부틸 고무
부틸 고무(Butyl rubber) 또는 부틸은 아이소뷰텐과 아이소프렌의 공중합체인 합성고무이다. IIR은 아이소뷰텐 아이소프렌 고무의 약자이다. 폴리아이소뷰텐, "PIB" 또는 폴리아이소부텐으로도 알려진 (C4H8)n는 부틸 고무의 기반이 되는 아이소뷰텐, 또는 2-메틸-1-프로펜의 단일 중합체이다. 부틸 고무는 약 98%의 아이소뷰텐과 약 2%의 아이소프렌의 중합을 통해 생산된다. 구조적으로 폴리아이소뷰텐은 폴리프로필렌과 유사하지만, 하나의 메틸기 대신 모든 다른 탄소 원자에 두 개의 메틸기가 치환되어 있다. 폴리아이소뷰텐은 무색에서 옅은 노란색의 점탄성 물질이다. 일반적으로 무취, 무미이지만 약간 특유의 냄새를 풍길 수 있다.
속성
[편집]부틸 고무는 기체 확산에 대한 불침투성이 뛰어나고, 긴 폴리아이소뷰텐 중합체 사슬은 우수한 굴곡 특성을 제공한다.
PIB의 공식은 다음과 같다: –(–CH2–C(CH3)2–)n–
IIR의 공식은 다음과 같다:
이는 양이온 부가 중합을 통해서만 단량체 아이소뷰텐 (CH2=C(CH3)2)으로부터 만들어질 수 있다.
합성고무, 또는 탄성체인 부틸 고무는 공기에 불침투성이며 밀폐가 필요한 많은 응용 분야에서 사용된다. 폴리아이소뷰텐과 부틸 고무는 접착제, 농화학 약품, 광섬유 화합물, 공 블래더, O링, 코크 (건축재료) 및 실런트, 랩 필름, 전기 유체, 윤활유 (2행정 엔진 오일), 종이 및 펄프, 개인 관리 용품, 안료 농축액, 고무 및 폴리머 개조, 화학 무기가 존재하는 지역에서 사용되는 특정 장비 보호 및 밀봉, 휘발유/경유 연료 첨가제, 그리고 껌 제조에 사용된다. 부틸 고무의 첫 번째 주요 응용 분야는 타이어 튜브였다. 이는 오늘날에도 그 시장의 중요한 부분을 차지하고 있다.
역사
[편집]아이소뷰텐은 1825년에 마이클 패러데이에 의해 발견되었다. 폴리아이소뷰텐 (PIB)은 1931년 IG 파르벤의 바스프 사업부가 낮은 온도에서 삼불화붕소 촉매를 사용하여 처음 개발했으며, Oppanol B라는 상표명으로 판매되었다. PIB는 오늘날에도 바스프의 핵심 사업으로 남아있다.
이는 나중에 1937년, 뉴저지주 린든의 스탠더드 오일 연구소에서 윌리엄 J. 스파크스와 로버트 M. 토머스 (고무 과학자) 연구원들에 의해 부틸 고무로 개발되었다. 오늘날 전 세계 부틸 고무 공급의 대부분은 엑슨모빌 (스탠더드 오일의 후신 중 하나)과 폴리머 코퍼레이션 두 회사에서 생산된다. 폴리머 코퍼레이션은 제2차 세계대전으로 인해 해외 공급이 중단되자 인공 고무를 생산하기 위해 1942년에 설립된 캐나다 연방 공기업이다. 이 회사는 1976년에 폴리사르로 이름이 바뀌었고, 고무 부문은 자회사인 폴리사르 고무 코퍼레이션이 되었다. 이 회사는 1988년에 NOVA 코퍼레이션에 매각되면서 민영화되었고, NOVA 코퍼레이션은 1990년에 폴리사르 고무를 독일의 바이엘 AG에 매각했다. 2005년에 바이엘 AG는 사니아 부지의 대부분을 포함한 화학 사업부를 분사하여 독일의 랑세스 AG를 설립했다.[1]
고분자량 (100,000–400,000 이상)의 PIB 동종 중합체는 폴리올레핀 탄성체이다: 넓은 온도 범위에서 질기고 늘어나는 고무 같은 재료이며; 낮은 밀도 (0.913–0.920), 낮은 투과성 및 우수한 전기적 특성을 갖는다.
1950년대와 1960년대에 할로젠화 부틸 고무 (할로부틸)가 염소화 (클로로부틸) 및 브롬화 (브로모부틸) 변형으로 개발되었으며, 훨씬 높은 경화 속도를 제공하고 천연 고무 및 스타이렌뷰타다이엔고무와 같은 다른 고무와의 공가황을 가능하게 했다. 할로부틸은 오늘날 튜브리스 타이어의 내부 라이닝에 가장 중요한 재료이다. 프랜시스 P. 볼드윈은 이러한 개발에 대한 많은 특허를 보유하여 1979년 찰스 굿이어 메달을 받았다.
2013년 봄, 영국 해협에서 발생한 두 건의 PIB 오염 사건은 연관된 것으로 추정되며 '수십 년 만에 최악의' 영국 해양 오염으로 묘사되었다. RSPB는 2,600마리 이상의 바닷새가 이 화학 물질로 죽었고 수백 마리가 더 구조되어 오염 제거되었다고 추정했다.[2]
용도
[편집]연료 및 윤활유 첨가제
[편집]폴리아이소뷰텐은 무수 말레인산과 반응하여 폴리아이소뷰테닐숙신산 무수물 (PIBSA)을 만들 수 있으며, 이는 다양한 에틸렌아민과 반응하여 폴리아이소뷰테닐숙신이미드 (PIBSI)로 전환될 수 있다. 윤활유 및 모터 연료의 첨가제로 사용될 때, 이들은 오일 또는 연료의 특성에 상당한 영향을 미 미칠 수 있다.[3][4] 기계가공에 사용되는 윤활유에 소량의 폴리아이소뷰텐을 첨가하면 유증기 발생이 크게 줄어들어 작업자의 유증기 흡입이 감소한다.[5] 또한 상업용 제품인 엘라스톨의 일부로 수중 기름 유출을 청소하는 데 사용된다. 원유에 첨가하면 원유의 점탄성을 증가시켜 물 표면에서 진공 흡입될 때 원유가 부서지는 것을 방지한다.
연료 첨가제로서 폴리아이소뷰텐은 세제 특성을 가지고 있다. 경유에 첨가되면 연료 인젝터의 오염을 방지하여 탄화수소 및 미립자 배출을 줄인다.[6] 다른 세제 및 첨가제와 혼합되어 퇴적물 축적과 노킹을 방지하는 "세제 패키지"를 만들어 휘발유 및 경유에 첨가된다.[7]
폴리아이소뷰텐은 일부 제형에서 증점제로 사용된다.
폭발물
[편집]폴리아이소뷰텐은 C-4 (폭약)과 같은 플라스틱 폭발물에서 결합제로 폭발물 산업에서 자주 사용된다.[8] 폴리아이소뷰텐 결합제는 폭발물을 조기 폭발에 덜 민감하게 만들고 다루고 성형하기 쉽게 만들기 때문에 사용된다.
스피커 및 오디오 장비
[편집]부틸 고무는 일반적으로 스피커, 특히 서라운드에 사용된다. 폼 서라운드가 열화되는 것을 대체하기 위해 사용되었다. 대부분의 현대 스피커는 부틸 고무를 사용하며, 대부분의 빈티지 스피커는 폼을 사용한다.
스포츠 장비
[편집]부틸 고무는 스포츠 공 (예: 럭비공, 축구공, 농구공, 네트볼)의 블래더와 자전거 튜브를 만들어 견고하고 밀폐된 내부 공간을 제공하는 데 사용된다.
방습 및 지붕 수리
[편집]부틸 고무 실런트는 방습, 고무 지붕 수리 및 지붕 막 (특히 가장자리 주변) 유지 보수에 사용된다. 많은 고정물 (예: 에어컨 통풍구, 배관 및 기타 파이프)이 지붕 막을 상당히 느슨하게 만들 수 있으므로 지붕 막을 고정하는 것이 중요하다.
고무 지붕은 일반적으로 EPDM 고무로 만들어진 특정 유형의 지붕 재료를 의미한다. 이러한 지붕의 무결성을 위해서는 거친 연마재 및 석유 기반 용제를 유지 보수에 사용하지 않는 것이 중요하다.
부틸 고무 바인더에 접합된 폴리에스테르 직물은 금속, PVC 및 시멘트 이음새에 사용할 수 있는 단면 방수 테이프를 제공한다. 금속 지붕을 수리하고 방수 처리하는 데 사용된다.
방독면 및 화학 작용제 보호
[편집]부틸 고무는 화학전 작용제 및 오염 제거 물질에 노출될 때 가장 견고한 탄성체 중 하나이다. 천연 고무나 실리콘과 같은 다른 탄성체보다 단단하고 다공성이 적은 재료이지만, 여전히 밀폐된 밀봉을 형성할 만큼 충분한 탄성을 가지고 있다. 부틸 고무는 NH3 (암모니아) 또는 특정 용제와 같은 작용제에 노출되면 분해되지만, 유사한 탄성체보다 더 느리게 분해된다. 따라서 방독면 및 기타 보호복의 밀봉을 만드는 데 사용된다.
제약용 마개
[편집]부틸 고무와 브로모부틸 고무는 의약품 바이알 및 병을 밀봉하는 데 사용되는 고무 마개를 제조하는 데 일반적으로 사용된다.[9]
껌
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대부분의 현대 껌은 식품 등급 부틸 고무를 중앙 껌 베이스로 사용하며, 이는 껌의 탄력성뿐만 아니라 끈질기고 끈적한 특성을 제공하여 일부 지방 자치 단체에서는 제거 비용을 충당하기 위해 세금 부과를 제안하기도 했다.[10]
재활용 껌은 회수된 폴리아이소뷰텐의 원료로도 사용되었다. 다른 제품 중에서도 이 기본 고무는 커피 컵과 '껌 드롭' 껌 수거함으로 제조되었다.[11][12] 수거함이 채워지면 내용물과 함께 파쇄되어 다시 재활용된다.
타이어
[편집]가스 확산에 대한 우수한 저항성 때문에 부틸 고무와 할로젠화 고무는 공압 튜브리스 타이어의 내부 라이너와 오래된 타이어의 튜브에 사용된다.
단열 창문
[편집]폴리아이소뷰텐은 상업 및 주거용 건축물의 단열 유리 유닛에서 1차 밀봉재로 사용되어 유닛의 공기 및 습기 밀봉을 제공한다.
각주
[편집]- ↑ 《Butyl Rubber: A Techno-commercial Profile》. 《Chemical Weekly》 55. 2009년 11월 3일. 207–211쪽.
- ↑ “biggest UK pollution incident for decades”. London Guardian. 2013년 5월 3일.
- ↑ “Polyisobutylene Succinimides in Engine Oil”. Lubrizol. 2017년 2월 15일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2017년 2월 14일에 확인함.
- ↑ J. Reid; J. Barker (2013). 《Understanding Polyisobutylene Succinimides (PIBSI) and Internal Diesel Injector Deposits》 (기술 보고서). SAE Technical Paper Series. doi:10.4271/2013-01-2682.
- ↑ “Case Studies: Minimizing Worker Exposure to Mist in the Auto Industry”. 《Green Engineering》. Environment Protection Agency. 2015년 4월 29일. 2012년 7월 28일에 원본 문서에서 보존된 문서.
- ↑ Hammerle R, Schuetzle D, Adams W (October 1994). 《A perspective on the potential development of environmentally acceptable light-duty diesel vehicles》. 《Environ. Health Perspect.》 102. 25–30쪽. doi:10.1289/ehp.94102s425. PMC 1566943. PMID 7529704. 2005년 11월 25일에 원본 문서에서 보존된 문서.
- ↑ “04-87 BASF Corp. v. United States” (PDF). 《Slip Opinions》. United States Court of International Trade. 2004년 7월 15일. 2006년 9월 23일에 원본 문서 (PDF)에서 보존된 문서.
- ↑ “Explosives - Compounds”. 《Global Security》.
- ↑ “Halobutyl rubber for pharmaceutical stoppers and seals”. ExxonMobil Chemical.
- ↑ “Making "Greener" Chewing Gum”. American Chemical Society. 2015년 12월 24일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2015년 12월 23일에 확인함.
- ↑ “Gumdrop Ltd.”. 2018년 3월 13일에 확인함.
- ↑ Shaw, Dougal (2018년 3월 6일). “The chewing gum you don't mind stuck to your shoe”. 《BBC 뉴스 온라인》. 2018년 3월 13일에 확인함.