Бутилкаучук был синтезирован Томасом и Спарксом в США в 1937 г., промышленное его производство за рубежом было освоено в 1941 г. В нашей стране промышленность выпускает бутилкаучук, начиная с 1956 г.
Представляет собой сополимер метилпропена с 2-метил-1,3-бутадиеном (или изобутилена и изопрена). Соотношение изопрена и изобутилена определяет непредельность полимера. Макромолекулы бутилкаучука имеют линейное строение; распределение звеньев изопрена, присоединенных преимущественно в положениях 1,4, носит статистический характер.
Физические свойства бутилкаучука
Бутилкаучук – прозрачная белого или серого цвета малогазопроницаемая эластичная масса, обладающая хорошими электроизоляционными свойствами.
Бутилкаучук не содержит геля, растворяется в алифатических и ароматических углеводородах, кристаллизуется только при больших растяжениях (>500%).
Малая ненасыщенность бутилкаучука обусловливает его высокую тепло- , свето- и озоностойкость, а также устойчивость к действию многих агрессивных сред — щелочей, кислот, спиртов, кетонов, растительных и животных жиров, перекиси водорода и др.
По стойкости к комбинированному действию света и озона бутилкаучук существенно превосходит такие высоконенасыщенные каучуки, как НК, СКИ и бутадиеновые каучуки. Ионизирующие излучения вызывают деструкцию бутилкаучука. Отличительная особенность бутилкаучука — исключительно низкая воздухо- и паропроницаемость.
Получение бутилкаучука
Бутилкаучук синтезируют катионной сополимеризацией мономеров при температурах от -80 до -95°С в среде метил- или этилхлорида, не растворяющих полимер, или в алифатических углеводородах, например изопентане.
Катализаторы полимеризации – АlСl3, протонированные комплексы этилалюминийсесквихлорида (С2Н5)3Аl2Сl3 и др.
Для охлаждения реакционной смеси применяют жидкий этилен, который подают в рубашку или змеевики реактора. Каучук выделяют из взвеси или раствора в водном дегазаторе в присутствии антиагломерпрующего агента (обычно стеарата Са).
Сушку каучука осуществляют в червячных или конвейерных сушилках. Товарная форма бутилкаучука – брикеты.
Перерабатывают бутилкаучук на обычном оборудовании резиновых заводов (резиносмесителях, вальцах, каландрах, экструдерах), изделия вулканизуют при 140-180°С в прессах, специальных агрегатах, котлах.
Скорость и степень вулканизации бутилкаучука тем больше, чем выше его непредельность.
Наполнителями резиновых смесей на основе бутилкаучука служат технический углерод (сажа), неактивные минеральные наполнители (мел, каолин и др.), высокодисперсный SiO2, их смеси.
В качестве пластификаторов используют только насыщенные соединения (например, нафтеновые и парафиновые масла, низкомолекулярный полиэтилен), так как ненасыщенные пластификаторы замедляют вулканизацию каучука.
Из-за низкой непредельности, обусловливающей небольшую скорость его вулканизации, он непригоден для использования в смесях с высоконенасыщенными каучуками.
Бутилкаучук технологически совместим с двойным и тройным этилен-пропиленовыми каучуками, полиизобутиленом, хлоропреновым каучуком, сополимеромизобутилена со стиролом, полиэтиленом, полипропиленом.
Свойства вулканизатов
Механические характеристики вулканизатов бутилкаучука в значительной степени определяются его ненасыщенностью: с ее увеличением повышаются напряжение при заданном удлинении и твердость резин, снижаются их прочность при растяжении (особенно ненаполненных резин) и относительное удлинение, несколько ухудшаются демпфирующие свойства.
Недостатки вулканизатов – низкая эластичность при обычных температурах, высокие остаточные деформации, большое теплообразование при динамических нагрузках.
Применение бутилкаучука
Бутилкаучук применяют в производстве автомобильных камер, теплостойких деталей вулканизационного оборудования (например, варочных камер и диафрагм форматоров-вулканизаторов), многих РТИ (паропроводных рукавов, теплостойких конвейерных лент, прорезиненных тканей и др.).
На основе бутилкаучука изготовляют изоляцию кабелей высокого и низкого напряжения, гуммировочные покрытия химической аппаратуры, кровельные покрытия, детали доильных аппаратов, некоторые изделия медицинского назначения и др.
Модификации каучука
Наряду с бутилкаучуком в промышленных масштабах выпускают ряд его модификаций: продукты прямого галогенирования — хлорбутилкаучук и бромбутилкаучук; жидкие бутил- и хлорбутилкаучук; структурированный бутилкаучук; искусственный латекс бутилкаучука.
Хлор- и бромбутилкаучук содержат соотв. 1,1-1,3% Сl или 2-3 % Вг, присоединенных главным образом в α-положение к двойным связям изопреновых звеньев макромолекулы.
Подвижные в аллильном положении атомы галогена способны участвовать в вулканизации (в том числе с использованием в качестве вулканизующего агента ZnO). Это обусловливает повышенную скорость вулканизации таких каучуков (особенно бромбутилкаучука), благодаря чему возможна их совулканизация с НК и высоконенасыщенными СК.
Вулканизаты галогенированных бутилкаучуков имеют повышенную теплостойкость.
Хлор- и бромбутилкаучуки применяют для изготовления внутреннего слоя бескамерных автошин, атмосферостойких боковин радиальных шин, теплостойких автомобильных камер, конвейерных лент, рукавов, изделий медицинского назначения, клеев, промежуточных прослоек для крепления резины к металлу и резин из бутилкаучука к резинам на основе других каучуков.
Жидкие бутилкаучук и хлорбутилкаучук (2-5% Сl) – основа герметиков, используемых для изоляции стыков и заполнения щелей в строительных конструкциях и гидромелиоративных сооружениях. По устойчивости к проникновению водяных паров такие герметики превосходят уретановые, полисульфидные и кремнийорганические в 20 раз. Эти каучуки применяют также для обкладки различных емкостей, изоляции кабелей и др.
Сшитый (структурированный) бутилкаучук, получаемый сополимеризацией изобутилена, изопрена и 0,3-4,0% дивинилбензола или другого сшивающего агента, содержит 50-80% геля. Он обладает меньшей, чем обычный бутилкаучук, хладотекучестью, что обеспечивает лучшее сохранение формы профилированных заготовок при их хранении и неформовой вулканизации.
Для вулканизации сшитого каучука могут быть использованы органические пероксиды. Применяют его как добавку к неструктурированному бутилкаучуку для улучшения каркасности и внешней поверхности резиновых заготовок.