Société Chimique de France

En 1863, E. Caventou (à ne pas confon­dre avec J. B. Caventou, cf. Caféine, Chlorophylles) isole de la pyro­lyse de l’alcool amy­li­que un hydro­car­bure jusque-là inconnu. Il est iden­ti­fié en 1886 comme étant le buta­diène par Henry E. Armstrong qui l’a isolé d’un dis­til­lat de pétrole. En 1910, Serguei Lebedev poly­mé­rise le buta­diène et obtient un maté­riau pré­sen­tant des pro­prié­tés ana­lo­gues au caou­tchouc.

L’indus­trie du buta­diène s’est for­te­ment déve­lop­pée dans les années pré­cé­dant la seconde guerre mon­diale. En effet, beau­coup de nations se sont ren­dues compte qu’en cas de la guerre, elles pour­raient être pri­vées du caou­tchouc pro­ve­nant des plan­ta­tions d’hévéas contrô­lées par les puis­san­ces colo­nia­les d’alors. En 1929, Eduard Tschunker et Walter Bock, de l’IG Farben pré­pa­rent un copo­ly­mère de sty­rène et de buta­diène qui pou­vait être employé pour la manu­fac­ture des pneu­ma­ti­ques. La pro­duc­tion mon­diale s’ensui­vit rapi­de­ment, avec du buta­diène pro­duit à partir d’alcool de grain (Union Soviétique, États-Unis) et de l’acé­ty­lène (cf. Acétylène) dérivé du char­bon (Allemagne).

Actuellement, le buta­diène-1,3 est extrait de la coupe C4 résul­tant du vapo­cra­quage du naphte (cf. Ethylène), géné­ra­le­ment par dis­til­la­tion extrac­tive à l’aide d’acé­to­ni­trile ou de N-méthyl­pyr­ro­li­done. On le pré­pare également par déshy­dro­gé­na­tion cata­ly­ti­que des butè­nes et du butane sur alu­mine à 600 °C en pré­sence de vapeur d’eau. Dans d’autres régions du monde, y com­pris l’Europe de l’Est, la Chine, et l’Inde, le buta­diène est également pro­duit à partir de l’éthanol selon la réac­tion :

2 CH₃CH₂OH ------ CH₂=CH-CH=CH₂ + 2 H₂O + H₂

Les diènes conju­gués don­nent lieu à de nom­breu­ses réac­tions de cycload­di­tion, notam­ment avec les com­po­sés insa­tu­rés acti­vés (réac­tion de Diels-Alder, 1928). Ces addi­tions-1,4 sur le diène d’un com­posé appelé dié­no­phile se font géné­ra­le­ment par simple chauf­fage. Elles pro­cè­dent par un méca­nisme concerté, le diène réa­gis­sant dans sa confor­ma­tion s-cis (la moins favo­ra­ble) et l’addi­tion étant réa­li­sée en une seule étape. La vitesse de réac­tion est for­te­ment accé­lé­rée si le dié­no­phile est activé par des grou­pes électro-attrac­teurs et le diène par des grou­pes électro-don­neurs.

Les diènes conju­gués don­nent lieu à de nom­breu­ses réac­tions de cycload­di­tion, notam­ment avec les com­po­sés insa­tu­rés acti­vés (réac­tion de Diels-Alder, 1928). Ces addi­tions-1,4 sur le diène d’un com­posé appelé dié­no­phile se font géné­ra­le­ment par simple chauf­fage. Elles pro­cè­dent par un méca­nisme concerté, le diène réa­gis­sant dans sa confor­ma­tion s-cis (la moins favo­ra­ble) et l’addi­tion étant réa­li­sée en une seule étape.
La vitesse de réac­tion est for­te­ment accé­lé­rée si le dié­no­phile est activé par des grou­pes électro-attrac­teurs et le diène par des grou­pes électro-don­neurs.

Le buta­diène est le pré­cur­seur du chlo­ro­prène (chloro-2-buta-1,3-diène) par chlo­ra­tion suivie d’une iso­mé­ri­sa­tion et d’une déshy­dro­chlo­ru­ra­tion. Il est également uti­lisé en syn­thèse de l’adi­po­ni­trile et de l’hexa­mé­thy­lè­ne­dia­mine par réac­tion avec l’acide cyan­hy­dri­que en pré­sence d’un com­plexe du nickel (cf. Nylon). Plusieurs pro­cé­dés uti­li­sent le buta­diène pour pro­duire le butane-1,4-diol et ses oli­go­mè­res cycli­ques : vinyl-4-cyclo­hexène, cycloocta-1,5-diène et cyclo­déca-1,5,9-triène (cf. Nickel).

|Le 1,3-buta­diene est le pro­duit de départ dans la fabri­ca­tion d’élastomères : caou­tchoucs poly­bu­ta­diène (BR), sty­rène-buta­diène (SBR) et nitrile (NBR), mais aussi de ter­po­ly­mè­res dont les rési­nes ABS, à base d’acry­lo­ni­trile, buta­diène et sty­rène. Le buta­diène fut d’abord poly­mé­risé par le sodium, pour former un élastomère appelé Buna (Butadien-Natrium).

Les poly­bu­ta­diè­nes (BR : Butadiene Rubber) sont fabri­qués en solu­tion au contact de cata­ly­seurs de Ziegler-Natta et pré­sen­tent une confi­gu­ra­tion sté­ri­que très régu­lière (97-98 % de struc­ture cis-1,4). Ces élastomères ont des carac­té­ris­ti­ques remar­qua­bles telles qu’un très faible échauffement sous sol­li­ci­ta­tion dyna­mi­que et une excel­lente résis­tance à l’abra­sion et aux basses tem­pé­ra­tu­res.

Le caou­tchouc sty­rène-buta­diène (SBR : Styrene-Butadiene Rubber) est apparu au moment de la Seconde Guerre mon­diale, d’abord en Allemagne, puis aux États-Unis. Cet élastomère se sub­sti­tue au caou­tchouc natu­rel pour la fabri­ca­tion des pneu­ma­ti­ques : il repré­sente 35% des 18 Mt de caou­tchouc consom­mées par an, à égalité avec le caou­tchouc natu­rel. Il est obtenu par voie radi­ca­laire en émulsion ou par voie anio­ni­que en solu­tion. Les SBR n’ont de pro­prié­tés cor­rec­tes que s’ils sont char­gés en noir de car­bone. Une fois ren­for­cés, ils pos­sè­dent des carac­té­ris­ti­ques méca­ni­ques pro­ches de celles du caou­tchouc natu­rel sans tou­te­fois l’égaler. Ils pré­sen­tent une bonne résis­tance à la fati­gue par flexion et à l’usure.

Les copo­ly­mè­res buta­diène-acry­lo­ni­trile (NBR : Nitrile-Butadiene Rubber), cou­ram­ment appe­lés caou­tchoucs nitrile, sont fabri­qués, comme les SBR, en émulsion par voie radi­ca­laire à chaud ou à froid. Ils se carac­té­ri­sent essen­tiel­le­ment par leur résis­tance aux hydro­car­bu­res. De ce fait, ce sont des poly­mè­res uti­li­sés pour les pièces d’auto­mo­bi­les qui entrent en contact avec les car­bu­rants.

Les ABS sont des maté­riaux amor­phes qui com­por­tent deux phases : une phase conti­nue cons­ti­tuant la matrice (copo­ly­mère de sty­rène-acry­lo­ni­trile) et une phase dis­conti­nue cons­ti­tuée de nodu­les de poly­bu­ta­diène gref­fés de ce copo­ly­mère. Les ABS sont pré­pa­rés selon trois pro­cé­dés : poly­mé­ri­sa­tion en masse, poly­mé­ri­sa­tion masse-sus­pen­sion et poly­mé­ri­sa­tion en émulsion aqueuse.

La struc­ture bipha­si­que et la taille des zones de caou­tchouc contri­buent aux pro­prié­tés des ABS : résis­tance aux chocs, aspect de sur­face (brillance...) et résis­tance à la cha­leur. On trouve les ABS dans l’électroménager, le petit outillage, l’électronique grand public, mais sur­tout dans l’indus­trie auto­mo­bile, en concur­rence avec le poly­pro­py­lène (cf. Polypropylène).

Pensée du jour
« De trans en cis, le buta­diène rebon­dit tou­jours ! »

Sources

• http://fr.wikipedia.org/wiki/Buta-1,3-diène
• http://en.wikipedia.org/wiki/1,3-Butadiene
• http://encyclopedia.airliquide.com/encyclopedia.asp?CountryID=19&GasID=7&LanguageID=2
• www.inrs.fr/htm/1_3-butadiene.html
• www.societechimiquedefrance.fr/extras/Donnees/mater/caou/cadcaou.htm
• http://en.wikipedia.org/wiki/Polybutadiene
• http://fr.wikipedia.org/wiki/Styrène-butadiène
• http://fr.wikipedia.org/wiki/Acrylonitrile_butadiène_styrène

Pour en savoir plus

• Caféine
• Chlorophylles
• Acétylène
• Éthylène
• Nylon
• Nickel
• Polypropylène