Příprava butylového kaučuku kationtovou roztokovou polymerací
Proces kationtové polymerace obecně zahrnuje rafinaci a přípravu monomerů a dalších složek, přípravu iniciátorů, proces polymerace, separaci nezreagovaných monomerů a rozpouštědel, recyklaci a následné zpracování produktů polymerace.
Ovlivňující faktory jsou obvykle ovlivněny rozpouštědlem a teplotou.
V následující tabulce jsou uvedena rozpouštědla a související parametry pro kationtovou polymeraci.
| Rozpouštědla a související parametry pro kationtovou polymeraci | ||||
| Solventní | Bod tání/stupeň | Bod varu/stupeň | Relativní hustota | Dielektrická konstanta |
| Ethylen | -181 | -103.7 | ||
| Etan | -183.3 | -88.6 | ||
| propan | -189.9 | -42.1 | 0.585（-45stupeň) | 1.61（0stupeň) |
| n-butan | -138.9 | -0.5 | 0.58 | 1.76（20stupeň) |
| n-hexan | -95 | 69 | 0.66 | 1.890（20stupeň) |
| cyklohexan | 6.6 | 80.7 | 0.779 | 2.023（20stupeň) |
| benzen | 5.5 | 80.1 | 0.879 | 2.248（20stupeň) |
| Toluen | -95 | 110.6 | 0.867 | 2.379（25stupeň) |
| Methylchlorid | -97.7 | -24.2 | 0.916 | 12.6（-20stupeň) |
| Ethylchlorid | -136.4 | 12.3 | 0.898 | 16.5（-72stupeň) |
| dichlormethan | -95.5 | 40 | 1.327 | 9.08（20stupeň) |
| Chloroform | -63.5 | 61.7 | 1.483 | 4.806（20stupeň) |
| Tetrachlormethan | -23 | 76.5 | 1.594 | 2.238（20stupeň) |
| 1,2-Dichlorethan | -35.4 | 83.5 | 1.235 | 10.65（20stupeň) |
| chlorbenzen | -45.6 | 132 | 1.106 | 5.708（20stupeň) |
| o-dichlorbenzen | -17 | 180.5 | 1.305 | 9.93（25stupeň) |
| m-dichlorbenzen | -24.7 | 173 | 1.288 | 5.04（25stupeň) |
| Nitromethan | -17 | 100.8 | 1.137 | 35.9（20stupeň) |
| Nitroethan | -50 | 115 | 1.045 | 28.06（30stupeň) |
| nitrobenzen | 5.7 | 210.8 | 1.204 | 34.82（25stupeň) |
| oxid uhličitý | '-56.5（5 hodin ráno） | -78.5 | 1.6（20stupeň,50 atm） | |
| sirouhlík | -110.8 | 46.3 | 1.263 | 2.641(20stupeň) |
| oxid siřičitý | -72.7 | -10 | 17.6(-20stupeň) | |
Kationtový růstově aktivní řetězec je velmi aktivní a je náchylný k přenosu řetězce na monomery a rozpouštědla. Když je teplota polymerace vysoká, molekulová hmotnost produktu se hodně sníží. Aby bylo možné syntetizovat polymery s vysokou molekulovou hmotností, musí se to provádět při velmi nízké teplotě.
Celková aktivační energie kationtové polymerace se pohybuje v rozmezí -21~42 kJ/mol, což je relativně málo. Když je aktivační energie komplexní, rychlost růstu řetězce se zvyšuje s klesající teplotou, což je jev jedinečný pro kationtovou polymeraci.
Kationty mohou polymerovat pouze při nižších teplotách. Například průměrná délka řetězce polymeru získaného kationtovou polymerací isobutylenu má bod obratu blízko -100 stupně. Je to proto, že nad -100 stupněm je přenos řetězce hlavně do rozpouštědla a pod -100 stupněm je přenos řetězce hlavně do monomeru. Průmyslová výroba butylkaučuku Vyberte reakční teplotu přibližně -100 stupňů .
Butylkaučuk je statistický polymer získaný kationtovou polymerací isobutylenu a isoprenu za působení kationtového iniciátoru. Makromolekulární řetězec butylkaučuku má lineární strukturu v podstatě bez rozvětvení. Na makromolekulárním řetězci je isobutylen spojen hlavně hlavou s ocasem, isopren je převážně trans-1,4-struktura a agregovaná struktura je nerozvětvená. Vezměte si tvar. Za normálních okolností je teplota skla amorfního butylového kaučuku asi -70 stupňů a při natahování může krystalizovat. Následující tabulka ukazuje vzduchotěsnost několika běžných pryží.
| Vzduchotěsnost několika běžně používaných pryží | |||||
| Gumová odrůda | Vzduch | kyslík | Dusík | oxid uhličitý | vodík |
| přírodní guma | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| Styren-butadienový kaučuk | 65 | 73 | 60 | 72 | 84 |
| Neopren | 30 | 17 | 24 | 25 | 27 |
| Butylkaučuk | 13 | 6 | 11 | 14 | 15 |
Ve srovnání s jinými vysoce nenasycenými kaučuky je odolnost butylového kaučuku vůči ozónu asi 10krát vyšší než u přírodního kaučuku, styren-butadienového kaučuku atd. Jeho odolnost vůči teplu, slunečnímu záření a kyslíku je lepší než u jiných kaučuků pro všeobecné použití. Má lepší vysokou teplotu > 100 stupňů, elasticitu a vyšší tepelnou odolnost. (asi 150 stupňů). Dobrá elektrická izolace, lepší než běžná guma.
Butylkaučuk má také nedostatky. Vzhledem k malému množství isoprenu je rychlost vulkanizace snížena, což brání ko-vulkanizaci butylkaučuku a vysoce nenasyceného kaučuku běžně používaného v pneumatikách. Butylkaučuk má špatnou přilnavost k jiným pryžím, je samolepicí a má špatnou vzájemnou přilnavost a není snadno kompatibilní s jinými pryžemi. Špatná odolnost a vysoká výhřevnost. Molekulová hmotnost vulkanizovaného kaučuku z butylkaučuku se po tepelném stárnutí sníží, takže se jedná o tepelně odbouratelný polymer. Halogenidy butylkaučuku jsou chlorbutylkaučuk a bromobutylkaučuk. Kompatibilita, vlastní adheze a vzájemná adheze jeho halogenidů s jinými polymery jsou také lepší než u butylkaučuku. Tyto dva halogenované butylkaučuky jsou v současnosti běžným materiálem pro vnitřní vložky pneumatik a zátky farmaceutických lahví.
Kopolymerační reakce butylkaučuku je následující:
 |
|||||
Pro výrobu butylkaučuku existují dva způsoby polymerace: polymerace v roztoku a polymerace v suspenzi. O tom budeme diskutovat v další fázi.