Παρασκευή Βουτυλικού Καουτσούκ με Πολυμερισμό Κατιονικού Διαλύματος
Η διεργασία κατιονικού πολυμερισμού γενικά περιλαμβάνει τον εξευγενισμό και την παρασκευή μονομερών και άλλων συστατικών, την παρασκευή εκκινητών, τη διαδικασία πολυμερισμού, τον διαχωρισμό μονομερών και διαλυτών που δεν αντέδρασαν, την ανακύκλωση και την μετα-επεξεργασία προϊόντων πολυμερισμού.
Οι παράγοντες που επηρεάζουν συνήθως επηρεάζονται από τον διαλύτη και τη θερμοκρασία.
Ο παρακάτω πίνακας παραθέτει τους διαλύτες και τις σχετικές παραμέτρους για τον κατιονικό πολυμερισμό.
| Διαλύτες και σχετικές παράμετροι για κατιονικό πολυμερισμό | ||||
| Διαλυτικό μέσο | Σημείο τήξης/βαθμός | Σημείο βρασμού/βαθμός | Σχετική πυκνότητα | Διηλεκτρική σταθερά |
| Αιθυλένιο | -181 | -103.7 | ||
| Αιθάνιο | -183.3 | -88.6 | ||
| προπάνιο | -189.9 | -42.1 | 0.585（-45βαθμός ) | 1.61（0βαθμός ) |
| n-βουτάνιο | -138.9 | -0.5 | 0.58 | 1.76（20βαθμός ) |
| η-εξάνιο | -95 | 69 | 0.66 | 1.890（20βαθμός ) |
| κυκλοεξάνιο | 6.6 | 80.7 | 0.779 | 2.023（20βαθμός ) |
| βενζόλιο | 5.5 | 80.1 | 0.879 | 2.248（20βαθμός ) |
| Τολουΐνη | -95 | 110.6 | 0.867 | 2.379（25βαθμός ) |
| Μεθυλοχλωρίδιο | -97.7 | -24.2 | 0.916 | 12.6（-20βαθμός ) |
| Αιθυλοχλωρίδιο | -136.4 | 12.3 | 0.898 | 16.5（-72βαθμός ) |
| Διχλωρομεθάνιο | -95.5 | 40 | 1.327 | 9.08（20βαθμός ) |
| Χλωροφόρμιο | -63.5 | 61.7 | 1.483 | 4.806（20βαθμός ) |
| Τετραχλωρομεθάνιο | -23 | 76.5 | 1.594 | 2.238（20βαθμός ) |
| 1,2-Διχλωροαιθάνιο | -35.4 | 83.5 | 1.235 | 10.65（20βαθμός ) |
| χλωροβενζόλιο | -45.6 | 132 | 1.106 | 5.708（20βαθμός ) |
| ο-Διχλωροβενζόλιο | -17 | 180.5 | 1.305 | 9.93（25βαθμός ) |
| m-Διχλωροβενζόλιο | -24.7 | 173 | 1.288 | 5.04（25βαθμός ) |
| Νιτρομεθάνιο | -17 | 100.8 | 1.137 | 35.9（20βαθμός ) |
| Νιτροαιθάνιο | -50 | 115 | 1.045 | 28.06（30βαθμός ) |
| Νιτροβενζόλιο | 5.7 | 210.8 | 1.204 | 34.82（25βαθμός ) |
| διοξείδιο του άνθρακα | '-56.5（5 πμ） | -78.5 | 1.6（20βαθμός ,50 atm） | |
| δισουλφίδιο του άνθρακα | -110.8 | 46.3 | 1.263 | 2.641(20βαθμός) |
| διοξείδιο του θείου | -72.7 | -10 | 17.6(-20βαθμός) | |
Η δραστική αλυσίδα κατιονικής ανάπτυξης είναι πολύ ενεργή και είναι επιρρεπής στη μεταφορά αλυσίδας σε μονομερή και διαλύτες. Όταν η θερμοκρασία πολυμερισμού είναι υψηλή, το μοριακό βάρος του προϊόντος θα μειωθεί πολύ. Για να συντεθούν πολυμερή υψηλού μοριακού βάρους, πρέπει να πραγματοποιηθεί σε πολύ χαμηλή θερμοκρασία.
Η συνολική ενέργεια ενεργοποίησης του κατιονικού πολυμερισμού είναι στην περιοχή των -21~42 kJ/mol, η οποία είναι σχετικά μικρή. Όταν η ενέργεια ενεργοποίησης είναι πολύπλοκη, ο ρυθμός ανάπτυξης της αλυσίδας αυξάνεται με τη μείωση της θερμοκρασίας, το οποίο είναι ένα φαινόμενο μοναδικό στον κατιονικό πολυμερισμό.
Τα κατιόντα μπορούν να πολυμεριστούν μόνο σε χαμηλότερες θερμοκρασίες. Για παράδειγμα, το μέσο μήκος αλυσίδας του πολυμερούς που λαμβάνεται με τον κατιονικό πολυμερισμό του ισοβουτυλενίου έχει σημείο καμπής κοντά σε -100 βαθμό . Αυτό συμβαίνει επειδή πάνω από -100 βαθμό , η μεταφορά της αλυσίδας γίνεται κυρίως στον διαλύτη και κάτω από -100 βαθμό , η μεταφορά αλυσίδας γίνεται κυρίως στο μονομερές. Βιομηχανική παραγωγή βουτυλικού καουτσούκ Επιλέξτε τη θερμοκρασία αντίδρασης να είναι περίπου -100 βαθμοί .
Το βουτυλικό καουτσούκ είναι ένα τυχαίο πολυμερές που λαμβάνεται με κατιονικό πολυμερισμό ισοβουτυλενίου και ισοπρενίου υπό τη δράση ενός κατιονικού εκκινητή. Η μακρομοριακή αλυσίδα του καουτσούκ βουτυλίου έχει γραμμική δομή χωρίς βασικά κλάδους. Στη μακρομοριακή αλυσίδα, το ισοβουτυλένιο είναι κυρίως συνδεδεμένο κεφάλι με ουρά, το ισοπρένιο είναι κυρίως trans-1,4-δομή και η συσσωματωμένη δομή είναι μη διακλαδισμένη. Παίρνω σχήμα. Υπό κανονικές συνθήκες, η θερμοκρασία γυαλιού του άμορφου καουτσούκ βουτυλίου είναι περίπου -70 βαθμοί , και μπορεί να κρυσταλλωθεί υπό τάνυση. Ο παρακάτω πίνακας δείχνει την αεροστεγανότητα πολλών κοινών ελαστικών.
| Αεροστεγανότητα πολλών κοινώς χρησιμοποιούμενων λάστιχων | |||||
| Ποικιλία από καουτσούκ | Αέρας | οξυγόνο | Αζωτο | διοξείδιο του άνθρακα | υδρογόνο |
| φυσικό καουτσούκ | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| Καουτσούκ στυρενίου-βουταδιενίου | 65 | 73 | 60 | 72 | 84 |
| Νεοπρένιο | 30 | 17 | 24 | 25 | 27 |
| Βουτυλικό καουτσούκ | 13 | 6 | 11 | 14 | 15 |
Σε σύγκριση με άλλα άκρως ακόρεστα καουτσούκ, η αντοχή στο όζον του βουτυλικού καουτσούκ είναι περίπου 10 φορές υψηλότερη από αυτή του φυσικού καουτσούκ, του καουτσούκ στυρενίου-βουταδιενίου κ.λπ. Η αντοχή του στη θερμότητα, το ηλιακό φως και το οξυγόνο είναι καλύτερη από άλλα ελαστικά γενικής χρήσης. Έχει καλύτερη υψηλή θερμοκρασία > 100 μοίρες, ελαστικότητα και μεγαλύτερη αντοχή στη θερμότητα. (Περίπου 150 μοίρες). Καλή ηλεκτρική μόνωση, καλύτερη από το συνηθισμένο καουτσούκ.
Το βουτυλικό καουτσούκ έχει επίσης ελλείψεις. Λόγω της μικρής ποσότητας ισοπρενίου, η ταχύτητα βουλκανισμού μειώνεται, γεγονός που εμποδίζει τον συνβουλκανισμό του βουτυλικού καουτσούκ και του πολύ ακόρεστου καουτσούκ που χρησιμοποιείται συνήθως στα ελαστικά. Το βουτυλικό καουτσούκ έχει κακή πρόσφυση σε άλλα λάστιχα, αυτοκόλλητο και έχει κακή αμοιβαία πρόσφυση και δεν είναι εύκολα συμβατό με άλλα λάστιχα. Κακή ανθεκτικότητα και υψηλή θερμιδική αξία. Το μοριακό βάρος του βουλκανισμένου καουτσούκ βουτυλικού καουτσούκ θα μειωθεί μετά τη θερμική γήρανση, επομένως είναι ένα θερμικά αποικοδομήσιμο πολυμερές. Τα αλογονίδια του καουτσούκ βουτυλίου είναι το χλωροβουτυλικό καουτσούκ και το βρωμοβουτυλικό καουτσούκ. Η συμβατότητα, η αυτοκόλληση και η αμοιβαία πρόσφυση των αλογονιδίων του με άλλα πολυμερή είναι επίσης καλύτερες από αυτές του βουτυλικού καουτσούκ. Αυτά τα δύο αλογονωμένα καουτσούκ βουτυλίου είναι επί του παρόντος ένα κοινό υλικό για εσωτερικές επενδύσεις ελαστικών και πώματα φαρμακευτικών φιαλών.
Η αντίδραση συμπολυμερισμού του βουτυλικού καουτσούκ έχει ως εξής:
 |
|||||
Υπάρχουν δύο μέθοδοι πολυμερισμού για την παραγωγή βουτυλικού καουτσούκ: πολυμερισμός διαλύματος και πολυμερισμός πολτού. Θα το συζητήσουμε αυτό στο επόμενο στάδιο.