Butilkaucsuk előállítása kationos oldatos polimerizációval
A kationos polimerizáció folyamata általában magában foglalja a monomerek és egyéb komponensek finomítását és előállítását, az iniciátorok előállítását, a polimerizációs folyamatot, a nem reagált monomerek és oldószerek elválasztását, a polimerizációs termékek újrahasznosítását és utófeldolgozását.
A befolyásoló tényezőket általában az oldószer és a hőmérséklet befolyásolja.
A következő táblázat felsorolja a kationos polimerizáció oldószereit és kapcsolódó paramétereit.
| Oldószerek és kapcsolódó paraméterek kationos polimerizációhoz | ||||
| Oldószer | Olvadáspont/fokozat | Forráspont/fokozat | Relatív sűrűség | Dielektromos állandó |
| Etilén | -181 | -103.7 | ||
| Etán | -183.3 | -88.6 | ||
| propán | -189.9 | -42.1 | 0.585（-45fokozat) | 1.61（0fokozat) |
| n-bután | -138.9 | -0.5 | 0.58 | 1.76（20fokozat) |
| n-hexán | -95 | 69 | 0.66 | 1.890（20fokozat) |
| ciklohexán | 6.6 | 80.7 | 0.779 | 2.023（20fokozat) |
| benzol | 5.5 | 80.1 | 0.879 | 2.248（20fokozat) |
| Toluol | -95 | 110.6 | 0.867 | 2.379（25fokozat) |
| Metil-klorid | -97.7 | -24.2 | 0.916 | 12.6（-20fokozat) |
| Etil-klorid | -136.4 | 12.3 | 0.898 | 16.5（-72fokozat) |
| diklór-metán | -95.5 | 40 | 1.327 | 9.08（20fokozat) |
| Kloroform | -63.5 | 61.7 | 1.483 | 4.806（20fokozat) |
| Tetraklór-metán | -23 | 76.5 | 1.594 | 2.238（20fokozat) |
| 1,2-Diklór-etán | -35.4 | 83.5 | 1.235 | 10.65（20fokozat) |
| klórbenzol | -45.6 | 132 | 1.106 | 5.708（20fokozat) |
| o-diklór-benzol | -17 | 180.5 | 1.305 | 9.93（25fokozat) |
| m-diklór-benzol | -24.7 | 173 | 1.288 | 5.04（25fokozat) |
| Nitrometán | -17 | 100.8 | 1.137 | 35.9（20fokozat) |
| Nitroetán | -50 | 115 | 1.045 | 28.06（30fokozat) |
| Nitrobenzol | 5.7 | 210.8 | 1.204 | 34.82（25fokozat) |
| szén-dioxid | '-56.5（5 órakor） | -78.5 | 1.6（20fokozat,50 atm） | |
| szén-diszulfid | -110.8 | 46.3 | 1.263 | 2.641(20fokozat) |
| kén-dioxid | -72.7 | -10 | 17.6(-20fokozat) | |
A kationos növekedési aktív lánc nagyon aktív, és hajlamos a lánc monomerekké és oldószerekké történő átvitelére. Ha a polimerizációs hőmérséklet magas, a termék molekulatömege nagymértékben csökken. A nagy molekulatömegű polimerek szintetizálásához nagyon alacsony hőmérsékleten kell végrehajtani.
A kationos polimerizáció teljes aktiválási energiája -21~42 kJ/mol tartományba esik, ami viszonylag kicsi. Ha az aktiválási energia összetett, a lánc növekedési sebessége a hőmérséklet csökkenésével nő, ami a kationos polimerizációra jellemző jelenség.
A kationok csak alacsonyabb hőmérsékleten tudnak polimerizálni. Például az izobutilén kationos polimerizációjával kapott polimer átlagos lánchosszának fordulópontja közel -100 fok. Ennek az az oka, hogy -100 fok felett a láncátvitel főként az oldószer felé, -100 fok alatt pedig főként a monomer felé történik. Butilkaucsuk ipari gyártása Válassza ki a reakcióhőmérsékletet -100 fok körülire.
A butilkaucsuk egy véletlenszerű polimer, amelyet izobutilén és izoprén kationos polimerizációjával kapnak kationos iniciátor hatására. A butilkaucsuk makromolekuláris lánca lineáris szerkezetű, lényegében nincs elágazás. A makromolekuláris láncon az izobutilén főként fejtől farokhoz kapcsolódik, az izoprén főként transz-1,4-szerkezet, az aggregált szerkezet pedig nem elágazó. Alakul. Normál körülmények között az amorf butilgumi üveghőmérséklete körülbelül -70 fok, és nyújtás közben kikristályosodhat. Az alábbi táblázat számos általános gumi légtömörségét mutatja.
| Több általánosan használt gumi légtömörsége | |||||
| Gumi fajta | Levegő | oxigén | Nitrogén | szén-dioxid | hidrogén |
| természetes gumi | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| Sztirol-butadién gumi | 65 | 73 | 60 | 72 | 84 |
| Neoprén | 30 | 17 | 24 | 25 | 27 |
| Butil gumi | 13 | 6 | 11 | 14 | 15 |
Más erősen telítetlen gumikhoz képest a butilkaucsuk ózonállósága körülbelül 10-szer nagyobb, mint a természetes gumié, a sztirol-butadién gumié stb. Hő-, napfénnyel és oxigénnel szembeni ellenállása jobb, mint más általános célú gumiké. Jobb magas hőmérséklete > 100 fok, rugalmassága és nagyobb hőállósága. (kb. 150 fok). Jó elektromos szigetelés, jobb, mint a hagyományos gumi.
A butilguminak is vannak hiányosságai. A kis mennyiségű izoprén miatt a vulkanizálási sebesség csökken, ami gátolja a gumiabroncsokban általánosan használt butilkaucsuk és erősen telítetlen gumi kovulkanizálását. A butilgumi rosszul tapad más gumikhoz, öntapadó, és rossz a kölcsönös tapadása, és nem könnyen kompatibilis más gumikkal. Rossz ellenállóképesség és magas fűtőérték. A vulkanizált butilkaucsuk molekulatömege a termikus öregítés után csökken, tehát termikusan lebomló polimer. A butilgumi halogenidjei a klór-butil-kaucsuk és a brómbutil-kaucsuk. Halogenideinek más polimerekkel való kompatibilitása, öntapadása és kölcsönös adhéziója is jobb, mint a butilgumié. Ez a két halogénezett butil-gumi jelenleg a gumiabroncsok belső bélésének és gyógyszerészeti palackdugójának gyakori anyaga.
A butilkaucsuk kopolimerizációs reakciója a következő:
 |
|||||
A butilkaucsuk előállítására két polimerizációs módszer létezik: oldatos polimerizáció és szuszpenziós polimerizáció. Ezt a következő szakaszban tárgyaljuk.