Polybutadiène
Le polybutadiène, dont le sigle est BR[3] (Butadiene Rubber), est un caoutchouc synthétique d’usage général de grande consommation. Il résulte de la polymérisation du buta-1,3-diène (appelé butadiène, de formule semi-développée H2C=CH-CH=CH2).
| Polybutadiène | |
| Identification | |
|---|---|
| Synonymes |
BR |
| No ECHA | 100.107.504 |
| Propriétés physiques | |
| Paramètre de solubilité δ | 16,2 MPa1/2 (75 °C)[1]; 17,2 MPa1/2[2] |
| Masse volumique | 1,01 g·cm-3[2] |
| Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire. | |
La polymérisation en chaîne du butadiène peut se faire par différentes méthodes : radicalaire[4], coordinative, anionique, vivante, télomérisation. Elle conduit à trois microstructures polyinsaturées : unités 1,4-cis (isomérie recherchée[5]), 1,4-trans et 1,2 (de type « vinylique »[6]).
Dans le cas de la polymérisation coordinative en solution[7], les systèmes catalytiques Ziegler–Natta (à base de Nd ou Co, Ti, Li, etc.) utilisés influent sur la proportion en isomères, sur le degré de ramification et sur l’indice de polymolécularité[8], donc sur les propriétés. Par exemple, les grades Nd à teneur élevée en 1,4-cis (> 96 %) sont cristallisables sous contrainte et possèdent une Tg extrêmement basse : -109 °C ; les grades Li sont totalement amorphes.
Cet élastomère présente une excellente élasticité (excellente résilience, faible hystérésis) et une très bonne résistance à l’abrasion (car très élastique) ; ces qualités sont conservées à basse température (car Tg basse). Ses autres propriétés mécaniques sont moyennes et il est glissant sur sol mouillé (car très élastique). Des additifs antioxydants sont ajoutés pour le protéger du vieillissement (action du dioxygène, ozone, intempéries, chaleur, lumière). En effet, chaque motif de répétition porte une double liaison résiduelle réactive. Il montre une faible résistance chimique (huiles, solvants hydrocarbonés). La vulcanisation le rend insoluble. Il peut être utilisé en continu de -70 à 80 °C.
Ce polymère entre dans la composition des gommes des pneumatiques de poids lourds et d’automobiles (cette application représente environ 70 % de la production de BR), en mélange avec du SBR ou du polyisoprène, et des mastics pour l’automobile.
Copolymères dérivés
Le polybutadiène est utilisé pour fabriquer le PS-choc et l’ABS.
Les SBR (élastomère[9]) et SBS (élastomère thermoplastique à trois blocs, préparé par polymérisation anionique en solution[10]) sont deux copolymères dérivés du polybutadiène. Ils sont obtenus à partir de butadiène et de styrène.
Le NBR est préparé par copolymérisation radicalaire en émulsion à partir de butadiène et d’acrylonitrile.
Notes et références
- (en) James E. Mark, Physical Properties of Polymer Handbook, Springer, , 2e Ă©d., 1076 p. (ISBN 978-0-387-69002-5 et 0-387-69002-6, lire en ligne), p. 294
- (en) Leslie Howard Sperling, Introduction to Physical Polymer Science, Hoboken, New Jersey, Wiley, , 845 p. (ISBN 978-0-471-70606-9, lire en ligne), p. 75
- ISO 1629:2013(fr) Caoutchouc et latex — Nomenclature
- La polymérisation radicalaire amorcée par le peroxyde d'hydrogène (H2O2) produit des oligomères hydroxytéléchéliques.
- La structure dominante 1,4-cis (teneur en cis des grades correspondants> 95 %) est la plus souvent recherchée pour les caractéristiques mécaniques (voir plus loin) et la meilleure tenue à chaud (lors de la mise en forme) et à froid qu’elle engendre.
- Les isomères de type polyvinylique sont iso- ou syndiotactiques.
- Le procédé de fabrication en solution permet une bonne maîtrise de la température de réaction et de la structure du polymère, paramètre important pour une utilisation dans les pneumatiques.
- Une distribution moléculaire large améliore la mise en forme mais diminue les caractéristiques mécaniques.
- Certains grades préparés par polymérisation radicalaire en émulsion contiennent environ 75 % d’unités butadiéniques.
- La matrice des blocs de polybutadiène représente 75 % de la masse du polymère.