Butilo kaučiuko paruošimas polimerizuojant katijoniniu tirpalu
Katijoninės polimerizacijos procesas paprastai apima monomerų ir kitų komponentų gryninimą ir paruošimą, iniciatorių paruošimą, polimerizacijos procesą, nesureagavusių monomerų ir tirpiklių atskyrimą, perdirbimą ir polimerizacijos produktų tolesnį apdorojimą.
Įtakos veiksnius dažniausiai veikia tirpiklis ir temperatūra.
Šioje lentelėje išvardyti katijoninės polimerizacijos tirpikliai ir susiję parametrai.
| Tirpikliai ir susiję parametrai katijoninei polimerizacijai | ||||
| Tirpiklis | Lydymosi temperatūra/laipsnį | Virimo taškas/laipsnį | Santykinis tankis | Dielektrinė konstanta |
| Etilenas | -181 | -103.7 | ||
| Etanas | -183.3 | -88.6 | ||
| propanas | -189.9 | -42.1 | 0.585（-45laipsnis) | 1.61（0laipsnis) |
| n-butanas | -138.9 | -0.5 | 0.58 | 1.76（20laipsnis) |
| n-heksanas | -95 | 69 | 0.66 | 1.890（20laipsnis) |
| cikloheksanas | 6.6 | 80.7 | 0.779 | 2.023（20laipsnis) |
| benzenas | 5.5 | 80.1 | 0.879 | 2.248（20laipsnis) |
| Toluenas | -95 | 110.6 | 0.867 | 2.379（25laipsnis) |
| Metilo chloridas | -97.7 | -24.2 | 0.916 | 12.6（-20laipsnis) |
| Etilo chloridas | -136.4 | 12.3 | 0.898 | 16.5（-72laipsnis) |
| Dichlormetanas | -95.5 | 40 | 1.327 | 9.08（20laipsnis) |
| Chloroformas | -63.5 | 61.7 | 1.483 | 4.806（20laipsnis) |
| Tetrachlormetanas | -23 | 76.5 | 1.594 | 2.238（20laipsnis) |
| 1,2-dichloretanas | -35.4 | 83.5 | 1.235 | 10.65（20laipsnis) |
| chlorbenzenas | -45.6 | 132 | 1.106 | 5.708（20laipsnis) |
| o-dichlorbenzenas | -17 | 180.5 | 1.305 | 9.93（25laipsnis) |
| m-dichlorbenzenas | -24.7 | 173 | 1.288 | 5.04（25laipsnis) |
| Nitrometanas | -17 | 100.8 | 1.137 | 35.9（20laipsnis) |
| Nitroetanas | -50 | 115 | 1.045 | 28.06（30laipsnis) |
| Nitrobenzenas | 5.7 | 210.8 | 1.204 | 34.82（25laipsnis) |
| anglies dioksidas | '-56.5（5 val） | -78.5 | 1.6（20laipsnis,50 atm） | |
| anglies disulfidas | -110.8 | 46.3 | 1.263 | 2.641(20laipsnį) |
| sieros dioksidas | -72.7 | -10 | 17.6(-20laipsnį) | |
Katijoninė augimo aktyvi grandinė yra labai aktyvi ir linkusi grandinės pernešimui į monomerus ir tirpiklius. Kai polimerizacijos temperatūra yra aukšta, produkto molekulinė masė labai sumažės. Norint sintetinti didelės molekulinės masės polimerus, tai turi būti atliekama labai žemoje temperatūroje.
Bendra katijoninės polimerizacijos aktyvinimo energija yra -21~42 kJ/mol, o tai yra palyginti maža. Kai aktyvinimo energija yra sudėtinga, grandinės augimo greitis didėja mažėjant temperatūrai, o tai yra reiškinys, būdingas tik katijoninei polimerizacijai.
Katijonai gali polimerizuotis tik žemesnėje temperatūroje. Pavyzdžiui, vidutinis polimero grandinės ilgis, gautas katijonine izobutileno polimerizacija, posūkio taškas yra beveik -100 laipsnis. Taip yra todėl, kad virš -100 laipsnio grandinė daugiausia perduodama į tirpiklį, o žemiau -100 laipsnio grandinė daugiausia perduodama į monomerą. Pramoninė butilo kaučiuko gamyba Pasirinkite reakcijos temperatūrą maždaug -100 laipsnio.
Butilo kaučiukas yra atsitiktinis polimeras, gaunamas katijonine izobutileno ir izopreno polimerizacija, veikiant katijoniniam iniciatoriui. Butilo kaučiuko stambiamolekulinė grandinė turi linijinę struktūrą, iš esmės be šakų. Stambiamolekulinėje grandinėje izobutilenas daugiausia yra sujungtas su galva su uodega, izoprenas daugiausia yra trans-1,4-struktūra, o agreguota struktūra yra nešakota. Įgauti formą. Įprastomis aplinkybėmis amorfinio butilo kaučiuko stiklo temperatūra yra apie -70 laipsnį ir tempiant ji gali kristalizuotis. Šioje lentelėje parodytas kelių įprastų gumų sandarumas.
| Kelių dažniausiai naudojamų gumų sandarumas | |||||
| Gumos veislė | Oras | deguonies | Azotas | anglies dioksidas | vandenilis |
| natūrali guma | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| Stirolo-butadieno kaučiukas | 65 | 73 | 60 | 72 | 84 |
| Neoprenas | 30 | 17 | 24 | 25 | 27 |
| Butilo guma | 13 | 6 | 11 | 14 | 15 |
Palyginti su kitais labai nesočiaisiais kaučiukais, butilo kaučiuko atsparumas ozonui yra maždaug 10 kartų didesnis nei natūralaus kaučiuko, stireno-butadieno kaučiuko ir kt. Jo atsparumas karščiui, saulės šviesai ir deguoniui yra geresnis nei kitų bendrosios paskirties kaučiukų. Jis turi geresnę aukštą temperatūrą > 100 laipsnių, elastingumą ir didesnį atsparumą karščiui. (apie 150 laipsnių). Gera elektros izoliacija, geresnė nei įprasta guma.
Butilo kaučiukas taip pat turi trūkumų. Dėl nedidelio izopreno kiekio sumažėja vulkanizacijos greitis, o tai trukdo bendravulkanizuoti butilo kaučiuką ir labai nesočią kaučiuką, dažniausiai naudojamą padangose. Butilo kaučiukas blogai sukimba su kitomis gumomis, savaime sukimba, blogai sukimba ir nėra lengvai suderinamas su kitomis gumomis. Prastas atsparumas ir didelis kaloringumas. Vulkanizuoto butilo kaučiuko kaučiuko molekulinė masė po terminio senėjimo sumažės, todėl tai yra termiškai skaidus polimeras. Butilo kaučiuko halogenidai yra chlorobutilo kaučiukas ir bromobutilo kaučiukas. Jo halogenidų suderinamumas, savaiminis sukibimas ir abipusis sukibimas su kitais polimerais taip pat yra geresni nei butilo kaučiuko. Šios dvi halogenintos butilo gumos šiuo metu yra įprasta padangų vidinių įdėklų ir farmacinių butelių kamščių medžiaga.
Butilo kaučiuko kopolimerizacijos reakcija yra tokia:
 |
|||||
Butilo kaučiukui gaminti naudojami du polimerizacijos būdai: tirpalo polimerizacija ir srutos polimerizacija. Tai aptarsime kitame etape.