Кіріспе

Нитрил каучугі, сондай-ақ нитрил-бутадиен каучугі, NBR, Buna N және акрилонитрил-бутадиен каучугі деп те аталады, акрилонитрил (ACN) мен бутадиеннен алынған синтетикалық каучук. Саудалық атаулары: Perbunan, Nipol, Krynac және Europrene. Бұл каучук майға, жанармайға және басқа да химиялық заттарға төзімділігімен ерекшеленеді. NBR автомобиль және авиация саласында отын мен май тасымалдау шлангілерін, тығыздағыштарды, сақиналарды және өздігінен тығыздалатын отын бактерілерін жасау үшін қолданылады. Сонымен қатар, тамақ өнеркәсібі, медицина және ядролық салаларда қорғаныш қолғаптар жасауға пайдаланылады. NBR температуралық тұрақтылығының арқасында авиациялық қолдану үшін өте қолайлы материал болып табылады. Нитрил-бутадиеннен сонымен қатар қалыпталған бұйымдар, аяқ киім, желімдер, тығыздағыштар, кезеңдік көбіктер, кеңейтілген көбіктер және еден төсемелері өндіріледі. Оның серпімділігі NBR-ді бір рет қолданылатын зертханалық, тазалау және тексеру қолғаптары үшін тиімді материал етеді. Нитрил каучугі табиғи каучукке қарағанда майлар мен қышқылдарға жоғары төзімді, мықтырақ, бірақ икемділігі төмен.

Тарих

Нитрил каучугі 1931 жылы BASF және Bayer компанияларында, кейіннен IG Farben химиялық конгломератының құрамына кіргенде, жасалды. Алғашқы коммерциялық өндіріс 1935 жылы Германияда басталды. Buna Rubber атауын BASF A.G. берді және 1988 жылға дейін Buna, BASF компаниясының нитрил каучугінің саудалық атауы болып сақталды.

Өндіріс

Эмульгатор (сабын), акрилонитрил, бутадиен, радикалдар тудыратын активаторлар және катализатор ыстық NBR өндірісінде полимерлеу ыдыстарына қосылады. Су ыдыс ішінде реакция ортасы ретінде қолданылады. Полимерлеу реакциясын жеңілдету және полимерде тармақтанудың қалыптасуын ынталандыру үшін резервуарлар 30–40 °C-қа дейін қыздырылады. Нитрил каучугін өндіруде реакцияны жалғастыра алатын бірнеше мономерлер қатысқандықтан, әрбір полимердің құрамы өзгеруі мүмкін (полимерлеу резервуарына қосылған мономерлердің мөлшеріне және резервуардағы жағдайларға байланысты). Полимердің бойында толық қайталама бірлік болуы мүмкін емес. Сондықтан, жалпы полимер үшін IUPAC атауы да жоқ. Мономерлердің реакциясы әдетте 5-12 сағатқа созылады. Полимерлеу ~70% конверсияға дейін жүргізіледі, содан кейін қалған еркін радикалдар мен инициаторларды жою үшін "тоқтату" агенты (мысалы, диметилдитиокарбамат және диэтилгидроксиламин) қосылады. Нәтижесіндегі латекс "тоқтатылғаннан" кейін, реакцияға түспеген мономерлер бу арқылы тұнба тазартқышта алынып шығарылады. Реакцияға түспеген мономерлердің қалпына келтірілуі шамамен 100% құрайды. Мономерлерді қалпына келтіргеннен кейін, латекс қажетсіз қатты бөлшектерді жою үшін бірнеше сүзгілерден өтеді, содан кейін антиоксидантпен тұрақтандырылатын араластыру резервуарларына жіберіледі. Полимер латексі алюминий резервуарда кальций нитраты, алюминий сульфаты және басқа да коагулянттарды қолдану арқылы коагуляцияланады. Коагуляцияланған зат содан кейін жуылып, кептіріліп, ұсақ резеңкеге айналдырылады. Суық NBR өндірісі ыстық NBR өндірісіне өте ұқсас. Полимерлеу резервуарлары 30–40 °C-қа дейін қыздырудың орнына, қоршаған орта температурасына (ATC) жақын 5–15 °C-қа дейін салқындатылады. Төмен температурада полимерлерде тармақтанудың азаюы байқалады (тармақтану мөлшері суық NBR-ді ыстық NBR-ден ерекшелендіреді).

Қасиеттері

Шикізат әдетте сары түсті, бірақ өндірушіге байланысты қызыл немесе қызыл түсті болуы мүмкін. Оның үзілген кездегі ұзартылуы ≥ 300% және кернеу беріктігі ≥ 10 Н/мм2 (10 МПа). NBR минералды майларға, өсімдік майларына, бензол/бензинге, қарапайым сұйытылған қышқылдар мен сілтілерге жақсы төзімді. NBR қасиеттерінің маңызды факторы – акрилонитрил тобының бутадиен тобына қатынасы, ол ACN құрамы деп аталады. ACN құрамы неғұрлым төмен болса, шынылау температурасы соғұрлым төмендейді; бірақ ACN құрамы неғұрлым жоғары болса, полимердің жоғарыда айтылғандай полярлы емес еріткіштерге төзімділігі де соғұрлым артады. Еріткіштерге төзімділік пен төмен температурада икемділікті қажет ететін көптеген қолдануларда ACN құрамы 33% болуы керек. ҚасиетМөлшеріҚаттылық, Шор А30–90Тензильдік сынақтан өткендегі кернеу, шекті500–2500 PSIҰзындыққа созу, %600% максимумТығыздықШамамен 1.00 г/см3 құрамында қосымша заттармен жасалуы мүмкін.

Қолданбалар

Нитрил каучугінің қолданылуына ұнтақсыз, бір рет қолданылатын латекссіз қолғаптар, автомобиль беріліс белдеулері, шлангтар, О-сақиналары, тығыздағыштар, май тығыздағыштары, V-белдеулері, синтетикалық былғары, принтерлік роликтер және кабель қаптамасы кіреді; NBR латексін жабысқыш заттар дайындау үшін және пигмент байлаушы ретінде де қолдануға болады. Денеге сіңдірілетін полимерлерден айырмашылығы, химиялық құрамындағы немесе құрылымындағы шағын өзгерістер организмге айқын әсер ете алады, ал NBR-дің жалпы қасиеттері құрамына төзімді. Өндіріс процесі артық күрделі емес; полимерлендіру, мономерді қайтару және коагуляция процестеріне кейбір қосымша заттар мен жабдықтар қажет, бірақ олар көптеген каучук өндірістеріне тән. Қажетті құралдарды алу оңай және қарапайым. 2008 жылдың қаңтар айында Еуропалық комиссиясы Нитрил-бутадиен каучугының бағасын келісіп белгілегені үшін Bayer және Zeon компанияларына барлығы 34,23 миллион еуро айыппұл салды, бұл ЕО-ның картельдер мен шектеуші бизнес-практикаға тыйым салуын бұзу болып табылады (ЕО шартының 81-бабы және ЕЭА келісімінің 53-бабы).

Гидрогенді нитрилбутадиен каучугі (HNBR)

Гидрогенизацияланған нитрилбутадиен каучугі (HNBR) NBR-ді гидрогенизациялау арқылы өндіріледі. Бұл процесте олефиндік топтар алынып тасталады, олар әртүрлі химиялық заттарға және озонға ұшырап ыдырайды. Әдетте, гидрогенизацияны жеделдету үшін Уилкинсон катализаторы қолданылады. Нитрил топтары өзгеріссіз қалады. Гидрогенизация дәрежесі полимерге қолданылатын вулканизация түрін анықтайды. Жоғары қаныққан нитрил (HSN) деп те аталатын HNBR, ұзақ уақыт бойы жоғары температура, май және химиялық заттарға ұшырағаннан кейін физикалық күші мен қасиеттерін сақтай білуімен кеңінен танымал. Саудалық атаулары: Zhanber (Lianda Corporation), Therban (Arlanxeo) және Zetpol (Zeon Chemical). HNBR көбінесе автомобиль кондиционерлері үшін О-сақиналарын жасауға қолданылады. Басқа қолданыс салалары: уақыт белдеулері, амортизаторлар, сервошлангілер, мембраналар және тығыздағыштар. Толықтырғыштарды таңдауға және олардың мөлшеріне байланысты, HNBR қоспаларының 23°C температурадағы кернеу беріктігі әдетте 20–31 МПа құрайды. Құрастыру технологиялары HNBR-ді минималды деградациямен ұзақ мерзімге -40°C-тан 165°C дейін кең температура диапазонында пайдалануға мүмкіндік береді. Төмен температурада жұмыс істеу үшін төмен ACN класты материалдар қолданылуы керек, ал жоғары температурада жұмыс істеу үшін жоғары қаныққан HNBR кластарын ақ толықтырғыштармен пайдалануға болады. HNBR эластомерлерінің тобы автомобильдегі кең таралған сұйықтықтарға (мысалы, қозғалтқыш майы, салқындатқыш, жанармай және т.б.) өте жақсы төзімділік көрсетеді. HNBR-дің NBR-мен салыстырғандағы ерекше қасиеттері мен жоғары температураға төзімділігі автомобиль, өнеркәсіп және жоғары өнімділікті талап ететін басқа да салаларда HNBR-ді кеңінен қолдануға әкелді. Көлемдік тұрғыдан алғанда, автомобиль нарығы ең ірі тұтынушы болып табылады және HNBR-ді көптеген динамикалық және статикалық тығыздағыштар, шлангтар мен белдеулер үшін пайдаланады. HNBR сонымен қатар мұнай кендерін барлау және өңдеу үшін өнеркәсіптік тығыздауларда, сондай-ақ болат және қағаз фабрикаларындағы роликтерде кеңінен қолданылады.

Карбоксилденген нитрилбутадиен каучугі (XNBR)

NBR-дің баламалы түрі карбоксилденген нитрилбутадиен каучугі (XNBR) болып табылады. XNBR – бутадиен, акрилонитрил және акрил қышқылының терполимері. Акрил қышқылының болуы карбоксил тобын (RCO2H) қосады. Бұл топтар мырыш (Zn2+) қосымшаларын пайдалану арқылы байланыстыруға мүмкіндік береді. Карбоксил тобының мөлшері 10% немесе одан кем болуы мүмкін. Бұл иондық байланыстарға қоса, дәстүрлі күкірт вулканизациясы да қолданылады.