اصول طراحی لاستیک بوتیل ریشه در ساخت دقیق ساختار مولکولی آن و تطابق سیستماتیک الزامات عملکرد دارد. هدف دستیابی به بهینه سازی هم افزایی خواص چندگانه، از جمله هوابندی، مقاومت شیمیایی، و الاستیسیته، از طریق کنترل ترکیب شیمیایی و ریزساختار، برای برآوردن نیازهای کاربرد در شرایط کاری سخت است.
از دیدگاه طراحی مولکولی، لاستیک بوتیل از ایزوبوتیلن به عنوان مونومر اصلی استفاده می کند که تحت کوپلیمریزاسیون کاتیونی با مقدار کمی ایزوپرن قرار می گیرد. در مولکول ایزوبوتیلن، دو گروه متیل به طور متقارن در یک طرف پیوند دوگانه توزیع شده اند و پس از پلیمریزاسیون یک ساختار زنجیره اصلی بسیار اشباع را تشکیل می دهند. آرایش متراکم گروه های متیل جانبی به طور قابل توجهی مانع فضایی زنجیره مولکولی را افزایش می دهد و درجه آزادی حرکت بخش زنجیره را محدود می کند. این ویژگی ساختاری مستقیماً منجر به ضریب نفوذپذیری گاز بسیار پایین آن میشود- مولکولهای گاز باید برای نفوذ به شبکه پلیمری بر یک مانع انرژی انتشار بالاتر غلبه کنند، بنابراین به مواد هوابندی عالی میدهند و به یک مزیت اصلی در لایههای هوابند تایر و محصولات آببندی تبدیل میشوند. معرفی مقدار کمی ایزوپرن پیوندهای دوگانه را به زنجیره اصلی وارد می کند و مکان های فعالی را برای اتصال عرضی ولکانیزاسیون ایجاد می کند. این امر هوابندی را تضمین می کند و در عین حال قابلیت پردازش و بازیابی الاستیک را به مواد می دهد، تراکم و چقرمگی مکانیکی را متعادل می کند.
یکی دیگر از کلیدهای طراحی عملکرد در منظم بودن ساختار زنجیره و کنترل تعاملات نهفته است. یک زنجیره اصلی بسیار اشباع شده خطر تخریب اکسیداتیو ناشی از پیوندهای غیر اشباع را کاهش می دهد و مقاومت در برابر پیری را بهبود می بخشد. اثر محافظ فضایی گروههای متیل جانبی، احتمال نفوذ مولکولهای حلال قطبی را کاهش میدهد و مقاومت به خوردگی شیمیایی را افزایش میدهد. با تنظیم محتوای ایزوپرن (معمولاً 0.5%-2%)، چگالی اتصال عرضی و دمای انتقال شیشه را می توان دقیقاً کنترل کرد و به مواد اجازه می دهد تا کشسانی خوبی را در محدوده دمایی -50 درجه تا 150 درجه حفظ کنند و با شرایط عملیاتی در دمای وسیع تطبیق دهند.
برای کاربردهای خاص، اصول طراحی به اصلاح و گسترش بیشتر گسترش مییابد. به عنوان مثال، لاستیک بوتیل هالوژنه، از طریق کلرزنی یا برم کردن، گروه های قطبی را وارد زنجیره اصلی می کند و نه تنها نرخ ولکانیزاسیون و سازگاری با دیگر لاستیک ها را بهبود می بخشد، بلکه توانایی سدسازی در برابر رسانه های قطبی را نیز افزایش می دهد، نیازهای ترکیبی بسته بندی دارویی،{1} کارایی بالا و سایر زمینه ها را برآورده می کند. علاوه بر این، با معرفی مونومرها/پلیمرهای کاربردی از طریق کوپلیمریزاسیون یا اختلاط، مواد میتوانند دارای خواص اضافی مانند بازدارندگی در شعله، رسانایی، یا خود ترمیمی شوند و جهشی از مواد تک عملکردی به سیستمهای چند منظوره داشته باشند.
به طور کلی، اصل طراحی لاستیک بوتیل بر اساس ساختار مولکولی است و توسط الزامات عملکرد هدایت می شود. از طریق ادغام سیستماتیک روشهای انتخاب مونومر، بهینهسازی نسبت و روشهای اصلاح، یک سیستم مواد با مزیتهای اصلی و سازگاری با سناریوهای کاربردی مختلف ساخته میشود که پایهای نظری برای کاربرد گسترده آن در-تولید پیشرفته و صنایع در حال ظهور ایجاد میکند.
