Polybutadien

Polybutadien ist eine Sammelbezeichnung für eine Gruppe synthetischer Kautschuke, die aus 1,3-Butadien hergestellt werden. Die sogenannten BR-Kautschuke (Butadiene Rubber) sind eines der wichtigsten Synthesekautschuken, die heute verwendet werden. Polybutadien wird gemeinsam mit Styrol-Butadien-Kautschuk am häufigsten verwendet.

Herstellung

Die Herstellung erfolgt über verschiedene Arten der Ketten-Polymerisation. Durch den Polymerisationsvorgang werden vorhandene Doppelbindungen aufgeklappt und als Kettenverbindung verwendet (Polymerketten).

Bei der Kettenpolymerisation können sowohl 1,2-Einheiten (Vinylgruppe) oder 1,4-cis- oder 1,4-trans-Einheiten als Wiederholeinheit auftreten.

Die radikalische Kettenpolymerisation (eine Emulsionspolymerisation) erzeugt dabei speziell kurzkettige Makromoleküle, wenn Wasserstoffperoxid als Initiator für die Polymerisation eingesetzt wird. Auf diese Weise lassen sich auch gezielt endständige Diole erzeugen, die dann wiederum für die Herstellung von elastomeren Polyurethanen (PU-Kunststoffe) verwendet werden.
Läuft die Reaktion mit den sonst üblichen Initiatoren (Kaliumperoxidisulfat und Eisensalze) in einem niedrigen Temperaturbereich ab, lässt sich gezielt der Anteil an Vinylgruppen senken, ansonsten treten bei Normaltemperatur alle Wiederholeinheiten statistisch auf.

Durch die koordinative Kettenpolymerisation entstehen wegen der eingesetzten Ziegler-Natta-Katalysatoren hingegen Polymere mit einem sehr hohen 1,4-cis-Einheiten Anteil. Die Vulkanisate aus diesem Herstellungsweg werden dann als Elastomere eingesetzt.

Ein weiterer möglicher Polymerisationsweg ist die anionische Kettenpolymerisation. Hier wird der Polymerisationsvorgang mit Butyllithium initiiert, aus der Polymerisation gehen Strukturen mit einem nahezu ausgewogenen Verhältnis an 1,4-cis- und 1,4-trans-Einheiten hervor (40 % 1,4-cis-Einheiten, 50 % 1,4-trans-Einheiten).

Eigenschaften

Polybutadien bringt für seine Verwendung hervorragende Eigenschaften mit: es ist in einem sehr weiten Temperaturbereich (-80 °C bis +90 °C) einsetzbar, besitzt eine ähnlich hohe Festigkeit wie Naturkautschuk und daneben auch eine sehr hohe Abriebfestigkeit. Es ist zusätzlich hoch rissbeständig, wenn es gefüllt und vulkanisiert wird, die Festigkeit ist auch ohne Füllstoffe bereits sehr hoch.

Verwendung

Durch die bereits sehr guten technischen Eigenschaften und die Elastizität des Synthese-Kautschuks liegt die Hauptverwendung vor allem bei der Produktion von Autoreifen und Kernen für Golfbällen. Um die Eigenschaften und die Verarbeitbarkeit noch zu verbessern, wird Polybutadien bei der Verwendung häufig noch mit Naturkautschuk oder SBR (Styrol-Butadien-Kautschuk), einem Copolymer aus 1,3-Butadien und Styrol, gemischt.

Fazit

Naturkautschuk ist als Ausgangsmaterial für die Produktherstellung schon lange in den Hintergrund getreten – schon um 1900 wurde der erste vollsynthetische Kautschuk hergestellt, in der Zeit des Zweiten Weltkriegs betrug die Jahresproduktion an synthetischen Kautschuken allein bei Bayer in Leverkusen bereits 2.500 Tonnen. Die Suche nach Alternativen war notwendig geworden, weil Deutschland aufgrund der beiden Weltkriege keinen Zugang mehr zu natürlichen Kautschukquellen hatte. Heute sind rund 60 % des verwendeten Kautschuks synthetische Kautschuke, die häufigsten sind Polybutadien (BR) und Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR). Fast 70 % des weltweit insgesamt erzeugten Kautschuks werden dabei für die Herstellung von Autoreifen verwendet. Dafür werden meist BR, SBR und Naturkautschuk kombiniert eingesetzt.

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