תרכובת כימית של גומי בוטיל

גומי בוטיל (IIR), המכונה גם גומי איזובוטילן-איזופרן, גומי סינטטי המיוצר על ידי קופולימריזציה של איזובוטילן עם כמויות קטנות של איזופרן. גומי בוטיל מוערך בשל חוסר האינרטיות הכימית, האטימות לגזים והפגיעות, והוא משמש בטפולים הפנימיים של צמיגי רכב ויישומים מיוחדים אחרים.

פולימרים תעשייתיים עיקריים: גומי בוטיל (גומי איזובוטילן-איזופרן, IIR)

גומי בוטיל הוא קופולימר של איזובוטילן ואיזופרן שיוצר לראשונה על ידי ויליאם ספארקס ורוברט תומאס ב-

שניהם איזובוטילן (C [CH ₃] ₂ = CH ₂) וגם איזופרן (CH ₂ = C [CH ₃] -CH = CH ₂) מתקבלים בדרך כלל על ידי פיצוח תרמי של גז טבעי או של שברים קלים יותר של נפט גולמי. בטמפרטורה ולחץ רגילים איזובוטילן הוא גז ואיזופרן היא נוזל נדיף. לעיבוד ל- IIR מדולל איזובוטילן, בקירור לטמפרטורות נמוכות מאוד (כ- 100 ° C [-150 מעלות צלזיוס)) במתיל כלוריד. מתווספים ריכוזים נמוכים (1.5 עד 4.5 אחוז) של איזופרן בנוכחות אלומיניום כלוריד, מה שיוזם את התגובה בה שתי התרכובות מתמצמצות (כלומר, מולקולות היחידה היחידה שלהם מתחברות זו לזו ליצירת מולקולות ענק, מרובות יחידות). ליחידות החוזרות על הפולימר יש את המבנים הבאים:

מכיוון שפולימר הבסיס, פולי-איזובוטילן, הוא סטריאורי-רגולרי (כלומר, קבוצות התליון שלו מסודרות בסדר קבוע לאורך שרשראות הפולימר) ומכיוון שהשרשראות מתגבשות במהירות במתיחה, IIR המכיל רק כמות קטנה של איזופרן חזק כמו גומי טבעי. בנוסף, מכיוון שהקופולימר מכיל מעט קבוצות בלתי רוויות (המיוצג על ידי הקשר הכפול פחמן-פחמן הנמצא בכל יחידה חוזרת איזופרן), IIR עמיד יחסית לחמצון - תהליך שבו חמצן באטמוספרה מגיב עם הקשרים הכפולים ושובר את שרשראות פולימר ובכך משפילות את החומר. גומי בוטיל מציג גם שיעור נמוך במיוחד של תנועה מולקולרית הרבה מעל לטמפרטורת מעבר הזכוכית (הטמפרטורה שמעליה המולקולות כבר לא קפואות במצב נוקשה וזכוכית). חוסר תנועה זה בא לידי ביטוי בחדירות הנמוכה באופן יוצא דופן של הקופולימר לגזים וכן בהתנגדותו הבולטת להתקפה על ידי אוזון.

הקופולימר משוחזר מהממס כפירור, אותו ניתן להוסיף למילוי חומרי מילוי ושינוי אחר ואז לוולקן למוצרי גומי מעשיים. בגלל החזקת האוויר המצוינת שלו, גומי בוטיל הוא החומר המועדף על צינורות פנימיים בכל הגדלים הגדולים ביותר מלבד. זה גם ממלא תפקיד חשוב במעטה הפנימי של צמיגים ללא צינורות. (בגלל עמידות ההליכה הגרועה, צמיגי כל-בוטיל לא הוכיחו הצלחה.) IIR משמש גם לרכיבי רכב רבים אחרים, כולל רצועות חלונות, בגלל עמידותו בפני חמצון. ההתנגדות שלו לחום הפכה אותו לבלתי הכרחי בייצור צמיגים, שם הוא יוצר את שלפוחית ​​השתן השומרת על האדים או המים החמים המשמשים להפעלת צמיגים.

ניתן להוסיף ברום או כלור לשבר האיזופרן הקטן של ה- IIR ליצירת BIIR או CIIR (המכונה halobutyls). תכונותיהם של פולימרים אלה דומות לאלו של IIR, אך ניתן לרפא אותם במהירות רבה יותר ובכמויות שונות וקטנות יותר של חומרים מרפא. כתוצאה מכך, BIIR ו- CIIR ניתנים לפתיחה קלה יותר במגע עם אלסטומרים אחרים המרכיבים מוצר גומי.

גומי בוטיל הופק לראשונה על ידי הכימאים האמריקאים ויליאם ספארקס ורוברט תומאס בחברת השמן הרגילה בניו ג'רזי (כיום חברת אקסון) בשנת 1937. ניסיונות קודמים לייצור גומי סינטטי היו כרוכים בפולימריזציה של דינים (מולקולות פחמימניות המכילות שני כפול פחמן פחמן קשרים) כגון איזופרנה ובוטדיאן. ניצוצות ותומאס התריסו כמוסכמה באמצעות קופולימרטיזציה של איזובוטילן, אולפין (מולקולות פחמימניות המכילות רק קשר כפול פחמן-פחמן אחד) עם כמויות קטנות - למשל פחות משני אחוז - של איזופרן. בתור דיאן, איזופרן סיפקה את הקשר הכפול הנוסף הדרוש בכדי לחבר בין שרשראות הפולימר האינרטיות שאחרת היו פוליסובוטילן. לפני שנפתרו קשיים ניסיוניים, גומי בוטיל כונה "בוטיל סרק", אך עם שיפורים הוא נהנה מהשלמה רחבה בגלל החדירות הנמוכה שלו לגזים והתנגדותו המצוינת לחמצן ואוזון בטמפרטורות רגילות. במהלך מלחמת העולם השנייה נקרא הקופולימר GR-I, עבור גומי-איזובוטילן ממשלתי.