Butylkautschuk (IIR), auch Isobutylen-Isopren-Kautschuk genannt, ein synthetischer Kautschuk, der durch Copolymerisation von Isobutylen mit geringen Mengen Isopren hergestellt wird. Butylkautschuk wird wegen seiner chemischen Inertheit, Gasundurchlässigkeit und Witterungsbeständigkeit in Innenauskleidungen von Autoreifen und in anderen Spezialanwendungen eingesetzt.
Hauptindustrielle Polymere: Butylkautschuk (Isobutylen-Isopren-Kautschuk, IIR)
Butylkautschuk ist ein Copolymer aus Isobutylen und Isopren, das erstmals von William Sparks und Robert Thomas bei hergestellt wurde
Sowohl Isobutylen (C [CH 3] 2 = CH 2) als auch Isopren (CH 2 = C [CH 3] -CH = CH 2) werden üblicherweise durch thermisches Cracken von Erdgas oder der leichteren Fraktionen von Rohöl erhalten. Bei normaler Temperatur und normalem Druck ist Isobutylen ein Gas und Isopren eine flüchtige Flüssigkeit. Zur Verarbeitung zu IIR wird Isobutylen, das auf sehr niedrige Temperaturen (ungefähr –100 ° C [–150 ° F]) gekühlt wurde, mit Methylchlorid verdünnt. In Gegenwart von Aluminiumchlorid werden geringe Konzentrationen (1,5 bis 4,5 Prozent) von Isopren zugesetzt, wodurch die Reaktion ausgelöst wird, bei der die beiden Verbindungen copolymerisieren (dh ihre Einzelmoleküle verbinden sich zu riesigen Molekülen mit mehreren Einheiten). Die Polymerwiederholungseinheiten haben die folgenden Strukturen:
Da das Basispolymer Polyisobutylen stereoregulär ist (dh seine Seitengruppen sind in regelmäßiger Reihenfolge entlang der Polymerketten angeordnet) und weil die Ketten beim Strecken schnell kristallisieren, ist IIR, das nur eine geringe Menge Isopren enthält, so stark wie Naturkautschuk. Da das Copolymer nur wenige ungesättigte Gruppen enthält (dargestellt durch die Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung in jeder Isopren-Wiederholungseinheit), ist IIR außerdem relativ oxidationsbeständig - ein Prozess, bei dem Sauerstoff in der Atmosphäre mit den Doppelbindungen reagiert und die bricht Polymerketten, wodurch das Material abgebaut wird. Butylkautschuk zeigt auch eine ungewöhnlich niedrige Geschwindigkeit der molekularen Bewegung weit über der Glasübergangstemperatur (der Temperatur, über der die Moleküle in einem starren, glasigen Zustand nicht mehr gefroren sind). Dieser Bewegungsmangel spiegelt sich in der ungewöhnlich geringen Gasdurchlässigkeit des Copolymers sowie in seiner hervorragenden Ozonangriffsbeständigkeit wider.
Das Copolymer wird aus dem Lösungsmittel als Krume gewonnen, die mit Füllstoffen und anderen Modifikatoren gemischt und dann zu praktischen Kautschukprodukten vulkanisiert werden kann. Butylkautschuk ist aufgrund seiner hervorragenden Luftrückhaltung das bevorzugte Material für Schläuche in allen bis auf die größten Größen. Es spielt auch eine wichtige Rolle in der Innenauskleidung von schlauchlosen Reifen. (Aufgrund der schlechten Haltbarkeit des Profils haben sich All-Butyl-Reifen nicht als erfolgreich erwiesen.) IIR wird aufgrund seiner Oxidationsbeständigkeit auch für viele andere Automobilkomponenten, einschließlich Fensterleisten, verwendet. Aufgrund seiner Hitzebeständigkeit ist es bei der Reifenherstellung unverzichtbar, da es die Blasen bildet, die den Dampf oder das heiße Wasser zurückhalten, die zum Vulkanisieren von Reifen verwendet werden.
Der kleinen Isoprenfraktion von IIR kann Brom oder Chlor zugesetzt werden, um BIIR oder CIIR (bekannt als Halogenbutyle) herzustellen. Die Eigenschaften dieser Polymere sind denen von IIR ähnlich, sie können jedoch schneller und mit unterschiedlichen und geringeren Mengen an Heilmitteln gehärtet werden. Infolgedessen können BIIR und CIIR in Kontakt mit anderen Elastomeren, aus denen ein Gummiprodukt besteht, leichter kokosiert werden.
Butylkautschuk wurde erstmals 1937 von den amerikanischen Chemikern William Sparks und Robert Thomas bei der Standard Oil Company in New Jersey (heute Exxon Corporation) hergestellt. Frühere Versuche, synthetische Kautschuke herzustellen, umfassten die Polymerisation von Dienen (Kohlenwasserstoffmoleküle mit zwei Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelpackungen) Bindungen) wie Isopren und Butadien. Sparks und Thomas trotzen der Konvention, indem sie Isobutylen, ein Olefin (Kohlenwasserstoffmoleküle, die nur eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung enthalten), mit geringen Mengen - z. B. weniger als 2 Prozent - Isopren copolymerisieren. Als Dien lieferte Isopren die zusätzliche Doppelbindung, die erforderlich war, um die ansonsten inerten Polymerketten zu vernetzen, die im wesentlichen Polyisobutylen waren. Bevor experimentelle Schwierigkeiten gelöst wurden, wurde Butylkautschuk als "vergebliches Butyl" bezeichnet, aber mit Verbesserungen fand es breite Akzeptanz für seine geringe Durchlässigkeit für Gase und seine ausgezeichnete Beständigkeit gegen Sauerstoff und Ozon bei normalen Temperaturen. Während des Zweiten Weltkriegs wurde das Copolymer GR-I für Regierungskautschuk-Isobutylen genannt.
