Butyl (IIR) / Brombutyl (BIIR) / Chlorbutyl (CIIR)

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14.09.2021

 

Etwa in den Vierzigern des 20. Jahrhundert wurde Butylkautschuk (kurz: Butyl) von Stand Oil of New Jersey (heute Exxon Mobil) entwickelt und auf den Markt gebracht. Als wichtige Grundlage diente dabei die Entwicklung des Thermoplasts Polyisobutylen (PIB) durch das deutsche Unternehmen BASF.

Butyl ist generell ein recht flexibel einsetzbarer Werkstoff, auf den in der Praxis aber vor allem aufgrund von drei besonderen Eigenschaften zurückgriffen wird: seine niedrige Gasdurchlässigkeit, seine hervorragende Dämpfung über einen breiten Temperaturbereich und seine sehr gute Elastizität bei Kälte. Häufig kommen dabei die Typen Brombutyl oder Chlorbutyl zum Einsatz, wobei der Einfachheit halber oft nur von „Butyl“ gesprochen wird.

Im folgenden Blogbeitrag gehen wir sowohl auf die allgemeinen als auch die besonderen Eigenschaften von Butyl, Brombutyl und Chlorbutyl ein und nennen die wichtigsten Anwendungsfelder.

Während in den Vierziger Jahren des 20. Jahrhunderts zunächst nur reiner Butylkautschuk (Isobuten-Isopren-Kautschuk, IIR) angeboten und eingesetzt wurde, fanden in den darauffolgenden Jahrzehnten Modifizierungen des Werkstoffs mit Halogenen statt. Mitte der Fünfziger Jahre kam so erstmals Brombutyl (BIIR) zum Einsatz, während Anfang der Sechziger Jahre dann Chlorbutyl (CIIR) auf den Markt kam, das bis heute von Exxon Mobil produziert wird.

In der Praxis wird Butyl zumeist in Form von Brombutyl (BIIR) oder Chlorbutyl (CIIR) eingesetzt. Da Brom und Chlor Halogene sind, bezeichnet man Brombutyl und Chlorbutyl auch als Halogenbutylkautschuke (XIIR). Butyl wird häufig als Synonym verwendet, auch wenn in der Anwendung eigentlich Brombutyl oder Chlorbutyl verwendet wird.

Die Vernetzung kann beispielsweise mit Schwefel, Chinondioxim, Phenolharzen oder Zinkoxid erfolgen. Bei Brombutyl (BIIR) und Chlorbutyl (CIIR) ist auch eine Vernetzung mit Peroxiden möglich. Das Vernetzungssystem wird dabei in Abhängigkeit des Anwendungsgebiets ausgewählt. Zinkoxid oder Harzsysteme werden beispielsweise dann verwendet, wenn eine bessere Hitzebeständigkeit erforderlich ist.  Chinondioxim-Systeme werden aufgrund ihres Bleigehalts eigentlich nicht mehr eingesetzt.

Mechanische Eigenschaften von Butylkautschuk (Brombutyl, Chlorbutyl)

Hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften ist die sehr niedrige Rückprallelastizität von Butyl (Brombutyl, Chlorbutyl) hervorzuheben. Die sehr niedrige Rückprallelastizität von Butyl (Brombutyl, Chlorbutyl)  ist gleichbedeutend mit exzellenten Dämpfungseigenschaften, die in einer Vielzahl von Anwendungen zum Tragen kommt. Aufgrund seiner hervorragenden Dämpfung werden Formteile aus Butyl (Brombutyl, Chlorbutyl)  beispielsweise als technische Stoßdämpfer oder Vibrationsdämpfer eingesetzt. Eine Besonderheit ist dabei, dass die Dämpfungseigenschaften von Butylkautschuk (Brombutyl, Chlorbutyl) über einen sehr breiten Temperaturbereich von etwa -40 °C bis +70 °C ohne große Einschränkungen zur Verfügung stehen. Nitrilkautschuk (NBR) kann bei geeignetem Mischungsaufbau zwar ähnliche Dämpfungseigenschaften erreichen wie Butyl. Diese sind aber nur in einem wesentlich kleineren Temperaturbereich möglich.

Butyl-Mischungen (Brombutyl, Chlorbutyl) bzw. Formteile daraus können sowohl sehr weich sein als auch relativ hart. Mögliche Härten liegen zwischen 30 Shore A und 80 Shore A. Fertigteile aus sehr weichen Butyl-Mischungen (Brombutyl, Chlorbutyl) neigen jedoch zu Klebrigkeit.

Der Druckverformungsrest von Butyl (Brombutyl, Chlorbutyl)  ist im Vergleich zu anderen Gummi-Materialien eher schwach (also hoch). Dies gilt insbesondere bei steigenden Temperaturen. Bei Kälte ist der Druckverformungsrest ordentlich.

Die sonstigen mechanischen Eigenschaften wie Reißfestigkeit, Weiterreißwiderstand oder Abriebwiderstand sind im Vergleich zu anderen Elastomeren durchschnittlich. Die Reißdehnung ist hingegen sehr gut.

Thermische Eigenschaften von Butylkautschuk (Brombutyl, Chlorbutyl)

Die Wärmebeständigkeit von Butylkautschuk (Brombutyl, Chlorbutyl) ist grundsätzlich vergleichbar mit EPDM, tendenziell vielleicht ein bisschen schlechter. Sie ist sehr abhängig vom Vernetzungssystem. Wird Butylkautschuk durch Schwefel vernetzt, ist die Hitzebeständigkeit etwas schwächer. Werden hingegen Chinondioxim, Phenolharze oder Zinkoxid als Vernetzer verwendet, steigt die Hitzebeständigkeit. Generell gilt, dass die Hitzebeständigkeit besser ist, je höher der Isopren-Gehalt der Mischung ist. Allerdings ist dabei zu beachten, dass mit steigendem Isopren-Gehalt die Sauerstoff- und Ozonbeständigkeit abnimmt. Die Wärmebeständigkeit von Butylkautschuk bei Schwefelvernetzung liegt bei etwa +110 °C (1.000 Stunden), bei Harzvernetzung bei +150 °C und höher.

Allgemein kann man sagen, dass Butyl (Brombutyl, Chlorbutyl) typischerweise in einem Temperaturbereich von -60 °C bis +130 °C eingesetzt wird.

Hinsichtlich kalter Temperaturen zeigt Butylkautschuk (Brombutyl, Chlorbutyl) sehr gute Performance-Werte. Der Tg liegt bei ca. -70 °C und damit in etwa auf dem Niveau von Naturkautschuk. Die Elastizität von Butylkautschuk (Brombutyl, Chlorbutyl)  bleibt bei tiefen Temperaturen weitestgehend erhalten, was den Werkstoff im Vergleich zu vielen anderen Elastomeren besonders macht.

Hervorzuheben ist zudem, dass die hervorragenden Dämpfungseigenschaften von Butylkautschuk (Brombutyl, Chlorbutyl)  über einen breiten Temperaturbereich (-40 °C bis +70 °C) erhalten bleiben. 

Medienbeständigkeit von Butylkautschuk (Brombutyl, Chlorbutyl)

Eine Besonderheit von Butylkautschuk (Brombutyl, Chlorbutyl) liegt in seiner äußerst geringen Gasdurchlässigkeit. Hierbei ist Butyl (Brombutyl, Chlorbutyl) anderen Elastomeren deutlich überlegen. Im Vergleich zu Naturkautschuk beispielsweise ist die Gaspermeabilität von Butylkautschul (Brombutyl, Chlorbutyl) in etwa um den Faktor 10 geringer.

Die Witterungs- und Ozonbeständigkeit von Butyl (Brombutyl, Chlorbutyl) sind insgesamt sehr ordentlich, bleiben aber unter den Werten von EPDM. Allgemein kann man sagen, dass EPDM in diesem Bereich Butyl (Brombutyl, Chlorbutyl) verdrängt hat, sofern keine weiteren besonderen Eigenschaften von Butyl (Brombutyl, Chlorbutyl) gefordert sind.

Butylkautschuke (Brombutyl, Chlorbutyl) zeigen gute bis sehr gute Beständigkeit gegen verdünnte Säuren und Laugen sowie gegen polare Lösungsmittel wie Alkohol. Ebenfalls gut bis sehr gut ist die Beständigkeit gegen Aceton, Glycerin, Methylethylketon, Phthalate, Pflanzenöl und Ester.

Darüber hinaus weist Butyl (Brombutyl, Chlorbutyl) eine gute Verträglichkeit gegenüber Heißwasser und Heißdampf bis etwa 130 °C auf.

Ungenügend ist dagegen die Beständigkeit gegen Kraftstoffe, Öle, Fette, Kohlenwasserstoffe sowie konzentrierte, oxidierende Säuren.

Anwendungsgebiete von Butylkautschuk (Brombutyl, Chlorbutyl)

Die Einsatzgebiete von Butylkautschuk (Brombutyl, Chlorbutyl) ergeben sich insbesondere durch dessen besonderen Eigenschaften in Bezug auf Dämpfung sowie Gasundurchlässigkeit, wo Butyl anderen Gummi-Materialien überlegen ist. Insofern werden Artikel aus Butyl (Brombutyl, Chlorbutyl) insbesondere dort eingesetzt, wo diese Eigenschaften benötigt werden.

Ein wichtiger Einsatzbereich von Butylkautschuk (Brombutyl, Chlorbutyl) sind Reifenschläuche bzw. Luftschläuche sowohl von Kfz- als auch Fahrradreifen sowie die Innenschichten schlauchloser Reifen. Generell eignet sich Butyl (Brombutyl, Chlorbutyl) aufgrund seiner niedrigen Gasdurchlässigkeit sehr gut für Schläuche bei der Förderung von Gasen. Ebenfalls wird diese Eigenschaft für die Herstellung spezieller Schutzkleidung (Schutzhandschuhe, Schutzanzüge) genützt und auch zur Fertigung von Vakuumdichtungen.

Wegen seiner exzellenten Dämpfung dient Butyl (Brombutyl, Chlorbutyl) zudem zur Fertigung von Schwingungsdämpfern,  technischen Stoßdämpfern, Vibrationsdämpfern sowie sonstigen Dämpfungselementen und Pufferfedern.

Butylkautschuk (Brombutyl, Chlorbutyl) wird darüber hinaus als Werkstoff für Membranen, Dichtungen, O-Ringe oder Flanschverschlüsse verwendet.

In der Pharmaindustrie und auch im Medizinbereich werden Stopfen oder Verschlusskappen aus Butyl (Brombutyl, Chlorbutyl) eingesetzt.

Übersicht über die Eigenschaften von Butyl (Brombutyl, Chlorbutyl)

Abschließend soll noch eine zusammenfassende Übersicht über die Eigenschaften von Butyl (Brombutyl, Chlorbutyl) gegeben werden.

Es ist zu beachten, dass es sich hierbei lediglich um eine generelle Orientierungshilfe handelt und die Darstellung nicht für endgültige Entscheidungen herangezogen werden sollte. Durch gezielten Rezepturaufbau können die einzelnen Eigenschaften von Mischungen positiv wie negativ beeinflusst werden und so von der Darstellung abweichen.

Die Bewertung reicht dabei von ☆☆☆☆☆ (unzureichend) bis ★★★★★ (sehr gut).

 Mechanische Eigenschaften:  
 Härtebereich:  30 Shore A bis 80 Shore A           
 Reißfestigkeit (Zugfestigkeit):  ★★★☆☆
 Reißdehnung (Bruchdehnung):  ★★★★★
 Weiterreißwiderstand:  ★★★★☆
 Druckverformungsrest bei Hitze:  ★★☆☆☆
 Druckverformungsrest bei Kälte:  ★★★☆☆
 Rückprallelastizität:  ☆☆☆☆☆
 Abriebwiderstand:  ★★☆☆☆
 Thermische Eigenschaften:  
 Kälteflexibilität:  ★★★★☆
 Hitzebeständigkeit:  ★★★☆☆
 (Chemische) Beständigkeit:  
 Benzin:  ☆☆☆☆☆
 Mineralöl (bei 100° C):  ☆☆☆☆☆
 Säuren:  ★★★★★
 Laugen:  ★★★★★
 Wasser (bei 100° C):  ★★★★★
 Witterung und Ozon:  ★★★☆☆
 UV/Licht:  ★★☆☆☆

Sollten Sie weitere detaillierte Informationen zu den Eigenschaften und der chemischen Beständigkeit benötigen oder Fragen hinsichtlich einer bestimmten Anwendung haben, nehme Sie gerne jederzeit Kontakt zu uns auf.  

Wenn Sie noch Fragen zu diesem Blogpost haben oder möchten, dass demnächst ein bestimmtes Themengebiet rund um Elastomere behandelt wird, melden Sie sich gerne bei uns per E-Mail unter info@hepako.de   

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