Cao su Buna là gì?
Cao su Buna hay Polybutadiene (butadiene rubber, viết tắt BR), còn được gọi là cao su BR, Buna-N, Buna-S, hay với một tên gọi khác tuỳ thuộc vào chất độn trong quá trình trùng hợp. Được sản xuất từ quá trình trùng hợp của các phân tử monome 1,3-butadiene.
Mang những đặc điểm nổi bật của cao su tự nhiên, đồng thời có khả năng chống mòn cao, chịu uốn gấp tốt, ít biến dạng.
Điều đặc biệt của của cao su buna là có thể mang những tính chất đặc biệt tùy thuộc vào thành phần chất độn. Có thể kể đến như khả năng chống ăn mòn từ xăng dầu, hóa chất, chịu nhiệt, chống mài mòn, cách âm…
Hiện tại là loại cao su tổng hợp được sử dụng nhiều, và rộng rãi nhất hiện nay. Chiếm khoảng 1/4 tổng lượng tiêu thụ cao su tổng hợp toàn cầu trong năm 2012. Chủ yếu là trong sản xuất lốp xe chiếm 75%.
Công thức hóa học và quá trình trùng hợp
#1. Công thức hoá học cao su buna
Cao su Buna là một polymer không bão hòa của các monome butadien khác nhau (1,2-butadiene và 1,3-butadien). Các monome butadien được liên kết với nhau qua các liên kết cis, trans và vinyl.
#2. Quá trình trùng hợp cao su buna
Quá trình trùng hợp cao su buna là quá trình tạo các liên kết carbon-carbon giữ các monome 1,3-butadien để tạo ra một phân tử chuỗi polymer dài hơn nhiều.
Xét về khả năng kết nối của chuỗi polymer, các monome 1,3-butadiene có thể trùng hợp theo ba cách khác nhau là cis, trans và vinyl.
- Liên kết cis tạo ra sự uống cong trong chuỗi polymer, tạo ra các vùng vô định hình tạo ra tính đàn hồi cao của Cao su buna.
- Liên kết trans tạo ra các liên kết giữ khá thẳng, tạo thành các chuỗi polymer cố định, tăng tính ổn định của chuỗi polymer.
- Liên kết vinyl thường chỉ xuất hiện với tỷ lệ vài phần trăm so với liên kết cis và trans. Ít ảnh hưởng đến tính chất của chuỗi polymer.
Trong phản ứng trùng hợp các chuỗi polymer, cả hai liên kết đôi cis và trans sẽ hình thành theo tỷ lệ phần trăm phụ thuộc vào nhiệt độ và các chất xúc tác.
#3. Phản ứng hoá học tạo polybutadien từ CH4
Đây là phản ứng lý thuyết tổng hợp từ CH4 thành plybutadien với các bước sau:
- Bước 1: CH4 ra C2H2
- Bước 2: C2H2 ra C4H4
- Bước 3: C4H4 ra C4H6
- Bước 4: C4H6 ra polybutadien
Qui trình sản xuất cao su Buna
#Bước 1: Trộn tạo hỗn hợp cho phản ứng tạo polymer.
Hỗn hợp các monome butadien (1,3-butadiene, 1,2-butadiene được nhủ hóa từ dầu mỏ). Các chất kích hoạt tạo gốc và chất xúc tác được thêm vào các bể phản ứng.
Các bể phản ứng này chứa nước với vai trò là môi trường cho phản ứng tổng hợp polymer.
#Bước 2: Quá trình gia nhiệt cho phản ứng tổng hợp các nhánh mono polymer.
Bể phản ứng được gia nhiệt từ 30 đến 40°C nhằm thúc đẩy sự hình thành các nhánh mono polymer (hình thành liên kết cis và trans).
1,3-butadiene + 1,3-butadien + 2-propenenitrile + 1,3-butadiene + 1,2-butadiene → nitrile butadien
Quá trình phản ứng tạo ra các mono polymer thường từ 5 đến 12 giờ, với hiệu suất khoảng 70% các thành phần nguyên liệu sẽ được tổng hợp thành các chuỗi polymer.
#Bước 3: Kích thích phản ứng tạo mono polymer nhằm tối ưu hiệu suất.
Hai hoạt chất dimethyldithiocarbamate hay diethyl hydroxylamine sẽ được thêm vào bể phản ứng, thúc đẩy phản ứng của 30% thành phần còn lại. Các thành phần không phản ứng sẽ bị loại bỏ thông qua hơi nước.
Hiệu suất tổng hợp các mono polymer thường đạt gần 100%, sau khi thu hồi các mono polymer này sẽ được lọc để loại bỏ các chất rắn không mong muốn.
#Bước 4: Ổn định các chuỗi polymer thành phẩm.
Sản phẩm này sẽ được chuyển qua bể trộn, nơi nó được ổn định bằng các chất chống oxy hóa. Sau đó được đông tụ bằng canxi nitrat (Buna – N), hay nhôm sunfat (Buna – S). Các chất đông tụ dư sẽ được rửa và sấy khô tạo ra sản phẩm cuối cùng là Cao su Buna nguyên liệu.
#Bước 5: Sản xuất các thành phẩm cao su buna.
Quá trình này sử dụng cao su nguyên liệu từ bước 4 cùng với hỗn hợp các chất độn. Mục đích tạo ra các sản phẩm cao su hoàn thiện mang những đặc tính mong muốn. Hoặc được sử dụng làm chất độn để tăng tính chất mới cho các loại polymer khác.
Ví dụ: Cải thiện độ dẻo dai (khả năng chống va đập) của nhựa như polystyrene và acrylonitrile butadiene styrene (ABS).
Ứng dụng và sản phẩm
- Cao su Buna được sử dụng chủ yếu trong ngành công nghiệp sản xuất lốp xe (chiếm đến 70% sản lượng)
- 25% sản lượng khác được sử dụng làm phụ gia để cải thiện độ dẻo dai và khả năng chống va đập của các loại polymer khác. Điển hình là polystyrene và acrylonitrile butadiene styrene (ABS).
- 5% còn lại được sử dụng đa dạng mục đích tuỳ theo yêu cầu của người sử dụng và các đặc tính mà họ mong muốn.
Kết luận
Mang những tính chất quan trọng của cao su là tính dẻo dai, đàn hồi tốt như cao su thiên nhiên. Nên cao su Buna chiếm đến 1/4 tổng lượng cao su tổng hợp tiêu thụ trên thế giới (số liệu 2012). Được sử dụng phổ biến trong ngành công nghiệp ô tô, sản xuất lốp xe, chất độn để gia tăng đặc tính cho các polymer khác.
Nói cách khác cao su buna là bộ mặt điển hình đại diện cho cao su tổng hợp.
GCS – Wiki
