Cauciuc nitril butadien: proprietăți, producție, aplicare

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Modificat ultima dată: 2023-12-17 10:39

Cauciucul nitril butadien (NBR) este principala materie primă pentru producerea diferitelor tipuri de cauciuc cu durabilitate optimă. Este un material polimeric sintetic obținut prin copolimerizarea butadienei cu acrilonitril (NAC). Poate fi numit nitril, divinil-nitril, cauciuc butadien-acrilonitril sau butacril. În denumirea internațională, acest material este etichetat NBR (nitril-butadienuber), în denumirea națională - SKN (cauciuc sintetic nitrilic).

Acolo unde este cazul

Acest tip de cauciuc este cel mai des folosit în acele industrii în care este importantă rezistența optimă a produselor din cauciuc la mediile agresive chimic. De mare importanță sunt proprietățile cauciucului butadien-nitrilic precum elasticitatea ridicată și deformarea permanentă mică. Acest material este largutilizate în producția de elemente de cauciuc care au contact direct cu materiale chimic active - acestea pot fi tot felul de etanșări, etanșări de ulei, compensatoare de cauciuc, furtunuri de combustibil și ulei, curele de transmisie, rezervoare de combustibil pentru mașini, aviație și industria petrolieră, imprimare offset farfurii și alte produse.

Produsele bazate pe acest cauciuc nu se umfla în lichide uleioase, antigel și apă. Din unele tipuri de astfel de materiale, se realizează mantaua cablurilor electrice și mănușile de cauciuc, care au o rezistență deosebită și rezistență la uzură. Este folosit la producerea diverșilor adezivi, etanșanți și spumă poliuretanică. Cauciucul este baza în producția de adezivi.

Când și de unde provine acest cauciuc?

Obținerea cauciucului butadien-nitril a fost înregistrată în 1934 în Germania. La acea vreme, oamenii de știință germani au creat un material unic în proprietățile sale și l-au brevetat sub numele Buna-N. În timpul celui de-al Doilea Război Mondial, noul material a fost la mare căutare în industria militară.

Din cauza lipsei de materii prime naturale, conducerea de top din SUA a lansat un program special care implică dezvoltarea activă a producției de cauciuc butadien-nitrilic și alte tipuri de materii prime sintetice pentru produse din cauciuc. Materialul produs în cadrul acestui program s-a numit GR-N. Până în prezent, BNR a devenit unul dintre cele mai căutate cauciucuri cu destinație specială. Este produs în peste 20 de țări din întreaga lume.

producție NBR

Acest tip de material se obține prin polimerizare constructivă în emulsie apoasă. Procesul se desfășoară atât la temperaturi ridicate, cât și la temperaturi scăzute. Principalii monomeri pentru producerea lor sunt butadiena-1, 3 și nitrilul acidului acrilic (NAC), amestecați într-o anumită proporție. Aceste substanțe nu depind de temperatură. Ținând cont de legile copolimerizării aleatorii, trebuie remarcat faptul că acest tandem de monomeri ar trebui să aibă proprietățile unei compoziții azeotrope care să conțină aproximativ 40% acrilonitril într-un amestec de monomeri.

În producția acestui tip de cauciuc, este nevoie de o purificare mai completă în timpul coagulării emulgatorilor utilizați pentru polimerizare. În cauciucurile fabricate este permisă o cantitate mică de cenușă, impurități minerale și volatile (nu mai mult de 1%). Ele pot fi încărcate cu antioxidanți colorabili sau necolorabili.

Ce este BNK

În țara noastră se produc cauciucuri de tipuri precum cauciucul nitrilic-18 (SKN-18), cauciucul nitril-butadien-26 (SKN-26) și cauciucul nitril-butadien-40 (SKN-40). Indicatorul numeric în grade arată numărul de unități de acrilonitril din polimeri. Acestea pot conține 18%, 26% sau 40% acrilonitril, respectiv.

Schimbând numărul de ingrediente constitutive, puteți obține diferite proprietăți ale materialului rezultat. În funcție de procentul de acrilonitril, proprietățilecauciucurile pot varia ca duritate, vâscozitate, rezistență la ulei și benzină. Procentul de NAC afectează efectul intermolecular al unităților structurale. Acesta este factorul care afectează utilizarea cauciucului nitril butadienă în anumite domenii ale economiei naționale. Cu toate acestea, este folosit ca materie primă pentru fabricarea unei game largi de produse industriale din cauciuc.

Imperfecțiuni ale materialului

În ciuda faptului că produsele din cauciuc realizate cu adaos de BNR au o întreagă gamă de performanțe excelente (rezistență ridicată la tracțiune și ductilitate, alungire relativă, rezistență la rupere și abraziune, rezistență excelentă la ulei și benzină), acest material și unele defecte.

Condiții de funcționare mai dure asociate cu creșterea vitezei mecanismelor și lipsa uleiului de răcire, duce la faptul că elementele din cauciuc pot funcționa doar la temperaturi de până la +150 de grade. Când temperatura de funcționare crește peste această valoare, are loc structurarea, iar apoi distrugerea cauciucurilor create pe baza NBR. Cu alte cuvinte, cauciucul încălzit devine dur și fragil.

Expunerea la temperaturi scăzute are, de asemenea, un efect negativ asupra produselor din cauciuc, care au fost folosite la producerea cauciucului nitrilic. Temperatura optimă de funcționare pentru acestea este considerată a nu fi mai mică de -35˚С.

Modificări moderne ale cauciucului

Pentru a crea produse din cauciuc cuun set unic de proprietăți, sunt utilizate modificări mai moderne ale cauciucurilor. Cauciucurile nitril butadienă hidrogenate sunt considerate una dintre evoluțiile promițătoare în modificare. Au proprietăți excelente de procesare în diferite tipuri de producție de cauciuc.

Cauciucul realizat pe baza de cauciucuri modificate cu policlorura de vinil ofera performante mai stabile in rezistenta la uzura intemperiilor (pana la -50 de grade) si la temperaturi extreme de functionare pana la +160 de grade. Este semnificativ superior produselor realizate pe baza de cauciucuri nitrilice din punct de vedere al rezistentei la rupere si la uzura. Are o rezistență excelentă la influența activă a mediului chimic agresiv. Cu toate acestea, acest cauciuc nu este atât de puternic și elastic. Prin urmare, pentru a îmbunătăți proprietățile de prelucrare ale materialului, acesta este cel mai adesea utilizat în combinație cu tipuri convenționale de cauciucuri nitrilice.

Vulcanizare

Procedeul de vulcanizare a cauciucurilor butadien-nitrilice se realizează folosind sulf, dar și tioram, peroxizi organici, rășini alchilfenol-formaldehidice și compuși organoclorurati. Temperatura poate varia de la 140˚ la 190˚ Celsius. În timpul acestui proces, se observă un platou mare de vulcanizare. Conținutul crescut de NAC contribuie la creșterea ratei de vulcanizare. Calitatea cauciucurilor rezultate este evaluată prin caracteristicile inerente ale vulcanizatoarelor.

Proprietăți

Proprietățile BNC sunt determinateconținut de acrilonitril. Acest tip de cauciuc este foarte solubil în cetone, unele soluții de hidrocarburi și esteri. Hidrocarburile alifatice și alcoolul nu au practic niciun efect asupra dizolvării cauciucurilor nitril butadienă. O creștere a compoziției materialului acrilonitril contribuie la acțiunea intermoleculară dintre lanțurile polimerice: cu cât mai mult NAA în compoziția materialului, cu atât densitatea și temperatura de tranziție sticloasă cresc mai mult. Un conținut crescut de NAA reduce proprietățile dielectrice, reduce gradul de solubilitate în solvenții aromatici și crește rezistența la umflare în hidrocarburile alifatice.

În funcție de cursul de polimerizare a cauciucului, acesta poate fi produs cu diferite proprietăți plastoelastice. Acestea pot fi:

• Foarte dur (duritate Defoe 21,5 - 27,5 N). Când se marchează un astfel de cauciuc, la numele său se adaugă litera „T”.
• Solid (duritate Defoe 17,5 - 21,5 N).
• Moale (duritate Defoe 7,5 - 11,5 N). La marcarea unui astfel de cauciuc, la numele său se adaugă litera „M”.

Pentru NBR-urile fabricate cu alchilsulfonați ca emulgatori, se adaugă litera „C” la marcaj. De exemplu, SKN-26MS este un cauciuc moale care conține 26% NAC legat și un emulgator biodegradabil de sulfonat de alchil a fost utilizat în preparare.