Nitrilbutadiénový kaučuk: vlastnosti, výroba, použitie

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-17 10:39

Nitrilbutadiénový kaučuk (NBR) je hlavnou surovinou na výrobu rôznych druhov kaučuku s optimálnou životnosťou. Je to syntetický polymérny materiál získaný kopolymerizáciou butadiénu s akrylonitrilom (NAC). Môže sa nazývať nitril, divinyl-nitril, butadién-akrylonitrilový kaučuk alebo butakryl. V medzinárodnom označení je tento materiál označený NBR (nitril-butadiénový kaučuk), v domácom - SKN (nitrilový syntetický kaučuk).

Pripadne

Tento typ gumy sa najčastejšie používa v tých odvetviach, kde je dôležitá optimálna odolnosť gumených výrobkov voči chemicky agresívnemu prostrediu. Veľký význam majú vlastnosti butadiénnitrilového kaučuku ako vysoká elasticita a malá trvalá deformácia. Tento materiál je širokýpoužívané pri výrobe gumených prvkov, ktoré majú priamy kontakt s chemicky aktívnymi materiálmi - môžu to byť všetky druhy tesnení, olejové tesnenia, gumové kompenzátory, palivové a olejové hadice, hnacie remene, palivové nádrže pre automobily, letecký a ropný priemysel, ofsetová tlač taniere a iné produkty.

Výrobky na báze tejto gumy nenapúčajú v olejových kvapalinách, nemrznúcej zmesi a vode. Z niektorých druhov takéhoto materiálu sa vyrába plášť elektrického vedenia a gumené rukavice, ktoré majú špeciálnu pevnosť a odolnosť proti opotrebovaniu. Používa sa pri výrobe rôznych lepidiel, tmelov a polyuretánovej peny. Základom pri výrobe lepidiel je guma.

Kedy a odkiaľ táto guma pochádza?

Získanie butadién-nitrilového kaučuku bolo zaznamenané v roku 1934 v Nemecku. Nemeckí vedci vtedy vytvorili materiál jedinečný svojimi vlastnosťami a patentovali si ho pod názvom Buna-N. Počas druhej svetovej vojny bol nový materiál veľmi žiadaný vo vojenskom priemysle.

Vzhľadom na nedostatok prírodných surovín spustilo najvyššie vedenie USA špeciálny program zahŕňajúci aktívny rozvoj výroby butadién-nitrilového kaučuku a iných druhov syntetických surovín pre gumárenský tovar. Materiál vyrobený v rámci tohto programu sa nazýval GR-N. K dnešnému dňu sa BNR stala jednou z najvyhľadávanejších špeciálnych gúm. Vyrába sa vo viac ako 20 krajinách po celom svete.

Výroba NBR

Tento typ materiálu sa získava konštruktívnou polymerizáciou vo vodnej emulzii. Proces sa uskutočňuje pri vysokých aj nízkych teplotách. Hlavnými monomérmi na ich výrobu sú butadién-1, 3 a nitril kyseliny akrylovej (NAC), zmiešané v určitom pomere. Tieto látky nezávisia od teploty. Berúc do úvahy zákony náhodnej kopolymerizácie, treba poznamenať, že tento tandem monomérov by mal mať vlastnosti azeotropnej kompozície obsahujúcej asi 40 % akrylonitrilu v zmesi monomérov.

Pri výrobe tohto typu kaučuku existuje potreba úplnejšieho čistenia počas koagulácie emulgátorov používaných na polymerizáciu. Vo vyrábaných kaučukoch je povolené malé množstvo popola, minerálnych a prchavých nečistôt (nie viac ako 1%). Môžu byť naplnené antioxidantmi, ktoré sa nezafarbia alebo nezafarbia.

Čo je BNK

U nás sa vyrábajú kaučuky typu nitrilkaučuk-18 (SKN-18), nitril-butadiénový kaučuk-26 (SKN-26) a nitrilbutadiénový kaučuk-40 (SKN-40). Číselný ukazovateľ v stupňoch ukazuje počet jednotiek akrylonitrilu v polyméroch. Môžu obsahovať 18 %, 26 % alebo 40 % akrylonitrilu.

Zmenou počtu zložiek môžete dosiahnuť rôzne vlastnosti výsledného materiálu. V závislosti od percenta akrylonitrilu, vlastnostigumy sa môžu líšiť v tvrdosti, viskozite, odolnosti voči oleju a benzínu. Percento NAC ovplyvňuje intermolekulárny účinok štruktúrnych jednotiek. Práve tento faktor ovplyvňuje používanie nitrilbutadiénového kaučuku v určitých oblastiach národného hospodárstva. Napriek tomu sa používa ako surovina na výrobu obrovského množstva výrobkov z priemyselnej gumy.

Materiálové nedokonalosti

Napriek tomu, že gumové výrobky vyrobené s prídavkom BNR majú celý rad vynikajúcich vlastností (vysoká pevnosť v ťahu a ťažnosť, relatívne predĺženie, odolnosť proti roztrhnutiu a oderu, vynikajúca odolnosť voči oleju a benzínu), tento materiál a niektoré nedostatky.

Prísnejšie prevádzkové podmienky spojené so zvýšením rýchlosti mechanizmov a nedostatkom chladiaceho oleja vedú k tomu, že gumové prvky môžu pracovať len pri teplotách do +150 stupňov. Pri zvýšení prevádzkovej teploty nad túto hodnotu dochádza k štruktúrovaniu a následne k deštrukcii kaučukov vytvorených na báze NBR. Inými slovami, zahriata guma sa stáva tvrdou a krehkou.

Vystavenie nízkym teplotám má negatívny vplyv aj na gumené výrobky, ktoré sa používali pri výrobe nitrilkaučuku. Optimálna prevádzková teplota pre ne sa považuje za nie nižšiu ako -35˚С.

Moderné gumové úpravy

Na vytváranie výrobkov z gumyunikátny súbor vlastností, používajú sa modernejšie úpravy gúm. Hydrogenované nitrilbutadiénové kaučuky sa považujú za jeden zo sľubných pokrokov v modifikácii. Majú vynikajúce spracovateľské vlastnosti pri rôznych typoch výroby gumy.

Guma vyrobená na báze polyvinylchloridom modifikovaných kaučukov poskytuje stabilnejší výkon pri odolnosti voči opotrebovaniu počas počasia (až -50 stupňov) a extrémnych prevádzkových teplotách až do +160 stupňov. Z hľadiska odolnosti proti roztrhnutiu a opotrebeniu výrazne prevyšuje výrobky vyrobené na báze nitrilových kaučukov. Má vynikajúcu odolnosť voči aktívnemu vplyvu chemicky agresívneho prostredia. Táto guma však nie je taká pevná a elastická. Preto sa pre zlepšenie spracovateľských vlastností materiálu najčastejšie používa v kombinácii s bežnými typmi nitrilových kaučukov.

Vulkanizácia

Proces vulkanizácie butadién-nitrilových kaučukov sa vykonáva pomocou síry, ako aj tiuramu, organických peroxidov, alkylfenolformaldehydových živíc a organochlórových zlúčenín. Teplota sa môže pohybovať od 140 ° do 190 ° Celzia. Počas tohto procesu sa pozoruje veľká plošina vulkanizácie. Zvýšený obsah NAC prispieva k zvýšeniu rýchlosti vulkanizácie. Kvalita výsledných gúm je hodnotená vlastnými charakteristikami vulkanizátorov.

Vlastnosti

Vlastnosti BNC sú určenéobsah akrylonitrilu. Tento typ kaučuku je vysoko rozpustný v ketónoch, niektorých roztokoch uhľovodíkov a esteroch. Alifatické uhľovodíky a alkohol nemajú prakticky žiadny vplyv na rozpúšťanie nitrilbutadiénových kaučukov. Zvýšenie zloženia materiálu akrylonitrilu prispieva k intermolekulárnemu pôsobeniu medzi polymérnymi reťazcami: čím viac NAA je v zložení materiálu, tým vyššia je hustota a teplota skleného prechodu. Zvýšený obsah NAA znižuje dielektrické vlastnosti, znižuje stupeň rozpustnosti v aromatických rozpúšťadlách a zvyšuje odolnosť proti napučiavaniu v alifatických uhľovodíkoch.

V závislosti od priebehu polymerizácie je možné gumu vyrábať s rôznymi plastoelastickými vlastnosťami. Môžu byť:

• Veľmi tvrdý (tvrdosť Defoe 21,5 - 27,5 N). Pri označovaní takejto gumy sa k jej názvu pridáva písmeno „T“.
• Pevné (tvrdosť Defoe 17,5 - 21,5 N).
• Mäkký (tvrdosť Defoe 7,5 - 11,5 N). Pri označovaní takejto gumy sa k jej názvu pridáva písmeno „M“.

Pre NBR vyrábané s alkylsulfonátmi ako emulgátormi sa k označeniu pridáva písmeno „C“. Napríklad SKN-26MS je mäkká guma, ktorá obsahuje 26 % viazaného NAC a pri príprave bol použitý biologicky odbúrateľný alkylsulfonátový emulgátor.