Введение

Нитриловый каучук, также известный как нитрилобутадиеновый каучук, NBR, Buna N и акрилонитрилбутадиеновый каучук, является синтетическим каучуком, получаемым из акрилонитрила (ACN) и бутадиена. Торговые марки включают Perbunan, Nipol, Krynac и Europrene. Эта резина примечательна своей устойчивостью к маслам, топливу и другим химическим веществам. НБК используется в автомобильной и аэрокосмической промышленности для изготовления шлангов для перекачки топлива и масла, уплотнений, резиновых втулок и самогерметизирующихся топливных баков. Он также применяется в пищевой, медицинской и ядерной промышленности для производства защитных перчаток. Стабильность НБР при различных температурах делает его идеальным материалом для аэрокосмических применений. Нитрилбутадиен также используется для производства формованных изделий, обуви, клеев, герметиков, губок, вспененных материалов и напольных ковриков. Благодаря своей эластичности, NBR является полезным материалом для одноразовых лабораторных, уборочных и смотровых перчаток. Нитриловый каучук более устойчив к маслам и кислотам, чем натуральный каучук, обладает большей прочностью, но уступает ему по гибкости.

История

Нитрильный каучук был разработан в 1931 году в компаниях BASF и Bayer, входивших тогда в химический концерн IG Farben. Первое коммерческое производство началось в Германии в 1935 году. Название "Buna Rubber" было присвоено компанией BASF A. G., и до 1988 года Buna оставалось зарегистрированным торговым наименованием нитрильного каучука, принадлежащим BASF.

Производство

Эмульгатор (мыло), акрилонитрил, бутадиен, инициаторы радикальной полимеризации и катализатор добавляются в полимеризационные сосуды при производстве горячего NBR. Вода служит реакционной средой внутри сосуда. Резервуары нагревают до 30–40 °C для облегчения реакции полимеризации и стимулирования образования разветвлений в полимере. Поскольку в производстве нитриловой резины участвует несколько мономеров, способных поддерживать реакцию, состав каждого полимера может варьироваться (в зависимости от концентрации каждого мономера, добавленного в полимеризационный резервуар, и условий в резервуаре). В полимере может отсутствовать единая повторяющаяся структура. По этой причине для общего полимера не существует названия IUPAC. Мономерам обычно дают реагировать в течение 5–12 часов. Полимеризацию допускают до степени конверсии ~70%, прежде чем добавляют агент "остановки" (например, диметилдитиокарбамат и диэтилгидроксиламин) для реакции (уничтожения) оставшихся свободных радикалов и инициаторов. После "остановки" латекса не прореагировавшие мономеры удаляются с помощью пара в отгонном аппарате. Восстановление не прореагировавших мономеров близко к 100%. После восстановления мономеров латекс пропускают через серию фильтров для удаления нежелательных твердых частиц, а затем отправляют в смесительные резервуары, где он стабилизируется антиоксидантом. Полученный полимерный латекс коагулируют с использованием нитрата кальция, сульфата алюминия и других коагулянтов в алюминиевом резервуаре. Затем сгущенный продукт промывают и сушат до получения резиновой крошки. Процесс производства холодного НБР очень похож на процесс производства горячего НБР. Полимеризационные резервуары охлаждают до 5–15 °C вместо нагрева до 30–40 °C, близкой к температуре окружающей среды (ATC). При более низких температурах в полимерах образуется меньше разветвлений (степень разветвления отличает холодный НБР от горячего НБР).

Свойства

Сырье обычно желтого цвета, хотя в зависимости от производителя оно может быть также оранжевым или иметь красноватый оттенок. Его удлинение при разрыве составляет ≥ 300%, а прочность на растяжение – ≥ 10 Н/мм² (10 МПа). NBR обладает хорошей устойчивостью к минеральным маслам, растительным маслам, бензолу/бензину, обычным разбавленным кислотам и щелочам. Важным фактором, определяющим свойства NBR, является соотношение акрилонитрильных групп к бутадиеновым группам, которое называется содержанием ACN. Чем ниже содержание ACN, тем ниже температура стеклования; однако, чем выше содержание ACN, тем выше устойчивость полимера к неполярным растворителям, как указано выше. Для большинства применений, требующих одновременно устойчивости к растворителям и гибкости при низких температурах, необходимо содержание ACN 33%. ХарактеристикиЗначениеВнешний видТвердость по Шору A30–90Предел прочности при растяжении, максимальный500–2500 PSIОтносительное удлинение при разрыве, не более600%ПлотностьВозможно компаундирование до 1,00 г/см³

Приложения

Применение нитриловой резины включает в себя одноразовые нелатексные перчатки без пудры, автомобильные ремни трансмиссии, шланги, уплотнительные кольца, прокладки, масляные сальники, клиновые ремни, искусственную кожу, ролики для печатных форм и в качестве оболочки кабелей; латекс NBR также может использоваться при производстве клеев и в качестве связующего для пигментов. В отличие от полимеров, предназначенных для употребления внутрь, где незначительные отклонения в химическом составе или структуре могут существенно влиять на организм, общие свойства NBR малочувствительны к составу. Сам процесс производства не является чрезмерно сложным; процессы полимеризации, регенерации мономеров и коагуляции требуют определенных добавок и оборудования, но они типичны для производства большинства каучуков. Необходимое оборудование простое и легкодоступное. В январе 2008 года Европейская комиссия наложила штрафы на общую сумму 34 230 000 евро на компании Bayer и Zeon за сговор в целях фиксации цен на нитрилбутадиеновую резину, что является нарушением запрета ЕС на картели и ограничительные деловые практики (статья 81 Договора об Европейском сообществе и статья 53 Соглашения о Европейской экономической зоне).

Гидрогенизированная нитрилбутадиеновая резина (HNBR)

Гидрогенизированная нитрилбутадиеновая резина (HNBR) производится путем гидрогенизации NBR. Это удаляет олефиновые группы, которые подвержены разрушению под воздействием различных химических веществ и озона. Обычно для проведения гидрогенизации используется катализатор Уилкинсона. Нитрильные группы при этом не изменяются. Степень гидрогенизации определяет тип вулканизации, который может быть применен к полимеру. Также известный как высоконасыщенный нитрил (HSN), HNBR широко известен своей физической прочностью и сохранением свойств при длительном воздействии тепла, масла и химических веществ. Торговые марки включают Zhanber (Lianda Corporation), Therban (Arlanxeo) и Zetpol (Zeon Chemical). Он обычно используется для изготовления уплотнительных колец для автомобильных систем кондиционирования воздуха. Другие области применения включают ремни ГРМ, демпферы, шланги гидроусилителя руля, мембраны и уплотнения. В зависимости от выбора и количества наполнителя, компаунды HNBR обычно имеют прочность на растяжение 20–31 МПа при 23 °C. Технологии компаундирования позволяют использовать HNBR в широком диапазоне температур от -40 °C до 165 °C с минимальным ухудшением свойств в течение длительного времени. Для обеспечения низкотемпературных характеристик следует использовать марки HNBR с низким содержанием ACN; для повышения термостойкости следует использовать высоконасыщенные марки HNBR с белыми наполнителями. Эластомеры HNBR как группа обладают отличной устойчивостью к распространенным автомобильным жидкостям (например, моторному маслу, охлаждающей жидкости, топливу и т. д.). Уникальные свойства и более высокая рабочая температура HNBR по сравнению с NBR обусловили его широкое применение в автомобильной, промышленной и других областях, требующих высокой производительности. Автомобильный рынок является крупнейшим потребителем HNBR по объему, используя его для широкого спектра динамических и статических уплотнений, шлангов и ремней. HNBR также широко используется в промышленной герметизации для разведки и переработки нефтяных месторождений, а также в валах для сталелитейных и бумажных комбинатов.

Карбоксилированная нитрилбутадиеновая резина (XNBR)

Альтернативным вариантом NBR является карбоксилированная нитрилбутадиеновая резина (XNBR). XNBR – это терполимер бутадиена, акрилонитрила и акриловой кислоты. Присутствие акриловой кислоты вводит карбоксильные группы (RCO2H). Эти группы обеспечивают возможность сшивания посредством добавления цинковых (Zn2+) добавок. Содержание карбоксильных групп составляет 10% или менее. Помимо этих ионных связей, применяется традиционная серная вулканизация.