Kauczuk nitrylowo-butadienowy: właściwości, produkcja, zastosowanie

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 10:38

Kauczuk butadienowo-nitrylowy (NBR) jest głównym surowcem do produkcji różnych rodzajów kauczuku o optymalnej trwałości. Jest to syntetyczny materiał polimerowy otrzymywany przez kopolimeryzację butadienu z akrylonitrylem (NAC). Można go nazwać kauczukiem nitrylowym, diwinylonitrylowym, butadienowo-akrylonitrylowym lub butakrylem. W międzynarodowym oznaczeniu ten materiał jest oznaczony NBR (kauczuk butadienowo-nitrylowy), w krajowym oznaczeniu - SKN (nitrylowy kauczuk syntetyczny).

Gdzie dotyczy

Ten rodzaj gumy jest najczęściej używany w tych gałęziach przemysłu, w których ważna jest optymalna odporność produktów gumowych na chemicznie agresywne środowiska. Duże znaczenie mają takie właściwości kauczuku butadienowo-nitrylowego, jak wysoka elastyczność i niewielkie odkształcenia trwałe. Ten materiał jest szerokostosowany w produkcji elementów gumowych mających bezpośredni kontakt z materiałami aktywnymi chemicznie - mogą to być wszelkiego rodzaju uszczelnienia, uszczelnienia olejowe, kompensatory gumowe, węże paliwowe i olejowe, paski napędowe, zbiorniki paliwowe do samochodów, przemysłu lotniczego i naftowego, druk offsetowy talerze i inne produkty.

Produkty na bazie tej gumy nie pęcznieją w oleistych cieczach, płynach niezamarzających i wodzie. Z niektórych rodzajów takiego materiału wykonana jest osłona przewodów elektrycznych i gumowe rękawice, które mają szczególną wytrzymałość i odporność na zużycie. Znajduje zastosowanie w produkcji różnego rodzaju klejów, uszczelniaczy oraz pianki poliuretanowej. Guma jest podstawą w produkcji klejów.

Kiedy i skąd pochodzi ta guma?

Pozyskiwanie kauczuku butadienowo-nitrylowego zostało zarejestrowane w 1934 roku w Niemczech. W tym czasie niemieccy naukowcy stworzyli materiał o unikalnych właściwościach i opatentowali go pod nazwą Buna-N. Podczas II wojny światowej nowy materiał cieszył się dużym zainteresowaniem w przemyśle wojskowym.

Ze względu na brak surowców naturalnych najwyższe kierownictwo USA uruchomiło specjalny program obejmujący aktywny rozwój produkcji kauczuku butadienowo-nitrylowego i innych rodzajów surowców syntetycznych do wyrobów gumowych. Materiał wyprodukowany w ramach tego programu nazwano GR-N. Do tej pory BNR stał się jedną z najbardziej poszukiwanych gum do zastosowań specjalnych. Jest produkowany w ponad 20 krajach na całym świecie.

Produkcja NBR

Ten rodzaj materiału jest otrzymywany przez konstruktywną polimeryzację w wodnej emulsji. Proces prowadzony jest zarówno w wysokich jak i niskich temperaturach. Głównymi monomerami do ich produkcji są butadien-1, 3 i nitryl kwasu akrylowego (NAC), zmieszane w określonej proporcji. Substancje te nie zależą od temperatury. Biorąc pod uwagę prawa losowej kopolimeryzacji, należy zauważyć, że ten tandem monomerów powinien mieć właściwości kompozycji azeotropowej zawierającej około 40% akrylonitrylu w mieszaninie monomerów.

W produkcji tego typu gumy istnieje potrzeba pełniejszego oczyszczenia podczas koagulacji emulgatorów stosowanych do polimeryzacji. W produkowanych gumach dopuszczalna jest niewielka ilość popiołu, zanieczyszczeń mineralnych i lotnych (nie więcej niż 1%). Mogą być obciążone plamiącymi lub nieplamiącymi się przeciwutleniaczami.

Co to jest BNK

W naszym kraju produkowane są kauczuki takie jak kauczuk nitrylowy-18 (SKN-18), kauczuk butadienowo-nitrylowy-26 (SKN-26) oraz kauczuk butadienowo-nitrylowy-40 (SKN-40). Wskaźnik liczbowy w stopniach pokazuje liczbę jednostek akrylonitrylu w polimerach. Mogą zawierać odpowiednio 18%, 26% lub 40% akrylonitrylu.

Zmieniając liczbę składników składowych, można uzyskać różne właściwości powstałego materiału. W zależności od procentu akrylonitrylu właściwościgumy mogą mieć różną twardość, lepkość, odporność na oleje i benzynę. Procent NAC wpływa na efekt międzycząsteczkowy jednostek strukturalnych. To właśnie ten czynnik wpływa na wykorzystanie kauczuku butadienowo-nitrylowego w niektórych obszarach gospodarki narodowej. Niemniej jednak jest używany jako surowiec do produkcji szerokiej gamy przemysłowych wyrobów gumowych.

Niedoskonałości materiałowe

Pomimo faktu, że produkty gumowe wykonane z dodatkiem BNR mają cały szereg doskonałych właściwości użytkowych (wysoka wytrzymałość na rozciąganie i ciągliwość, wydłużenie względne, odporność na rozdarcie i ścieranie, doskonała odporność na oleje i benzynę), ten materiał i niektóre wady.

Tręższe warunki pracy związane ze wzrostem prędkości mechanizmów i brakiem oleju chłodzącego powodują, że elementy gumowe mogą pracować tylko w temperaturach do +150 stopni. Gdy temperatura pracy wzrośnie powyżej tej wartości następuje strukturyzacja, a następnie destrukcja gum powstałych na bazie NBR. Innymi słowy, podgrzana guma staje się twarda i krucha.

Ekspozycja na niskie temperatury ma również negatywny wpływ na wyroby gumowe, które zostały użyte do produkcji kauczuku nitrylowego. Uważa się, że optymalna temperatura pracy dla nich jest nie niższa niż -35˚С.

Nowoczesne modyfikacje gumy

Aby tworzyć produkty gumowe za pomocąunikalny zestaw właściwości, stosowane są bardziej nowoczesne modyfikacje gum. Kauczuki nitrylowo-butadienowe uwodornione są uważane za jeden z obiecujących osiągnięć w zakresie modyfikacji. Posiadają doskonałe właściwości przetwórcze w różnego rodzaju produkcji gumy.

Kauczuk wykonany na bazie kauczuków modyfikowanych polichlorkiem winylu zapewnia bardziej stabilną odporność na zużycie w warunkach atmosferycznych (do -50 stopni) i ekstremalną temperaturę pracy do +160 stopni. Znacznie przewyższa produkty wykonane na bazie kauczuków nitrylowych pod względem odporności na rozdarcie i zużycie. Posiada doskonałą odporność na aktywne oddziaływanie środowisk agresywnych chemicznie. Jednak ta guma nie jest tak mocna i elastyczna. Dlatego w celu polepszenia właściwości przetwórczych materiału najczęściej stosuje się go w połączeniu z konwencjonalnymi rodzajami kauczuków nitrylowych.

Wulkanizacja

Proces wulkanizacji kauczuków butadienowo-nitrylowych realizowany jest przy użyciu siarki, tiuramu, nadtlenków organicznych, żywic alkilofenolowo-formaldehydowych oraz związków chloroorganicznych. Temperatura może wahać się od 140˚ do 190˚ Celsjusza. Podczas tego procesu obserwuje się duży plateau wulkanizacji. Zwiększona zawartość NAC przyczynia się do zwiększenia tempa wulkanizacji. Jakość otrzymanych gum jest oceniana na podstawie nieodłącznych właściwości wulkanizatorów.

Właściwości

Właściwości BNC są określonezawartość akrylonitrylu. Ten rodzaj gumy jest wysoce rozpuszczalny w ketonach, niektórych roztworach węglowodorów i estrach. Węglowodory alifatyczne i alkohol nie mają praktycznie żadnego wpływu na rozpuszczanie kauczuków butadienowo-nitrylowych. Wzrost składu materiału akrylonitryl przyczynia się do międzycząsteczkowego oddziaływania pomiędzy łańcuchami polimeru: im więcej NAA w składzie materiału, tym wyższa gęstość i temperatura zeszklenia. Zwiększona zawartość NAA obniża właściwości dielektryczne, obniża stopień rozpuszczalności w rozpuszczalnikach aromatycznych oraz zwiększa odporność na pęcznienie w węglowodorach alifatycznych.

W zależności od przebiegu polimeryzacji gumy może być wytwarzana z różnymi właściwościami plastosprężystymi. Mogą to być:

• Bardzo twarda (twardość Defoe 21,5 - 27,5 N). Podczas oznaczania takiej gumy do jej nazwy dodawana jest litera „T”.
• Solidny (twardość odparowująca 17,5 - 21,5 N).
• Miękki (twardość Defoe 7,5 - 11,5 N). Podczas oznaczania takiej gumy do jej nazwy dodawana jest litera „M”.

W przypadku NBR wytwarzanych z alkilosulfonianami jako emulgatorami, do oznaczenia dodaje się literę „C”. Na przykład SKN-26MS to miękka guma, która zawiera 26% związanego NAC, a do przygotowania użyto biodegradowalnego emulgatora alkilosulfonianu.