کائوچوی بوتادین

کائوچوی بوتادین : کائوچوی پلی بوتادین از دسته کانوچوهای با مصرف عام است ، این کائوچو دارای دو ویژگی عمده می باشد که عبارتند از : ۱ ) مقاومت سایشی عالی ۲ ) انعطاف پذیری بسیار بالای آن .

ساختار و طبقه بندی پلی بوتادین :
۱ و ۳ پلی بوتادین یا به اختصار بوتادین دارای فرمول روبروست:

پلی بوتادین که در حقیقت هموپلیمر ماده فوق است ، می تواند دارای سه نوع ساختار شیمیایی باشد
۱ و ۲ وینیل بوتادین

1 و 4 ترانس پلی بوتادین

1و 4 سپس پلی بوتادین

پلی بوتادین پلی بوتادین واقعی مخلوطی از سه ساختار مذکور است که طبقه بندی آن بصورت زیر است
الف ) پلی بوتادین با درصد سپس بالا ( ۹۷ )
ب ) پلی بوتادین با درصد سپس متوسط ( ۹۲ )
ج ) پلی بوتادین با درصد سپس پایین ( ٤٠ ٪ )
دو روش برای ساخت پلی بوتادین ( BR ) به ترتیب زیر وجود دارد : الف ) پلیمریزاسیون امولسیونی ب ) پلیمریزاسیون محلولی
در پلیمریزاسیون امولسیونی سیستم شامل آب ، آغازگر ، امولسیفایر بوده ولی پلیمریزاسیون محلولی عمل پلیمریزاسیون در مجاورت یک حلال و کاتالیزورهایی که بر پایه ترکیبات آلی – فلزی هستند صورت می گیرد . نکته : مکانیسم پلیمریزاسیون امولسیونی از طریق رادیکال آزاد ولی پلیمریزاسیون محلولی از طریق آنیونی است .
پلیمریزاسیون رادیکالی بوتادین تابعی از درجه حرارت بوده و با کاهش دما درصد سیس پلی بوتادین کاهش می یابد.

نکته : پلی بوتادین نوع امولسیونی نسبت به نوع محلولی دارای توزیع جرم مولکولی پهن تر و درصد شاخه های جانبی بیشتر بوده و از این رو فرایند پذیری آن نسبت به نوع محلولی با سهولت بیشتری انجام می شود ولی خواص محصول نهایی در نوع پلیمریزاسیون محلولی دارای کیفیت بالاتری است چون توزیع جرم مولکولی در این نوع پلیمریزاسیون باریک است .
غالب کاتالیزورهای مصرفی در پلیمریزاسیون محلولی بر پایه فلزاتی نظیر نیکل ( Ni ) کبالت ( Co ) ، تیتانیم ( Ti ) و لیتیم ( Li ) می باشد . پلیمرهایی که به کمک کاتالیزورهای نیکل و کبالت تهیه می شوند دارای درصد سپس بالا ( توزیع وزن مولکولی پهن و درصد شاخه های جانبی متوسط ) بوده و پلیمرهایی که به کمک کاتالیزور تیتانیم تهیه می شوند جزو دسته پلیمرهای با درصد سپس متوسط ( توزیع جرم مولکولی باریک و درصد پایین شاخه های جانبی ) و بالاخره پلیمرهایی که به کمک کاتالیزور لیتیم تهیه می شوند در گروه پلیمرهای با درصد سپس پایین ( توزیع جرم مولکولی بسیار باریک و درصدبسیار کم شاخه های جانبی ) می باشند . به منظور حصول به خواص فیزیکی بهتر باید از پلیمرهای با درصد شاخههای جانبی کمتر و توزیع وزن مولکولی باریک تر استفاده گردد .
ولكانيزاسيون: پخت کائوچوی پلی بوتادین عمدتاً بر اساس ولكانش گوگردی صورت می گیرد . این کائوچو به علت پدیده ای که شبکه ای شدن خود به خودی حین فرایند پخت نام دارد ، نسبت به سایر کائوچوهای دارای پیوندهای غیر اشباع نیاز کمتری به گوگرد برای رسیدن به پخت بهینه دارد اما در عوض باید از مقدار شتابدهنده ی بیشتری استفاده کرد . کائوچوی پلی بوتادین عموماً به صورت ممزوج با دو کائوچوی طبیعی NR و SBR به کار می رود ، علت این امر ایجاد فرایند پذیری بهتر و بهبود خواص فیزیکی محصول نهایی است . ( در حالت عادی فرایند پذیری کائوچوی پلی بوتادین بسیار ضعیف است ) .
فرایند پذیری
الف ) اختلاط ( Mixing ) رفتار کائوچوی سپس پلی بوتادین به هنگام غلتک کاری در دماهای متفاوت متغیر می باشد . بدین معنی که در دماهای زیر ۱۰۰ تا ۱۱۰ درجه فارنهایت کائوچو روی رول های غلتک به صورت پیوسته قرار داشته ، سطح آن صاف و براق است می دهد و کاملا تشکیل باند میدهد اما با افزایش دما کائوچو زیر و سخت شده و حالت چسبندگی خود را روی غلتک از دست داده و به صورت یک توده در آمده و غلتک پذیری آن کاهش می یابد .
مهمترین نرم کننده های مورد مصرف برای کانوچوی پلی بوتادین عبارتند از :
الف ) اسید سولفوریک محلول در روغن همراه با روغن پارافین
ب ) دی ارتوبنزامید و فنیل دی سولفاید
ج ) نمکهای روی اصلاح شده با پنتاکلروتیوفنول
کاهش وسیکوزیته مونی پلیمر خام باعث بهبود فرایند پذیری می شود اما این امر باعث ایجاد مشکلاتی از قبیل نیاز بیشتر به مواد پخت ، میزان زیاد خزش سرد می گردد . از این رو برای بهبود خواص فرایند پذیری ، غالباً از پهن تر نمودن توزیع وزن مولکولی و افزایش درصد شاخه های جانبی استفاده می گردد .
ب ) اکستروژن ( Extrusion ) افزایش توزیع جرم مولکولی و افزایش درصد شاخه های جانبی در ساختمان پلیمر باعث بهبود خواص اکستروژن می گردد . نوع کبالت این کائوچو که دارای توزیع جرم مولکولی نسبتاً پهن و میزان شاخه ای بودن متوسط است در قیاس با دو نوع دیگر ( تیتانیم و لیتیم ، که دارای توزیع جرم مولکولی باریک تر و میزان شاخه ای بودن کمتر هستند ) دارای سرعت اکستروژن بالاتر ، افزایش کمتر درجه حرارت آمیزه و مصرف کمتر انرژی در فرایند می باشد یا به عبارت دیگر این نوع کائوچوی بوتادین دارای اکستروژن پذیری بهتری نسبت به انواع دیگر این کائوچوست .
درجه حرارت انتقال شیشه ای: درجه حرارت انتقال شیشه ای این کائوچو تقریباً به صورت خطی با افزایش درصد ایزومر ۱ و ۲ وینیل افزایش می یابد . افزایش ( Tg ) از طرفی موجب بهبود مقاومت لغزشی ( سرشی ) شده ولی از طرف دیگر موجب افت مقاومت سایشی خواهد شد .
آمیزه کاری انعطاف پذیری زیاد زنجیرهای این کائوچو امکان اختلاط آن را با مقادیر زیادی از روغن و دوده میسر ساخته و این خاصیت یکی از ویژگیهای مثبت این کائوچوست پر کننده های غیر سیاه نظیر سیلیس و آلومینا با پلی بوتادین به کار می رود . مناسب ترین نرم کننده ها برای کانوچوی پلی بوتادین ، روغنهای آروماتیک با نفتنیک با پایه هیدروکربن های زنجیری یا حلقوی هستند . روغنهای پارافنیک سازش پذیری کمی با این کانوچو دارند .
خواص فیزیکی:
الف ) مقاومت سایشی : مقاومت سایشی کائوچوی پلی بوتادین بسیار عالی بوده و به همین دلیل در اغلب آمیزه های رویه تایر ، دیواره تایر ، پاشنه و زیرهی کفش از آن استفاده می شود . در میان انواع کائوچوهای بوتادین نوع کبالت کمترین میزان سایش و بالاترین مقدار مقاومت سایشی را دارا بوده و پس از آن به ترتیب انواع تیتانیم و لیتیم قرار دارند .
ب ) قدرت کششی و مدولوس : در میان انواع مختلف کائوچوی بوتادین ، نوع کبالت دارای بالاترین مقدار قدرت کششی و مدولوس بوده و پس از آن به ترتیب انواع تیتانیم و لیتیم قرار می گیرند .
ج ) جهندگی : کائوچوی بوتادین یکی از کائوچوهایی است که دارای بیشترین مقدار جهندگی می باشد . در میان انواع مختلف کانوچوهای بوتادین ، نوع تیتانیم کمترین میزان جهندگی را دارد .
د ) مقاومت تکانشی : مقاومت تکانشی کائوچوی بوتادین بالا بوده و به منظور بهبود مقاومت تکانشی کائوچوهای طبیعی و SBR با آنها آلیاژ می گردد . نوع کبالت این کانوچو دارای پایین ترین مقاومت در برابر شروع ترک بوده و پس از آن انواع لیتیم و تیتانیم قرار دارند .
و ) حرارت زایی : از مزایای عمده ی این کائوچو حرارت زایی ناچیز آن است .
ر ) مقاومت در برابر مواد شیمیایی : به طور کلی کائوچوی پلی بوتادین دارای مقاومت کمی نسبت به روغنها ، بنزین ، حلالهای هیدورکربوری ( آلیفاتیک و آروماتیک ) می باشد . اما در مقابل اسیدها ، بازها ، الکلها و حلالهای اکسیژنه و نیز روغنهای گیاهی و حیوانی نسبتاً خوب عمل نموده و در مقابل تورم در برابر آب بسیار مقاوم است .
ز ) مقاومت در برابر عوامل جوی : این کانوچو به دلیل دارا بودن مقادیر زیاد پیوندهای غیر اشباع در ساختمان پلیمری ، از مقاومت پایینی در برابر عوامل جوی برخوردار بوده و در برابر اوزن و اکسیژن هوا ، به ویژه در مجاورت نور خورشید به سرعت تخریب می شود .

هـ ) خواص الکتریکی : کائوچوهای پلی بوتادین عایق خوبی برای جریان الکتریکی است ولی به علت پایین بودن مقاومت آن در برابر عوامل جوی ، کاربرد آن بسیار محدود است.
کاربرد
به دلیل مقاومت سایشی بالای این کانوچو از آن در تسمه و تخت کفش و توپ گلف ( کانوچوی BR به تنهایی ) استفاده می شود . آلیاژ کردن با پلاستیک ها آلیاژ می شود . به منظور بهبود مقاومت پلاستیکهای شکننده ( مانند پلی استایرن ) در برابر ضربه با آنها ۱ ) مکانیکی : محصول آلیاژ فیزیکی است . میزان بوتادین مورد نیاز ۳۰ ٪ است .
۲ ) شیمیایی : محصول یک کوپلیمر پیوندی است . محصول نهایی دارای خواص بهتر است . میزان بوتادين فقط 5 % وزنی کوپلیمر است .