Cao su clobutyl là sản phẩm clo hóa cao su butyl với độ không bão hòa ít nhất 1,8% mol. Năm 1960, Hãng Standard Oil (Mỹ) đã sản xuất ra một loại cao su butyl mới, trong đó có thêm 1,2 phần clo trong một trăm phần cao su clobutyl. Việc ghép thêm clo vào cao su butyl với mục đích làm gia tăng hoạt tính hóa học của phân tử cao su butyl mà không tăng khối lượng của chúng, do đó tính chất của loại cao su này không khác nhiều so với cao su butyl trên phương diện các tính năng động. Sự thay đổi từ chất đàn hồi sang chất dẻo cần một số lượng lớn nguyên tử clo trong phân tử polyme. Mục đích thứ hai của việc ghép clo vào mạch là làm gia
tăng khả năng lưu hóa, đặc biệt khả năng lưu hóa ở các nối đôi (dùng lưu huỳnh, các chất xúc tiến).
Cao su clobutyl được chế tạo bằng cách cho một luồng khí clo sục liên tục vào dung dịch butyl trong dung môi hexan. Cứ mỗi phân tử clo phản ứng sẽ thoát ra một phân tử HCl và một nguyên tử clo gắn trên mạch phân tử cao su. Trong quá trình clo hóa, phân tử cao su bị cắt thành nhỏ hơn (trọng lượng phân tử giảm từ 3 9%). Tuy nhiên nếu cường độ clo hóa quá cao (vượt quá tỷ lệ 1 nguyên tử clo trên 1 đơn vị -C=C-) thì sự cắt đứt phân tử cao su sẽ rất đáng kể.
Vì các halogen allylic rất hoạt động, do đó nếu bị tác động của nhiệt (từ nhiệt độ 175oC đến 200oC) cao su clobutyl sẽ bị phân giải ra HCl, do đó trong thực tế người ta phải thêm chất ổn định là canxi stearat. Trong điều kiện này, cao su clobutyl có thể được lưu trữ lâu dài mà không bị biến tính. Do sự hiện diện của nhóm olefin không bão hòa và các nguyên tử clo hoạt động trong mạch phân tử cao su, nên có thể áp dụng rất nhiều kỹ thuật lưu hóa loại cao su này như có thể lưu hóa bằng ZnO hoặc bằng ZnCl2. Trong các trường hợp này người ta thường thêm tiourea và TMTD để tăng tốc độ lưu hóa. Ngoài ra, có thể lưu hóa bằng amin bậc 1 hoặc bằng nhựa phenolic giống như đối với cao su butyl.
Vì cấu trúc của cao su clobutyl giống với cao su butyl nên tính chất và khả năng sử dụng loại cao su này giống với cao su butyl. Cao su clobutyl cũng là loại vật liệu có tính thấm khí và thấm ẩm thấp, tính biến dạng trễ cao (chống sốc, chống rung), tính kháng chịu oxi, ozon và kháng hóa chất tốt. Ngoài ra vật liệu này còn chịu nhiệt cao hơn cao su butyl lưu hóa bằng hệ thống lưu hóa với lưu huỳnh. Sản phẩm từ cao su clobutyl không bị biến mềm khi kéo dài thời gian tiếp xúc với nhiệt và có thể chịu đựng được nhiệt độ đến 193oC, trong khi ở điều kiện này các loại cao su khác thì bị phân huỷ hoặc biến mềm. Cao su clobutyl được sử dụng để sản xuất lớp lót bên trong của lốp xe và nhất là lốp radial, ống chịu nhiệt hoặc trong sản xuất các mặt hàng cao su kỹ thuật và y tế.