Статьи

 

Полиизобутилен – это полимер общей формулы

[– С(СН3)2 – СН2 – ]n

Высокомолекулярный полиизобутилен при нормальной температуре (20°С) представляет собой каучукообразный эластичный материал, практически бесцветный, не обладающий запахом и физиологически безвредный.

В обычном состоянии полиизобутилен имеет аморфную структуру; при растяжении он легко кристаллизуется, давая четкую рентгенограмму ориентированных кристаллитов. Кристаллическая фаза сохраняется лишь в растянутом полимере и переходит опять в аморфную при сокращении образца.

Физические свойства


Высокомолекулярный полиизобутилен – это бесцветный каучукоподобный аморфный полимер, кристаллизующийся при большом растяжения, среднемассовая молекулярная масса которого равна 70–225*103. Он сравнительно растворяется в нефтяных, ароматических углеводородах (бензоле, толуоле и тому подобное), алифатических углеводородах, сероуглероде, хлорированных углеводородах, минеральных маслах. Набухает в диэтиловом эфире, сложных эфирах, жирах и растительных маслах, не растворяется в воде. Плотность полиизобутилена 0,920 г/см (при 25°С); nD25 1,5070 – 1,5080; температура стеклование около минус 70°С; теплостойкость по Мартенсу 65 – 80° С; С? 1,88*103 Дж/(кг*К), коэффициент теплопроводности 0,116 – 0,139 Вт/(м*К); ?? > 1015 Ом*см; tg? (3 – 5)*10-4; электрическая прочность 16 – 20 МВ/м. Обладает очень низкой паро- и газопроницаемостью; через пленку толщиной 1 мм проницаемость водяного пара 0,0006 г/(м2*ч), водопоглощение за 24 часа не более 0,1%. Эластические свойства полиизобутилена сохраняются до минус 50°; при дальнейшем понижении температуры он медленно теряет эластичность, становится хрупким.
В отличие от каучуков полиизобутилен не способен к реакции вулканизации («сшивке» макромолекул).

Этот полимер обладает рядом ценных свойств: так же легок, как и полиэтилен, водостоек и устойчив к агрессивным средам. При нормальной температуре на него не действуют кислоты, щелочи, соли галоидов, а также низшие спирты, кетоны, сложные эфиры и другие полярные растворители.

Высокая эластичность и морозостойкость (в сравнении с полиэтиленом) может быть объяснена действием метильных замещающих групп, в присутствии которых увеличиваются расстояния между макромолекулами и поэтому ослабляется их взаимодействие.

Полиизобутилен устойчив к кислороду в рассеянном свете и при нормальной температуре, но нестабилен в присутствии кислорода на солнечном свете и при ультрафиолетовом облучении. При повышенной температуре легко окисляется азотной кислотой и другими окислителями.

При температуре 110–130°С кислород воздуха окисляет полимер, что сопровождается деструкцией молекул. Нагревание до 100°С придает полиизобутилену пластичность, он легко формуется при 180–200°С, а при 350–400°С разлагается с образованием маслянистых и газообразных продуктов.

Ценным свойством полиизобутилена является его способность воспринимать различные наполнители в большом количестве (до 90%). Введение активных наполнителей (технического углерода, сажи, графита, талька, мела, синтетических смол) увеличивает прочность и жесткость композиций, уменьшает текучесть, но при этом снижает стойкость полимера к свету и атмосферному кислороду. Стабилизируют полиизобутилен не только наполнителями, но и антиоксидантами фенольного типа.
Низкомолекулярный полиизобутилен – это вязкая жидкость; среднемассовая молекулярная масса (8,7 – 25)*103 [пускают также продукты с молекулярная масса (0,3 – 5)*103]; ? 8 – 15*103 Па с (20°С) и 0,6 – 2,2*103 Па с (50°С); плотность 0,880 – 0,910 г/см3 (20°С); nD25 1,5020 – 1,5060; температура стеклования в зависимости от молекулярной массы колеблется от минус 68 до минус80°С, температура воспламенения 130 – 240°С; кислотное число не более 0,05 мг КОН/г, ионное число не более 4 мг I2/100 г.

Низкомолекулярный полиизобутилен хорошо растворим в тех же растворителях, что и высокомолекулярный полиизобутилен, частично растворяется в высших спиртах и сложных эфирах; обладает хорошими диэлектрическими свойствами и высокой химической стойкостью. Полиизобутилен стабилизируют небольшими добавками ингибиторов.

Химические свойства


Строение макромолекул полиизобутилена (линейный полимер, содержащий, как правило, одну концевую С = С связь на макромолекулу) определяет его химические свойства. Полиизобутилен – один из наиболее химически инертных среди известных полимеров. Полиизобутилен стоек к разбавленным и концентрированным кислотам: Н2SO4 (98,8%), НNO3 (5 0%), НСООН, НСl (37%), СН3COOH; аммиаку, щелочам (NaОН 40%), растворам солей, перекиси водорода. При нагревании устойчив к действию НNO3 и других кислот; при взаимодействии с Н2SO4 обугливается. Уже при 290 К полиизобутилен не стоек к жидким и газообразным Сl2 и Вr2 их водным растворам, озону, а также к некоторым энергетическим воздействиям.

Термическое воздействие выше 620 К приводит к деградации и деполимеризации полимера. Выход мономера в летучих продуктах реакции достигает порядка 20–30% (масс), а выход углеводородов С5 и выше – более 65–70% (масс) при скорости деполимеризации 2,5–3% минen (623 К).В числе получающихся наиболее важных, помимо изобутилена, продуктов следует отметить ди-, три- и тетрамеры изобутилена образующиеся при внутримолекулярной передаче цепи по свободно-радикальному механизму. [1]

Для полиизобутилена характерны реакции как по насыщенным С = С-связям, так и в цепи по С – С-связям, в том числе и специфические процессы деструкции по законам случая и концевых групп. не исключена и возможность сшивания полимерных цепей, правда, с небольшими степенями превращения.

Наличие концевых С=С-связей в полиизобутилене обусловливают возможность протекания химических реакций, характерных для олефиновых углеводородов, однако реакционноспособность концевых групп уменьшается с возрастанием молекулярной массы полимера, что, в свою очередь, как правило, ограничивает возможности функционализации макромолекул. [

Практическое значение имеют реакции полиизобутилена с малеиновым ангидридом, гидрирования (катализатор – смешанный сульфид Ni–W, 645 K, 2,4 Пма) и алкилирования фенола в присутствии электрофильных катализаторов (300–360 К).При модификации полиизобутилена фенолом в присутствии бензолсульфокислотьт (375 – 395 К) достигнут максимальный выход полиизобутиленилфенола 31% масс. Существенно лучшие результаты получаются при алкилировании фенолов полиизобутиленом в присутствии Ме [AlCl4] (Ме – Li, Nа, К). С увеличением молекулярной массы полиизобутилена выход полиизобутиленфенолов уменьшается.

Функционализация полиизобутилена фенолами и аминофенолами протекает легко с высоким выходом (2–4 ч; 373 – 393 К) в присутствии комплексных солей типа Ме [AlCl4] (Ме – Li, Nа, К), причем выход продукта практически не зависит от природы щелочного металла в катализаторе.

Перерабатывают полиизобутилен на обычном оборудовании резиновой промышленности (например, вальцы при 160–200°С, каландры, экструдеры при 150–200°С, прессы 150–190°С); при этом его молекулярная масса почти не изменяется. Длительная механическая обработка при температурах ниже 100°С приводят к деструкция. Полиизобутилен совмещается с натуральным и синтетическими каучуками, пластиками, синтетическими смолами, парафином, битумом, минеральными наполнителями и пигментами. Наполнителя снижают хладотекучесть, повышают прочность и твердость полиизобутилена. Его технологические свойства значительно улучшаются при введения наполнителей и повышении температуры переработки. Для ненаполненного полиизобутилена ?раст 1,5–6,0 МПа, относительно удлинение 500-1000 %, твердость 20–35, для наполненных смесей – соответственно 2,5–9,0 МПа, 20–550%, 30–93. Полиизобутилен может быть вулканизован смесью ди-трет-бутилпероксида, серы и хинондиоксима при 165 °С

Применение полиизобутилена


Высокомолекулярный полиизобутилен применяют для изготовления листовых химически стойких и гидроизоляционных материалов, прорезиненных тканей, электроизоляционных материалов, герметиков, липких лент. Углеводородные растворы и водные дисперсии полиизобутилена используют как клеи в производстве искусственного меха (в том числе каракуля), замши и других материалов на текстильной основе, а также как пропиточные составы в производстве бумаги и асбокартона. Водные дисперсии полиизобутилена и его смеси с очищенным парафином применяют для покрытия сыров и других пищевых продуктов.
Низкомолекулярный полиизобутилен применяют как загущающие присадки к смазочным маслам и консистентным смазкам, основу невысыхающих герметиков, изоляционные масла для кабелей, конденсаторные и трансформаторные масла, а также для пропитки изоляционной бумаги и других волокнистых материалов, предназначенных для обмотки электрических кабелей, для изготовления клейких и изоляционных лент, пластырей и так далее. Композиции полиизобутилена с битумом, асфальтом, гудроном, каменно-угольной смолой используют для гидроизоляции мягкой кровли, трубопроводов, швов в облицовке оросительной систем.

Полиизобутилен используется в основном не вулканизованном состоянии.
Обычно применяется не чистый полиизобутилен, который отличается повышенной хладотекучестью, а его композиция с наполнителями и другими полимерами. Так, смесь полиизобутилена с полиэтиленом используется в качестве электроизоляции для подводных и ультравысокочастотных кабелей и проводов. Листы полиизобутиленовых композиций, наполненных асбестом и порошкообразными наполнителями (например, тальком), применяют для футеровки химической аппаратуры.

Полиизобутилен – насыщенный полимер, отличающийся высокой стойкостью к действию кислорода и озона при нормальных температурах, стойкий к старению. Введение в полиизобутилен активных наполнителей (технического углерода, графита) повышает его прочностные свойства и химическую стойкость. Полиизобутилен стоек к концентрированным и разбавленным серной и соляной кис лотам, органическим кислотам, аммиаку, щелочам, пероксиду водорода, при нагревании разрушается концентрированной азотной кислотой, взаимодействует с газообразными хлором и бромом. Полиизобутилен легко окрашивается любыми красителями.

Полиизобутилен смешивается в любых соотношениях с натуральным и синтетическими каучуками, полиолефинами, поливинилхлоридом и различными смолами.

Полиизобутилен является продуктом полимеризации изобутилена, молекула которого обладает двойной связью и асимметрией, легко полимеризуются. Длина цепей (молекулярный вес) полимера зависит в основном от условий полимеризации, чистоты и концентрации мономера и природы катализатора.

Полиизобутилен с молекулярной весом ниже 50 000 представляет собой жидкость, вязкость которого увеличивается с повышением степени полимеризации.

В строительной технике применение находят в основном твердые полимеры, обладающие средним молекулярным весом от 100 000 до 500 000.

+7 (831) 415-09-70
606031. г. Дзержинск Нижегородской обл.,
пр. Циолковского, д. 71, комн. 6