Нитриловый каучук , также известный как нитрилбутадиеновый каучук , NBR , Buna-N и акрилонитрилбутадиеновый каучук , представляет собой синтетический каучук, полученный из акрилонитрила (ACN) и бутадиена . [1] Торговые названия включают Пербунан , Нипол , Кринац и Европрен . Эта резина необычна тем, что устойчива к воздействию масла, топлива и других химикатов.
NBR используется в автомобильной и авиационной промышленности для изготовления шлангов для подачи топлива и масла , уплотнений, втулок и самоуплотняющихся топливных баков . Его также используют в атомной промышленности для изготовления защитных перчаток. Стабильность NBR при температурах от -40 до 108 °C (от -40 до 226 °F) делает его идеальным материалом для применения в авиации. Нитрилбутадиен также используется для производства формованных изделий, обуви, клеев, герметиков, губок, пенопласта и ковриков.
Благодаря своей устойчивости NBR является полезным материалом для изготовления одноразовых лабораторных, чистящих и смотровых перчаток. Нитриловый каучук более устойчив к маслам и кислотам , чем натуральный каучук , имеет более высокую прочность, но меньшую гибкость.
Нитриловый каучук был разработан в 1931 году компаниями BASF и Bayer , входившими в то время в состав химического конгломерата IG Farben . Первое коммерческое производство началось в Германии в 1935 году. [2] [3]
Buna -Werke — фабрика рабского труда, расположенная недалеко от Освенцима и финансируемая IG Farben. Сырье поступало с польских угольных месторождений. [4] Buna Rubber была названа BASF AG, и до 1988 года Buna оставалась торговой маркой нитрилового каучука, принадлежавшей BASF.
Эмульгатор (мыло), акрилонитрил, бутадиен , активаторы образования радикалов и катализатор добавляются в емкости для полимеризации при производстве горячего NBR. Вода служит реакционной средой внутри сосуда. Резервуары нагревают до 30–40 °C, чтобы облегчить реакцию полимеризации и способствовать образованию разветвлений в полимере. Поскольку в производстве нитрильного каучука участвует несколько мономеров, способных распространять реакцию, состав каждого полимера может варьироваться (в зависимости от концентрации каждого мономера, добавляемого в резервуар для полимеризации, и условий внутри резервуара). Во всем полимере не может быть ни одной повторяющейся единицы. По этой причине для общего полимера также не существует названия IUPAC.
Мономерам обычно разрешается реагировать в течение 5–12 часов. Полимеризации дают возможность дойти до конверсии ~70%, прежде чем добавляют «сдерживающий» агент (такой как диметилдитиокарбамат и диэтилгидроксиламин ) для реакции (разрушения) с оставшимися свободными радикалами и инициаторами. Как только полученный латекс «остановится», непрореагировавшие мономеры удаляются паром в шламовом отпарном аппарате. Восстановление непрореагировавших мономеров близко к 100%. После восстановления мономера латекс пропускается через ряд фильтров для удаления нежелательных твердых частиц, а затем отправляется в смесительные резервуары, где он стабилизируется антиоксидантом . Полученный полимерный латекс коагулируют с использованием нитрата кальция , сульфата алюминия и других коагулянтов в алюминиевом резервуаре. Затем коагулированное вещество промывают и сушат до получения резиновой крошки. [3]
Процесс производства холодного NBR очень похож на процесс производства горячего NBR. Резервуары для полимеризации охлаждаются до 5–15 °C вместо нагрева до 30–40 °C, близкого к температуре окружающей среды (ATC). В условиях более низких температур на полимерах образуется меньше разветвлений (количество разветвлений отличает холодный NBR от горячего NBR).
Сырье обычно желтого цвета, хотя оно также может иметь оранжевый или красный оттенок, в зависимости от производителя. Его удлинение при разрыве составляет ≥ 300%, а прочность на разрыв ≥ 10 Н/мм 2 (10 МПа). NBR обладает хорошей устойчивостью к минеральным и растительным маслам, бензолу/бензину, обычным разбавленным кислотам и щелочам.
Важным фактором свойств NBR является соотношение акрилонитрильных групп и бутадиеновых групп, называемое содержанием ACN. Чем ниже содержание АЦН, тем ниже температура стеклования; однако чем выше содержание ACN, тем большей устойчивостью полимер будет обладать к неполярным растворителям, как указано выше. [5] Для большинства применений, требующих как устойчивости к растворителям, так и гибкости при низких температурах, содержание ACN должно составлять 33%.
Нитриловый каучук используется в одноразовых нелатексных перчатках , автомобильных трансмиссионных ремнях, шлангах , уплотнительных кольцах , прокладках , сальниках, клиновых ремнях, синтетической коже, роликах для формования принтера и в качестве оболочки кабеля; Латекс NBR также можно использовать при приготовлении клеев и в качестве связующего пигмента. [ нужна цитата ]
В отличие от полимеров, предназначенных для приема внутрь, где небольшие несоответствия в химическом составе/структуре могут оказать заметное воздействие на организм, общие свойства NBR не зависят от состава. Сам производственный процесс не слишком сложен; Процессы полимеризации, восстановления мономеров и коагуляции требуют некоторых добавок и оборудования, но они типичны для производства большинства каучуков. Необходимый аппарат прост и легко достать.
В январе 2008 года Европейская комиссия наложила штрафы на общую сумму 34 230 000 евро на группы Bayer и Zeon за фиксирование цен на нитрилбутадиеновый каучук в нарушение запрета ЕС на картели и ограничительной деловой практики (статья 81 Договора ЕС и статья 53 Соглашение о ЕЭП). [6]
Гидрированный нитрилбутадиеновый каучук (HNBR) получают путем гидрирования NBR. При этом удаляются олефиновые группы, которые уязвимы для разложения различными химическими веществами, а также озоном. Обычно для ускорения гидрирования используют катализатор Уилкинсона . Нитрильные группы не затрагиваются. Степень гидрирования определяет тип вулканизации, который можно применить к полимеру. [7]
HNBR, также известный как высоконасыщенный нитрил (HSN), широко известен своей физической прочностью и сохранением свойств после длительного воздействия тепла, масла и химикатов. Торговые названия включают Жанбер (Lianda Corporation), Тербан (Arlanxeo [8] ) и Зетпол (Zeon Chemical). Его обычно используют для изготовления уплотнительных колец для автомобильных систем кондиционирования. [9] Другие области применения включают ремни ГРМ, амортизаторы, сервошланги, мембраны и уплотнения. [10]
В зависимости от выбора наполнителя и нагрузки соединения HNBR обычно имеют предел прочности на разрыв 20–31 МПа при 23 °C. Методы компаундирования позволяют использовать HNBR в широком диапазоне температур от -40 °C до 165 °C с минимальной деградацией в течение длительных периодов времени. Для работы при низких температурах следует использовать низкие марки ACN; высокотемпературные характеристики могут быть достигнуты за счет использования высоконасыщенных марок HNBR с белыми наполнителями. Как группа, эластомеры HNBR обладают превосходной устойчивостью к обычным автомобильным жидкостям (например, моторному маслу, охлаждающей жидкости, топливу и т. д.).
Уникальные свойства и более высокий температурный класс, приписываемые HNBR по сравнению с NBR, привели к широкому распространению HNBR в автомобильной, промышленной и других областях, где требуется высокая производительность. По объему автомобильный рынок является крупнейшим потребителем, использующим HNBR для множества динамических и статических уплотнений, шлангов и ремней. HNBR также широко используется в промышленных уплотнениях при разведке и переработке нефтяных месторождений, а также в валках для сталелитейных и бумажных фабрик.
Альтернативной версией NBR является карбоксилированный нитрилбутадиеновый каучук (XNBR). XNBR представляет собой терполимер бутадиена, акрилонитрила и акриловой кислоты. [11] Присутствие акриловой кислоты приводит к образованию групп карбоновой кислоты (RCO 2 H). Эти группы позволяют осуществлять сшивание за счет добавления добавок цинка (Zn 2+ ). Карбоксильные группы присутствуют на уровне 10% или менее. В дополнение к этим ионным сшивкам применяется традиционная серная вулканизация.
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )