Бутадиеновый каучук — синтетический каучук, широко используемый в протекторах шин для грузовых и легковых автомобилей. Он состоит из полибутадиена, эластомера (эластичного полимера), созданного путем химического соединения нескольких молекул бутадиена с образованием гигантских молекул, или полимеров. Полимер отличается высокой стойкостью к истиранию, низкой теплопроводностью и устойчивостью к растрескиванию.
Бутадиен (химическая формула C4H6; химическая структура CH2=CH-CH=CH2) — это реактивный бесцветный газ, получаемый дегидрированием бутена или бутана или крекингом нефтяных дистиллятов. Газ растворяется в углеводородных растворителях и полимеризуется в полибутадиен под действием анионных катализаторов или катализаторов Циглера-Натта. Как и другие диены (углеводороды, содержащие две двойные связи в каждой молекуле), бутадиен является изомером; то есть он может быть получен с более чем одной молекулярной структурой. Преобладающий вариант известен как цис-1,4, который, будучи повторяющейся единицей полибутадиена, имеет следующую структуру:
Две другие структуры — это транс-1,4 и 1,2-боковые виниловые изомеры.
Полибутадиены производятся либо с высоким содержанием цис (95-97 %), либо с содержанием только 35 % цис, 55 % транс и 10 % бокового винила. Свойства этих двух полимеров совершенно различны. Несмотря на то, что оба они обладают гораздо большей упругостью, чем другие эластомеры, упругость смешанного изомерного полимера несколько ниже. Кроме того, смешанный полимер никогда не кристаллизуется, поэтому без армирующих наполнителей, таких как технический углерод, изделия получаются слабыми и хрупкими. Оба материала демонстрируют хорошую липкость и стойкость к истиранию.
Большая часть производимого бутадиенового каучука смешивается с натуральным каучуком (полиизопреном) или со стирол-бутадиеновым каучуком, чтобы придать ему повышенную эластичность и снизить сопротивление качению. Более половины всего объема используется в шинах; другие области применения — обувь, изоляция проводов и кабелей, а также конвейерные ленты. Полибутадиен также перерабатывается со стирольным мономером для получения ударопрочного полистирола и со стиролом и акрилонитрильным мономером для получения высокоэффективного пластика, известного как акрилонитрил-бутадиен-стирольный сополимер.
Поскольку бутадиен относительно недорог и более доступен, чем натуральный каучук, синтетический каучук из полибутадиена искали в течение многих лет. В начале XX века в России химик Иван Кондаков получил метиловый каучук путем полимеризации диметилбутадиена; в 1910 году Сергей Лебедев, другой русский химик, полимеризовал бутадиен, используя в качестве катализатора щелочные металлы; а в 1926 году немецкий химик Г. Эберт сумел получить из бутадиена полимеризованный натрий. Промышленные установки, использующие все эти методы, были построены во время и между двумя мировыми войнами, но продукты никогда не были полностью удовлетворительными. Наконец, в 1961 году компания Phillips Petroleum Company произвела полностью цис-1,4-полимер, используя катализаторы типа Циглера-Натта, такие как изобутил алюминий-титан тетрахлорид. Было обнаружено, что цис-1,4-полибутадиен обладает отличной эластичностью и устойчивостью к истиранию, особенно в шинах, подвергающихся жестким условиям эксплуатации. В настоящее время бутадиеновый каучук уступает по объему производства только стирол-бутадиеновому каучуку.
