingekreist. In den Seitenketten erkennt man die Vinylgruppen.

Polybutadien ist eine Sammelbezeichnung für Homopolymere, die aus 1,3-Butadien hergestellt werden. Polybutadien zählt zu den Synthesekautschuken und wird auch als Butadien-Kautschuk (Kurzzeichen BR vom {{#invoke:Vorlage:lang|full|CODE=en|SCRIPTING=Latn|SERVICE=englisch}}) bezeichnet.

In Bezug auf den globalen Verbrauch ist Polybutadien der zweitwichtigste synthetische Kautschuk und machte im Jahr 2012 etwa ein Viertel des Marktvolumens aus.<ref>Arne Peters: <templatestyles src="Webarchiv/styles.css" />{{#if:20140714145444

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  }} In: K-Zeitung.  24. Juni 2013.</ref>

Herstellung

Polybutadien kann mittels anionischer, koordinativer oder auch radikalischer Kettenpolymerisationen hergestellt werden. Je nach Art der Polymerisation entstehen Polybutadiene mit unterschiedlich häufig auftretenden strukturellen Einheiten. Die C-C-Doppelbindungen in den Wiederholeinheiten können als 1,4-cis-, 1,4-trans- oder als 1,2-Einheiten auftreten. Eine 1,2-Einheit entspricht einer Vinylgruppe, die Doppelbindung liegt in der Seitenkette.

Radikalische Kettenpolymerisation: Emulsionspolymerisation führt zu einem statistischen Auftreten der drei Sequenzen. Bei niedriger Reaktionstemperatur (5 °C) sinkt der Anteil an Vinylgruppen. Initiierung erfolgt mit Kaliumperoxodisulfat und Eisensalzen.<ref name="MakroChem1">Bernd Tieke: Makromolekulare Chemie. 3. Auflage. Wiley-VCH, Weinheim, 2014, S. 93.</ref> Mit Wasserstoffperoxid als Initiator lassen sich kurzkettige Makromoleküle herstellen, die durch Start- und Abbruchreaktion mit OH-Radikalen zu endständigen Diolen führen (Telechele). Als Diole werden sie zur Synthese von elastomeren Polyurethanen verwendet.

Anionische Kettenpolymerisation: Die Initiierung der Kettenpolymerisation erfolgt mit Butyllithium. Das so erhaltene Polybutadien enthält etwa 40 % 1,4-cis- und 50 % 1,4-trans-Einheiten. Auf diesem Weg wird Butadien jedoch bevorzugt zu Copolymeren, wie Styrol-Butadien-Kautschuken, Styrol-Butadien-Styrol-Blockcopolymeren oder Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymeren umgesetzt.<ref name="MakroChem2">Bernd Tieke: Makromolekulare Chemie. 3. Auflage. Wiley-VCH, Weinheim, 2014, S. 114.</ref>

Koordinative Kettenpolymerisation: Die stereospezifischen Ziegler-Natta-Katalysatoren führen zu einem Polymer mit einem hohen Anteil an 1,4-cis-Einheiten. Vulkanisate dieses Polymers werden als Elastomere verwendet.<ref name="MakroChem3">Bernd Tieke: Makromolekulare Chemie. 3. Auflage. Wiley-VCH, Weinheim, 2014, S. 149.</ref>

<ref>Dirk Steinborn: Grundlagen der metallorganischen Komplexkatalyse. Vieweg + Teubner, Wiesbaden 2010, S. 232. (Eingeschränkte Vorschau)</ref> Polymerisation cis-1,4-Einheiten (%) trans-1,4-Einheiten (%) 1,2-Einheiten (%)
Neodym koordinativ 98 1 1
Cobalt koordinativ 97 1 2
Nickel koordinativ 97 2 1
Titan koordinativ 93 3 4
Butyllithium anionisch 36 bis 38 52 bis 53 10 bis 12

Polybutadien besitzt eine hohe Elastizität und ist im Temperaturbereich von - 80 °C bis 90 °C einsetzbar. Polybutadien besitzt auch ohne Füllstoffe eine gute Festigkeit (ähnlich wie Naturkautschuk), eine hervorragende Abriebfestigkeit, wenn gefüllt und vulkanisiert auch eine hohe Rissbeständigkeit.

Verwendung

Datei:Yokohama ADVAN Tires WTCC 2006.jpg
70 % des weltweit produzierten Polybutadiens werden für die Herstellung von Reifen verbraucht.

Zur Verbesserung der Eigenschaften und der Verarbeitbarkeit wird Polybutadien mit Naturkautschuk oder Styrol-Butadien-Kautschuk SBR versetzt. Es findet Verwendung in Kfz-Reifen und Golfballkernen.

Polybutadien ist ein Hauptbestandteil von Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer, auch bekannt als ABS-Kunststoff, ein sehr vielseitig einsetzbarer Kunststoff mit guten Materialeigenschaften. ABS verdankt seine Elastizität und Bruchfestigkeit dem Anteil an Polybutadien.

Einzelnachweise

<references />