Polibutadieno - Macromolecular PDF

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Polibutadieno. USOS Alrededor del 25% de la producción de polibutadieno se utiliza para mejorar las propiedades mecánicas del poliestireno y, en menor proporción, del ABS.1 El aporte de entre un 4 y un 12% de polibutadieno hace que el poliestireno pase de ser un material frágil y quebradizo a otro dúctil y resistente. El polibutadieno se disuelve en estireno y se añade a los reactores de polimerización, produciéndose la vulcanización del caucho debido al aumento de temperatura al que se somete al poliestireno para extraer el estireno no reaccionado. Al final se obtiene un producto compuesto de dos fases: una matriz continua de poliestireno y numerosas oclusiones de polibutadieno dispersas en ella. La forma, estructura y tamaño de las oclusiones determinan en gran parte las propiedades mecánicas del poliestireno y a su vez dependen en parte de las propiedades del polibutadieno, en particular de su viscosidad y de su proporción de isómeros cis, trans y vinilo. Los requisitos de calidad para la modificación de plásticos son mucho más estrictos que los de los neumáticos, en particular en cuanto al color y al contenido en geles, que tienen que ser lo más bajos posibles. También se tienen que cumplir largas listas de restricciones relativas a la salud humana porque una gran parte del poliestireno se emplea en contacto con alimentos. El polibutadieno copa la casi totalidad del mercado de la modificación de plásticos, quedando solo pequeños nichos para otros cauchos de especialidad como el copolímero estireno-butadieno-estireno (SBS). Los tipos de polibutadieno más usados en esta aplicación son en primer lugar el bajo-cis (probablemente porque los grupos vinilo favorecen el injerto de cadenas de poliestireno sobre las moléculas de polibutadieno, lo cual mejora la resistencia mecánica del material) y en segundo lugar el alto-cis producido con cobalto. Los otros tipos de catalizador de alto-cis se consideraban inadecuados hasta que en 2004 el fabricante Lanxess lanzó grados de alto-cis neodimio aptos para el poliestireno, cuya producción sigue desarrollando hoy día.

ORIGEN El polibutadieno es un elastómero o caucho sintético que se obtiene mediante la polimerización de 1,3-Butadieno. La molécula de butadieno puede polimerizar de tres maneras diferentes, originando tres isómeros llamados cis, trans y vinilo. Las propiedades del polibutadieno son diferentes según la proporción de cada uno de estos isómeros que contenga en sus moléculas. Así por ejemplo el polibutadieno llamado "alto-cis" tiene una alta elasticidad y es muy apreciado mientras que el denominado "altotrans" es un plástico cristalino sin ninguna aplicación de utilidad.

Con una producción anual de 2,1 millones de toneladas (2000), el polibutadieno es el segundo caucho sintético en volumen, por detrás del caucho estireno-butadieno (SBR). Su principal aplicación es la fabricación de neumáticos, la cual consume alrededor del 70% de la producción. Otro 25% se utiliza como aditivo para mejorar la resistencia mecánica de plásticos como el poliestireno y el ABS. También se emplea para fabricar pelotas de golf y objetos elásticos diversos. El primero en polimerizar el butadieno fue el ruso Serguéi Lébedev, en 1910. Gracias a él, la Unión Soviética se convirtió en el primer país en lograr una producción industrial substancial de este material a finales de la década de 1930. Otras grandes potencias de la época como Alemania y los Estados Unidos optaron por desarrollar el SBR como alternativa al caucho natural. A mediados de la década de 1950 se produjeron importantes avances en la tecnología de los catalizadores que condujeron al desarrollo de versiones mejoradas de polibutadieno. Pocos años más tarde los principales fabricantes de neumáticos y algunas empresas petroquímicas se lanzaron a construir plantas de producción de polibutadieno en todos los continentes, durando este boom hasta la crisis del petróleo de 1973. Desde entonces el ritmo de crecimiento de la producción ha sido más moderado, centrándose esencialmente en Extremo Oriente. Otros nombres recomendados por la IUPAC: poli(buta-1,3-dieno); poli(but-1-eno1,4-diilo)

Estructura química. Isómero Cada molécula de polibutadieno contiene una tres isómeros distintos, denominados cis, trans y vinilo.1

cierta

proporción

de

El monómero 1,3-butadieno es un dieno conjugado, es decir, posee dos dobles enlaces separados por un simple enlace. En la reacción de polimerización pueden intervenir uno solo o los dos dobles enlaces. Cuando solo se activa uno de los dobles enlaces, dos de los carbonos del butadieno se añaden a la cadena principal de polibutadieno y los otros dos quedan colgando a un lado. A esto se le denomina polimerización en posición 1-2. Como los dos carbonos dejados de lado recuerdan a un radical vinilo, se dice que se ha formado una unidad o grupo vinilo.

Polibutadieno 1-2 (unidad vinilo) Si, por el contrario, ambos dobles enlaces participan en la reacción, los cuatro carbonos del butadieno se incorporan a la cadena principal y se forma espontáneamente un nuevo doble enlace entre los carbonos 2 y 3. En este caso, llamado polimerización en posición 1-4, la geometría de la molécula formada será diferente según la posición relativa de los dos carbonos de los extremos (1 y 4). Si quedan en el mismo lado del doble enlace (configuración cis), la molécula sufrirá un giro mientras que si quedan en lados opuestos (configuración trans), la molécula sigue polimerizando en la misma dirección.

Polibutadieno 1-4 en configuración cis

Polibutadieno 1-4 en configuración trans

El que una molécula de butadieno sea incorporada en configuración cis, trans o vinilo depende de las condiciones de reacción, sobre todo del tipo de catalizador utilizado. Más abajo se discuten los distintos tipos de polibutadieno que se pueden obtener según su contenido relativo en cis, trans y vinilo. METODO DE OBTENCIÓN. El polibutadieno se obtiene a partir del 1,3-butadieno. El 1,3-butadieno es un dieno, es decir, un monómero que presenta dos dobles enlaces carbono-carbono en posición 1 y 3. Se obtiene por medio de una polimerización Ziegler-Natta. Los monómeros dieno pueden unirse entre sí de varias maneras. PROPIEDADES FISICOQUIMICAS El polibutadieno es un caucho sintético de alta resistencia. Debido a su resistencia excepcional, que puede ser utilizado para la fabricación de pelotas de golf. La acumulación de calor es menor en los productos basados en caucho de polibutadieno sometidos a flexión repetida durante el uso. Esta propiedad conduce a su uso en los flancos de los neumáticos para automóviles y camiones. En la banda de rodadura, el polibutadieno tiene un lugar importante, ya que provee alta resistencia al desgaste y menos resistencia a la rodadura que cualquier otro elastómero. Su principal inconveniente se presenta cuando el piso está mojado. Para eliminar este obstáculo, el polibutadieno se puede mezclar y ser vulcanizado con otros tipos de caucho, tales como el caucho natural y caucho estireno-

butadieno para optimizar las propiedades de bandas de rodadura de los neumáticos y otras aplicaciones. La goma de polibutadieno puede ser utilizado en juntas de contenedores de agua debido a sus propiedades de baja absorción de agua. Balas de goma y recubrimientos de pisos pueden ser producidos también por caucho de polibutadieno. El polibutadieno es, sin embargo, sensible a la oxidación y al ozono debido a la reactividad de los dobles enlaces presentes en cada unidad de repetición. Para protegerlo contra el agrietamiento y deterioro se le añaden normalmente antioxidantes. EJEMPLOS DEL MATERIAL Neumáticos La fabricación de neumáticos consume en torno al 70% de la producción mundial de polibutadieno, en su gran mayoría alto-cis. En concreto, el polibutadieno se usa principalmente en las caras laterales del neumático, además de en las bandas de rodamiento. Ambas piezas se conforman mediante extrusión y calandrado. Sus principales materiales competidores en esta aplicación son el caucho estireno-butadieno (SBR) y el caucho natural. El polibutadieno es ventajoso frente al SBR por su menor temperatura de transición vítrea (Tg), que le confiere una alta resistencia a la abrasión y una baja resistencia al rodamiento. Se obtienen así neumáticos de larga duración y bajo consumo de combustible. Sin embargo, la baja Tg también provoca una baja capacidad de tracción en mojado, por lo cual el polibutadieno casi siempre tiene que utilizarse en combinación con alguno de los otros dos elastómeros.

Pelotas de golf

Pelota de golf seccionada, comparada con un euro. La mayoría de las pelotas de golf actuales consisten en un núcleo elástico de polibutadieno rodeado de una capa de material duro y rígido. Se prefiere el polibutadieno a otros elastómeros por su alta resiliencia.10

El núcleo de la pelota se conforma mediante moldeo por compresión con reacción química. El polibutadieno primero se mezcla enérgicamente con aditivos, se extruye, se calandra y se corta en trozos que se introducen en un molde. A continuación el molde es sometido a alta presión y alta temperatura durante unos 30 minutos, tiempo suficiente para vulcanizar el material.

Reciclaje. Su principal método de reciclaje es la pirólisis. La pirólisis (del griego piro, ‘fuego’ y lisis, ‘rotura’) es la descomposición química de materia orgánica y todo tipo de materiales, excepto metales y vidrios, causada por el calentamiento a altas temperaturas en ausencia de oxígeno (y de cualquier halógeno). Involucra cambios simultáneos de composición química y estado físico, los cuales son irreversibles. En este caso, no produce ni dioxinas ni furanos. La pirólisis extrema, que solo deja carbono como residuo, se llama carbonización. La pirólisis es un caso especial de termólisis. Un ejemplo de pirólisis es la destrucción de neumáticos usados. En este contexto, la pirólisis es la degradación del caucho de la rueda mediante el calor en ausencia de oxígeno Ventajas y desventajas. Ventajas: - mayor velocidad de extrusión - mayor estabilidad dimensional - mayor flujo durante el moldeo - mayor resistencia a la reversión - mayor posibilidad de aumentar la cantidad de negro de carbono y aceite - reducción de la adhesión a los rodillos de los mezcladores abiertos en los compuestos de CR Desventajas: -

Baja resistencia al calor Baja resistencia al oxigeno y al ozono

Wikipedia, (2019) Polibutadieno, Recuperado el 21 de Abril de 2020, de https://es.wikipedia.org/wiki/Polibutadieno...