Нитрильный каучук , также известный как бутадиен-нитрильный каучук , NBR , Buna-N и акрилонитрил-бутадиеновый каучук , представляет собой синтетический каучук, полученный из акрилонитрила (ACN) и бутадиена . [1] Торговые названия включают Perbunan , Nipol , Krynac и Europrene . Этот каучук необычен тем, что устойчив к маслу, топливу и другим химикатам.
NBR используется в автомобильной и авиационной промышленности для изготовления шлангов для подачи топлива и масла , уплотнений, прокладок и самоуплотняющихся топливных баков . Он также используется в пищевой, медицинской и ядерной 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, вспененных материалов и напольных ковриков.
Его упругость делает NBR полезным материалом для одноразовых лабораторных, чистящих и смотровых перчаток. Нитрильный каучук более устойчив к маслам и кислотам , чем натуральный каучук , и имеет более высокую прочность, но уступает по гибкости.
Нитрильный каучук был разработан в 1931 году в BASF и Bayer , тогда входивших в химический конгломерат IG Farben . Первое коммерческое производство началось в Германии в 1935 году. [2] [3]
Buna -Werke была фабрикой рабского труда, расположенной недалеко от Освенцима и финансировавшейся IG Farben. Сырье поступало с польских угольных месторождений. [4] Буна-каучук был назван BASF AG, и до 1988 года Buna была оставшимся торговым названием нитрильного каучука, принадлежащим BASF.
Эмульгатор (мыло), акрилонитрил, бутадиен , активаторы, генерирующие радикалы, и катализатор добавляются в полимеризационные сосуды при производстве горячего NBR. Вода служит реакционной средой внутри сосуда. Емкости нагреваются до 30–40 °C для облегчения реакции полимеризации и содействия образованию разветвлений в полимере. Поскольку в производстве нитрильного каучука участвуют несколько мономеров, способных распространять реакцию, состав каждого полимера может различаться (в зависимости от концентраций каждого мономера, добавленного в полимеризационный сосуд, и условий внутри сосуда). Во всем полимере может не быть ни одной повторяющейся единицы. По этой причине также нет названия IUPAC для общего полимера.
Мономеры обычно оставляют реагировать в течение 5–12 часов. Полимеризации дают возможность продолжиться до ~70% конверсии, прежде чем добавляется «тормозящий» агент (такой как диметилдитиокарбамат и диэтилгидроксиламин ) для реакции с (уничтожения) оставшимися свободными радикалами и инициаторами. После того, как полученный латекс «тормозится», непрореагировавшие мономеры удаляются паром в шламовой стриппере. Восстановление непрореагировавших мономеров близко к 100%. После восстановления мономеров латекс отправляется через ряд фильтров для удаления нежелательных твердых веществ, а затем отправляется в смесительные баки, где он стабилизируется антиоксидантом . Полученный полимерный латекс коагулируется с использованием нитрата кальция , сульфата алюминия и других коагулирующих агентов в алюминиевом баке. Затем коагулированное вещество промывается и высушивается в резиновую крошку. [3]
Процесс производства холодного NBR очень похож на процесс производства горячего NBR. Полимеризационные емкости охлаждаются до 5–15 °C вместо нагревания до 30–40 °C, близких к температуре окружающей среды (ATC). При более низких температурах на полимерах образуется меньше разветвлений (количество разветвлений отличает холодный NBR от горячего NBR).
Сырье обычно желтое, хотя может быть также оранжевого или красного оттенка, в зависимости от производителя. Его удлинение при разрыве составляет ≥ 300%, а прочность на разрыв составляет ≥ 10 Н/мм 2 (10 МПа). NBR обладает хорошей устойчивостью к минеральным маслам, растительным маслам, бензолу/бензину, обычным разбавленным кислотам и щелочам.
Важным фактором свойств NBR является соотношение акрилонитрильных групп к бутадиеновым группам, называемое содержанием ACN. Чем ниже содержание ACN, тем ниже температура стеклования; однако, чем выше содержание ACN, тем лучшей устойчивостью полимера к неполярным растворителям, как упоминалось выше. [5] Для большинства применений, требующих как устойчивости к растворителям, так и гибкости при низких температурах, требуется содержание ACN 33%.
Нитриловый каучук применяется в производстве одноразовых перчаток без латекса , автомобильных ремней трансмиссии, шлангов , уплотнительных колец , прокладок , сальников, клиновых ремней, синтетической кожи, роликов принтеров и в качестве оболочки кабеля; латекс NBR также может использоваться при изготовлении клеев и в качестве связующего пигмента. [ необходима ссылка ]
В отличие от полимеров, предназначенных для приема внутрь, где небольшие несоответствия в химическом составе/структуре могут оказывать выраженное воздействие на организм, общие свойства NBR нечувствительны к составу. Сам процесс производства не слишком сложен; процессы полимеризации, восстановления мономера и коагуляции требуют некоторых добавок и оборудования, но они типичны для производства большинства каучуков. Необходимая аппаратура проста и легкодоступна.
В январе 2008 года Европейская комиссия наложила штрафы на общую сумму 34 230 000 евро на группы Bayer и Zeon за установление цен на бутадиен-нитрильный каучук в нарушение запрета ЕС на картели и ограничительную деловую практику (статья 81 Договора о ЕС и статья 53 Соглашения о ЕЭЗ). [6]
Гидрогенизированный бутадиен-нитрильный каучук (HNBR) получают путем гидрогенизации NBR. При этом удаляются олефиновые группы, которые подвержены деградации под воздействием различных химикатов, а также озона. Обычно для ускорения гидрогенизации используют катализатор Уилкинсона . Нитрильные группы не затрагиваются. Степень гидрогенизации определяет тип вулканизации, который можно применять к полимеру. [7]
Также известный как высоконасыщенный нитрил (HSN), HNBR широко известен своей физической прочностью и сохранением свойств после длительного воздействия тепла, масла и химикатов. Торговые названия включают Zhanber (Lianda Corporation), Therban (Arlanxeo [8] ) и Zetpol (Zeon Chemical). Он обычно используется для производства уплотнительных колец для автомобильных систем кондиционирования воздуха. [9] Другие области применения включают ремни ГРМ, амортизаторы, сервошланги, мембраны и уплотнения. [10]
В зависимости от выбора наполнителя и нагрузки, соединения HNBR обычно имеют прочность 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 низкотемпературных характеристик следует использовать низкие сорта ACN; высокотемпературные характеристики можно получить, используя высоконасыщенные сорта 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 рейтинг, приписываемые HNBR по сравнению с NBR, привели к широкому применению HNBR в автомобильной, промышленной и различных, требующих производительности областях применения. По объему автомобильный рынок является крупнейшим потребителем, используя HNBR для множества динамических и статических уплотнений, шлангов и ремней. HNBR также широко используется в промышленных уплотнениях для разведки и переработки нефтяных месторождений, а также в валках для сталелитейных и бумажных фабрик.
Альтернативной версией NBR является карбоксилированный бутадиен-нитрильный каучук (XNBR). XNBR представляет собой терполимер бутадиена, акрилонитрила и акриловой кислоты. [11] Присутствие акриловой кислоты вводит группы карбоновой кислоты (RCO 2 H). Эти группы позволяют осуществлять сшивание посредством 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 как заголовок ( ссылка )