Hợp chất hóa học cao su butyl

Cao su butyl (IIR), còn được gọi là cao su isobutylene-isopren, một loại cao su tổng hợp được sản xuất bằng cách đồng trùng hợp isobutylene với một lượng nhỏ isopren. Được đánh giá cao về tính trơ hóa học, không thấm khí và thời tiết, cao su butyl được sử dụng trong lớp lót bên trong của lốp ô tô và trong các ứng dụng đặc biệt khác.

polyme công nghiệp chính: cao su butyl (cao su isobutylene-isopren, IIR)

Cao su butyl là một chất đồng trùng hợp của isobutylene và isoprene được sản xuất đầu tiên bởi William Sparks và Robert Thomas tại

Cả isobutylen (C [CH ₃] ₂ = CH ₂) và isopren (CH ₂ = C [CH ₃] -CH = CH ₂) thường thu được từ sự nứt nhiệt của khí tự nhiên hoặc của các phần nhẹ hơn của dầu thô. Ở nhiệt độ bình thường và áp suất isobutylene là một chất khí và isopren là một chất lỏng dễ bay hơi. Để chế biến thành IIR, isobutylene, được làm lạnh đến nhiệt độ rất thấp (khoảng −100 ° C [−150 ° F]), được pha loãng với methyl clorua. Nồng độ thấp (1,5 đến 4,5%) isopren được thêm vào với sự có mặt của nhôm clorua, tạo ra phản ứng trong đó hai hợp chất copolyme hóa (nghĩa là các phân tử đơn vị của chúng liên kết với nhau tạo thành các phân tử khổng lồ, nhiều đơn vị). Các đơn vị lặp lại polymer có cấu trúc sau:

Do polyme bazơ, polyisobutylene, có tính lập thể (nghĩa là các nhóm mặt dây của nó được sắp xếp theo thứ tự đều đặn dọc theo chuỗi polymer) và do các chuỗi kết tinh nhanh khi kéo dài, IIR chỉ chứa một lượng nhỏ isopren mạnh như cao su tự nhiên. Ngoài ra, do chất đồng trùng hợp chứa một số nhóm không bão hòa (được biểu thị bằng liên kết đôi carbon-carbon nằm trong mỗi đơn vị lặp lại isopren), IIR tương đối chống lại quá trình oxy hóa. Quá trình oxy trong khí quyển phản ứng với liên kết đôi và phá vỡ chuỗi polymer, do đó làm giảm chất liệu. Cao su butyl cũng cho thấy tốc độ chuyển động phân tử thấp bất thường cao hơn nhiệt độ chuyển thủy tinh (nhiệt độ trên đó các phân tử không còn bị đóng băng trong trạng thái thủy tinh cứng nhắc). Sự thiếu chuyển động này được phản ánh trong khả năng thẩm thấu thấp bất thường của copolyme đối với các chất khí cũng như khả năng chống lại sự tấn công của ozone.

Các chất đồng trùng hợp được thu hồi từ dung môi dưới dạng vụn, có thể được trộn với chất độn và các chất điều biến khác và sau đó lưu hóa thành các sản phẩm cao su thực tế. Nhờ khả năng giữ không khí tuyệt vời, cao su butyl là vật liệu được ưa thích cho các ống bên trong trong tất cả các kích cỡ lớn nhất. Nó cũng đóng một phần quan trọng trong lớp lót bên trong của lốp không săm. (Do độ bền của lốp xe kém, lốp all-butyl chưa chứng minh được thành công.) IIR cũng được sử dụng cho nhiều thành phần ô tô khác, bao gồm cả dải cửa sổ, vì khả năng chống oxy hóa. Khả năng chịu nhiệt của nó đã làm cho nó không thể thiếu trong sản xuất lốp xe, nơi nó tạo thành các bong bóng giữ lại hơi nước hoặc nước nóng được sử dụng để lưu hóa lốp xe.

Brom hoặc clo có thể được thêm vào phần isopren nhỏ của IIR để tạo BIIR hoặc CIIR (được gọi là halobutyls). Các tính chất của các polyme này tương tự như của IIR, nhưng chúng có thể được chữa khỏi nhanh hơn và với lượng chất chữa bệnh khác nhau và nhỏ hơn. Do đó, BIIR và CIIR có thể được tạo ra dễ dàng hơn khi tiếp xúc với các chất đàn hồi khác tạo thành một sản phẩm cao su.

Cao su butyl được sản xuất lần đầu tiên bởi các nhà hóa học người Mỹ William Sparks và Robert Thomas tại Công ty Standard Oil của New Jersey (nay là Tập đoàn Exxon) vào năm 1937. Những nỗ lực trước đây để sản xuất cao su tổng hợp có liên quan đến sự trùng hợp của dien (phân tử hydrocarbon chứa hai carbon-carbon liên kết) như isopren và butadien. Sparks và Thomas đã thách thức quy ước bằng cách đồng trùng hợp isobutylene, một olefin (phân tử hydrocarbon chỉ chứa một liên kết đôi carbon-carbon) với một lượng nhỏ, ví dụ, ít hơn 2% isopren. Là một diene, isoprene cung cấp thêm liên kết đôi cần thiết để liên kết chéo các chuỗi polymer trơ khác, về cơ bản là polyisobutylene. Trước khi những khó khăn thử nghiệm được giải quyết, cao su butyl được gọi là but futile butyl, với những cải tiến, nó được chấp nhận rộng rãi vì tính thấm thấp của nó đối với khí và khả năng chống oxy và ozone tuyệt vời ở nhiệt độ bình thường. Trong Thế chiến II, chất đồng trùng hợp được gọi là GR-I, cho Chính phủ Cao su-Isobutylene.