Butadienový kaučuk Střední odborná škola Otrokovice www.zlinskedumy.cz Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je ing. Emil Vašíček Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze. www.zlinskedumy.cz

Charakteristika DUM 1 Název školy a adresa Střední odborná škola Otrokovice, tř. T. Bati 1266, 76502 Otrokovice Číslo projektu CZ.1.07/1.5.00/34.0445 /5 Autor Ing. Emil Vašíček Označení DUM VY_32_INOVACE_SOSOTR-Gu-CHS/2-PV-5/18 Název DUM Butadienový kaučuk Stupeň a typ vzdělávání Středoškolské vzdělávání Kód oboru RVP 28-52-H/01 Obor vzdělávání Gumař-plastikář Vyučovací předmět Chemické suroviny Druh učebního materiálu Výukový materiál Cílová skupina Žák, 16 – 17 let Anotace Výukový materiál je určený k frontální výuce s doplňujícím výkladem vyučujícího, Náplň: syntetické kaučuky pro všeobecné použití, butadienový kaučuk, výroba, použití Vybavení, pomůcky Dataprojektor Klíčová slova Syntetický kaučuk, butadienový kaučuk, Datum 6. 1. 2013

Butadienový kaučuk Náplň výuky: Rozdělení syntetických kaučuků Kaučuky pro všeobecné použití Butadienový kaučuk výroba použití

Obr. 2: hrob Lebeděva v Leningradě Historie 1910 – Rus Sergej Vasiljevič Lebeděv (1874-1934) poprvé polymeroval butadien 1939 – firma Goodrich vivinula proces výroby BR 1956 – komerční použití Ziegler-Natta katalyzátorů Obr. 1: Lebeděv Obr. 2: hrob Lebeděva v Leningradě

Obr. 3: na okruhu Jokohama Butadien Butadienový kaučuk (BR) je po butadien-styrenovém kaučuku druhý nejčastěji používaný syntetický kaučuk; asi 70 % se spotřebuje při výrobě pneumatik a dalších 25 % jako přísada pro zlepšení mechanické pevností plastů (hlavně styrénu – SBR a ABS). Butadienový kaučuk má vynikající pružnost v rozsahu teplot od -80 °C až 90 °C  dobrou pevnost i bez plnidel (jako přírodní kaučuk) vynikající odolnost proti otěru plněný i vysokou odolnost proti praskání  Obr. 3: na okruhu Jokohama

n CH2=CH–CH=CH2 → (-CH2–CH=CH–CH2-)n Syntetické kaučuky Chemickou podstatou butadienového kaučuku je uhlovodík butadien chemický název buta-1,3-dien (dřívější označení 1,3-butadien) C H Obr. 4: butadien polymerovaný na polybutadien n CH2=CH–CH=CH2 → (-CH2–CH=CH–CH2-)n kde n >2000 a reakce je silně exotermická

Izomerie butadienového meru Butadien v řetězci se vyskytuje ve třech různých formách –CH2 –CH– | CH || CH2 C H –CH2 CH2– \ / CH=CH Obr. 7: vinyl H C Obr. 5: cis-1,4 C H Obr. 6: trans-1,4 –CH2 \ CH=CH CH2–

Obr. 8: vliv katalyzátoru Druhy polybutadienu Použitý katalyzátor určuje složení polybutadienu. Prvek cis (%) trans (%) vinyl (%) Neodym 98 1 Kobalt 96 2 Nikl 3 Titan 93 4 Lithium 10 – 30 20 – 30 10 – 70 Obr. 8: vliv katalyzátoru

Cis izomer –CH2 CH2– \ / CH=CH Použití kobaltu dává polymer s rozvětvenými molekulami a nízkou viskozitou, ale poměrně nízkou mechanickou pevností. Obr. 5: cis-1,4 C H

Obr. 9: vnitřek golfového míčku Trans izomer Kaučuk s vysokým obsahem trans je silně krystalický a podobný jako trans polyizoprén či balata Používá se na výrobu golfových míčků spotřeba v roce 1999 – 20.000 tun C H –CH2 \ CH=CH CH2– Obr. 6: trans-1,4 Obr. 9: vnitřek golfového míčku

Vinyl izomer –CH2 –CH– | CH || CH2 Obr. 7: vinyl Produkt lithia se nehodí pro výrobu plášťů, ale je přísadou do plastů Např. přídavek 4 – 12 % do PS umožní místo křehkého vznik houževnatého materiálu. H C

Srovnání struktury Tvar řetězce jednotlivých typů cis-1,4-polybutadien trans-1,4-polybutadien isotaktiský 1,2-polybutadien sindiotaktický 1,2-polybutadien Obr. 10 Modře je vyznačen mezomer (4 uhlíky)

2 CH3CH2OH → 3 CH2=CH–CH=CH2 + 2 H20 + H2 Butadien Butadien je nejdůležitějším monomerem pro výrobu syntetických kaučuků. U nás se vyráběl ze syntetického ethanolu. Při výrobě dochází ke katalytické dehydrataci (odštěpení vody katalyzované oxidem křemičitým SiO2) a k dehydrogenaci (odštěpení vodíku katalyzované Mg0). Přítomnost oxidů dalších kovů aktivuje uvedené katalyzátory. Celková rovnice je: 2 CH3CH2OH → 3 CH2=CH–CH=CH2 + 2 H20 + H2 Výroba ethanolu je však nákladná a kromě toho je ethanol hlavní surovinou i pro jiné výroby. Obr. 11: ethanol

CH3–CH2–CH2–CH3 → CH3–CH=CH–CH3 + H2 Butadienový kaučuk Stejně tak ztratila význam výroba butadienu z acetylénu, který je rovněž drahý. Výroba je složitá a nákladná a díky výbušnosti acetylénu i nebezpečná. Proto tyto výroby nemohou konkurovat výrobě petrochemické, kde se butadien vyrábí dehydrogenací krakových plynů: CH3–CH2–CH2–CH3 → CH3–CH=CH–CH3 + H2 CH3–CH=CH–CH3 → CH2=CH–CH=CH2 + H2 Dnes se butadienový kaučuk vyrábí pomocí stereospecifických katalyzátorů (jedním z tzv. Ziegler-Natta katalyzátorů je triethylaluminium) a proto se takto polymerovaný butadienový kaučuk označuje jako stereospecifický (prostorově uspořádaný). C H Al Obr. 12: triethylaluminium

Katalytická polymerace Katalytická polymerace je roztoková v uhlovodíkovém rozpouštědle (hexan nebo heptan) při zvýšené teplotě. Kaučuky jsou amorfní, ale krystalují při protažení nebo i samovolně za nižších teplot. Neplněné vulkanizáty BR mají horší mechanické vlastnosti než NR. Při plnění vhodnými sazemi je odolnost proti opotřebení velmi dobrá. Proto je BR vhodný pro výrobu autoplášťů, kde se zpravidla kombinuje s přírodním kaučukem. Roční produkce polybutadienu v roce 2003 byla cca 2 miliony tun. Obr. 13: Barum Polaris

Kontrolní otázky: V jakých izomerních formách se vyskytuje mer butadienu? K výrobě čeho se používá butadienový kaučuk? Jak se vyrábí butadien?

Seznam obrázků: Obr. 1: Greyhood, [vid. 6. 1. 2013], dostupné z: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Sergey_Lebedev.jpg Obr. 2: anonym, [vid. 6. 1. 2013], dostupné z: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Lebedev_grave.jpg Obr. 3: Morio, [vid. 6. 1. 2013], dostupné z: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Yokohama_ADVAN_Tires_WTCC_2006.jpg Obr. 4: vlastní Obr. 5: vlastní Obr. 6: vlastní Obr. 7: vlastní Obr. 8: vlastní Obr. 9: anonym, [vid. 6. 1. 2013], dostupné z: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Golfballinsiderp.jpg

Seznam obrázků: Obr. 10: JU, [vid. 6. 1. 2013], dostupné z: http://de.wikipedia.org/wiki/Butadien-Kautschuk Obr. 11: Leipnizkeks, [vid. 6. 1. 2013], dostupné z: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Ethanol_Flasche.jpg Obr. 12: vlastní Obr. 13: anonym, [vid. 12. 12. 2012], reklamní leták Barum

Seznam použité literatury: [1] Vašíček Emil, ing., Chemické suroviny, učební texty, vydání druhé, Střední odborná škola Otrokovice, 2009 [2] internetová encyklopedie Wikipedia, anglická mutace, [vid. 2. 1. 2013], dostupné z: http://en.wikipedia.org/wiki

Děkuji za pozornost