Бутадиен-нитрильные каучуки

Бутадиен-нитрильные каучуки (NBR/БНК)

Бутадиен-нитрильные каучуки — основной продукт для получения резин с высокой стойкостью в среде нефтепродуктов, синтетический полимер, продукт сополимеризации бутадиена с акрилонитрилом (НАК, ACN). Свойства сополимера зависят от содержания НАК, чем выше содержание нитрила в полимере, тем выше его устойчивость к маслам, но ниже упругость.

Бутадиен-нитрильный каучук (БНК, NBR) известен также как нитрильный каучук, дивинил-нитрильный каучук, бутадиен-акрилонитрильный каучук, бутакрил, буна-N, отечественная маркировка СКН (синтетический каучук (бутадиен-) нитрильный). Международное обозначение NBR (nitrile-butadienerubber), также используются названия nitrilerubber, acrylonitrilebutadiene rubber, Buna-N, Perbunan и GR-N (Government Rubber-Nitrile).

БНК (NBR) был синтезирован немецкими химиками и запатентован в 1934 году под названием Buna-N.

БНК был высоко востребован в военной промышленности в ходе второй мировой войны, особенно после того, как страны антигитлеровской коалиции лишились большей части источников натурального каучука.

В связи с этим правительство США запустила специальную программу по развитию производства синтетических каучуков. Производимый в рамках этой программы БНК получил наименование GR-N (Government Rubber-Nitrile, «правительственный каучук – нитрильный»).

К семейству нитрильных каучуков также можно отнести гидрированный бутадиен-нитрильный каучук (Hydrated Nitrile Rubbers, hydrogenatedacrylonitrile-butadiene rubber, HNBR, HSN, highlysaturatednitrile) и бутадиен-нитрильный карбоксилатный каучук (Carboxylated Nitrile, XNBR). По сравнению с БНК данные материалы обладают лучшими механическими свойствами.

Характеристики NBR/БНК, совместимость со средами

Наиболее важное свойство резин на основе БНК – стойкость к действию агрессивных сред, в том числе к нефтепродуктам. БНК (NBR) проявляет хорошую устойчивость к воде (в т.ч.

горячей), минеральным маслам и пластичным смазкам на их основе, алифатическим углеводородам (пропан, бутан, бензины неэтилированные), хладагентам («хладоны», «фреоны», холодильные агенты) групп HFA, H, HFC, растительным и животным маслам и жирам, дизельному топливу с содержанием ароматических углеводородов не более 40%. При комнатной температуре, БНК устойчив к большому количеству разбавленных кислот (в т.ч. серной и соляной), оснований и солевых растворов (в т.ч. к морской воде). БНК применим для керосина, мазута, глицерина, этиленгликоля, формальдегида и, с точки зрения бензо- и масло- стойкости уступает только кремний-органическим каучукам.

БНК проявляет среднюю устойчивость к дизельному топливу с содержанием ароматических углеводородов свыше 40%, этилированным бензинам, биологически разлагающимся гидравлическим жидкостям. Силиконовые масла могут вызвать сокращение (cжатие) размеров изделия из БНК.

БНК (NBR) применим в широком температурном диапазоне. Общие исполнения имеют рабочий диапазон -30°C…+100°C. Специальные исполнения могут иметь низкотемпературный (-55°C… 80°C) или высокотемпературный диапазон (-30°C… + 135°C).

БНК обладает хорошими механическими свойствами, высокой твердостью и для резиновых эластомеров относительно высокой устойчивостью к истиранию. Также БНК характеризуется высоким постоянным коэффициентом трения, высокой износостойкостью, в том числе при повышенной температуре, хорошими динамическими свойствами.

Присутствие в макромолекуле каучука полярных нитрильных групп обусловливает низкие электроизоляционные свойства и, соответственно, сравнительно высокую электрическую проводимость резин, резко возрастающую с увеличением содержания акрилонитрильных звеньев. Черный БНК (с содержанием сажи) обладает отличными антистатическими свойствами.

Газо- и водопроницаемость резин из БНК значительно ниже, чем резин из неполярных каучуков (изопреновых, бутадиеновых, бутадиен-стирольных). Газопроницаемость тем меньше, чем больше содержание в каучуке акрилонитрильных звеньев.

БНК (NBR) хорошо крепится к металлам, и поэтому применяется для изготовления резинометаллических деталей, работающих в топливах и маслах.

БНК неустойчив к действию ароматических углеводородов (толуол, бензол), хлорированных углеводородов (трихлор-, перхлорэтилен), тормозных жидкостей и антифризов на гликолевой основе, хладагентов группы HFD, ацето-, этиловому, бутиловому и т.д. эфирам. БНК растворяется в кетонах, этилацетате и хлороформе.

К недостаткам БНК относятся низкая устойчивость к светоозонному и другим видам старения. В связи с низкой погодной устойчивость необходимо соблюдать условия хранения.

В кислородной атмосфере (воздух) это проявляется примерно при 80°C, при перекрытии доступа воздуха процесс старения значительно замедляется (например, в горячем масле).

При изготовлении изделий из БНК сторону, имеющую контакт с воздухом, защищают дополнительным покрытием из другого каучука, более стойкого к воздействию атмосферы.

Применение NBR/БНК

БНК (NBR) применяется в основном в тех областях, в которых требуются как высокая устойчивость к ГСМ и химически активным средам, так и высокая эластичность и низкая остаточная деформация.

БНК используют в производстве разнообразных изделий и деталей, эксплуатируемых в контакте с агрессивными средами, например, уплотнителей, сальников, резиновых компенсаторов, топливных и масляных шлангов, приводных ремней, топливных баков для автомобильной, авиационной, нефтяной промышленности, полиграфических офсетных пластин, подошвы маслостойкой обуви и др. Из БНК изготавливаются грязесъемники, штоковые и поршневые уплотнения для низких давлений, уплотнения валов, прокладочные кольца круглого сечения (O-ring).

В нашем ассортименте представлены 4 различных вида резиновых компенсаторов на основе БНК (NBR) для различных сфер применения. Классической моделью является резиновый компенсатор ERV-G, используемый для всех видов нефтепродуктов.

У данной модели есть специальный вариант исполнения для экстремально низких температур – морозостойкий резиновый компенсатор ERV-G LT. Для более сложных условий эксплуатации, требующих высокой отказоустойчивости, используется резиновый компенсатор ERV-GS.

Также из БНК (NBR) изготавливается резиновый компенсатор ERV-OR, предназначенный для сжиженного углеводородного газа (СУГ, LPG).

Также к данному семейству моделей можно отнести резиновый компенсатор для экстремальных условий эксплуатации ERV-GS HNBR, изготавливаемый из гидрированного бутадиен-нитрильного каучука. Данный материал обладает рядом своих особенностей, отличных от обычного БНК, которые будут рассмотрены в отдельной статье.

БНК широко используется для изготовления перчаток, одноразовых и многоразовых. В химической, пищевой и медицинской промышленности чаще применяются перчатки, целиком изготовленные из БНК.

При этом востребованы как химическая и маслобензостойкость БНК, так и высокая износостойкость и надежный, без скольжения, захват чистых и загрязнённых (замасленных) предметов.

БНК также используется для изготовления изделий методом литья, обуви, клеев, герметиков, губок, монтажной строительной пены, ковриков и других покрытий.

БНК применяют также как основу адгезивов, в качестве нелетучих и невымываемых пластификаторов пластмасс, БНК некоторых типов – для изготовления оболочек электрических кабелей, эбонита и др.

Благодаря стойкости к растительным и животным жирам БНК широко применяется в пищевой и косметической промышленности. При этом используются специальные марки БНК (СКН), обозначаемые в России буквой П (пищевой) после численного индекса, международные ] обозначения: FoodGrade, FoodQuality.

Также может указываться соответствие требованиям FDA (Foodand Drug Administration, USFDA), 3-ASSI (3-A Sanitary Standards, Inc.) или иным региональным или международным стандартам. Пищевые БНК чаще выпускаются белого или серого цвета, но встречаются и черные.

Из данного материала мы изготавливается модель резинового компенсатора ERV-W, используемая в пищевой промышленности, фармацевтике и пр.

Для компенсации низкой устойчивости к воздействию атмосферы (воздуха) в изделиях могут сочетать внутренний слой из БНК с внешним защитным слоем из резины, стойкой к погодным воздействиям.

Например, в резиновых компенсаторах ERV сочетают внутренний слой БНК с защитным слоем из хлоропрена, что позволяет значительно продлить срок службы изделия, не вызывая его удорожания, так как хлоропрен является одним из самых дешевых видов каучука.

Химическое описание NBR/БНК

Молекулы БНК состоят из статистически чередующихся звеньев бутадиена и НАК:

—[-CH2-CH=CH-CH2-]n — [-CH2-CH(CN)-]m—

В макромолекуле БНК большинство бутадиеновых звеньев присоединено в положениях 1, 4 (около 80% этих звеньев имеют транс-конфигурацию), ~ 10% — в положениях 1,2. 1,2-звеньев бутадиена уменьшается с увеличением количества присоединенного НАК.

Акрилонитрильные звенья распределены в макромолекуле нерегулярно; среднее их содержание для различных БНК составляет 17-52%. Вследствие нерегулярности строения БНК не склонны к кристаллизации.

В СССР выпускали каучуки с низким (17—20 %), средним (27—30 %), высоким (36—40 %) и очень высоким (50 %) содержанием НАК, которые соответственно обозначаются: СКН-18, СКН-26, СКН-40, СКН-50.

Технология производства NBR/БНК

БНК синтезируют радикальной сополимеризацией мономеров в водной эмульсии при 5°С («холодная полимеризация») или 30°С («горячая полимеризация») в присутствии эмульгатора. Низкотемпературные БНК обладают лучшими технологическими и физико-механическими свойствами в сравнении с высокотемпературными.

Цвет БНК от светло-желтого до темно-коричневого; содержание в них примесей (остатков эмульгаторов, влаги и др.) до 5%. Выпускные формы – брикеты, смотанная в рулоны лента, пластины, листы, крошка, гранулы, порошки.

В промышленных масштабах выпускают композиции БНК с ПВХ (обычно в соотношении 70:30 или 50:50), на основе которых получают озоно-, износо- и огнестойкие изделия. Перерабатывают БНК на обычном оборудовании резиновых заводов (вальцах, смесителях, каландрах, экструдерах), изделия вулканизуют при 140-160°С в прессах, котлах и др.

«Жесткие» каучуки перед введением в них ингредиентов пластицируют. БНК технологически совместимы с другими каучуками, например, бутадиеновыми, бутадиен-стирольными, полисульфидными и др.

Для вулканизации БНК применяют серу или тетраметилтиурамдисульфид для получения теплостойких резин. В качестве наполнителей резиновых смесей используют технический углерод (сажу), мел, каолин, оксид кремния и др.

, в качестве пластификаторов – главным образом сложные эфиры (фталаты, себацинаты), а также канифоль, инден-кумароновые и феноло-формальдегидные смолы.

Общее содержание ингредиентов может изменяться в пределах 50-150 массовых частей на 100 массовых частей каучука.

Некоторые торговые марки NBR/БНК

БНК (NBR) известен под различными, наименованиями. Часть из них сейчас не обозначают конкретного производителя, например СКН (SKN, традиционное обозначение в СССР и России), Buna-N (Буна-N), Gr-N. Другие наименования являются торговыми марками производителя:

• NipolN (НиполN)
• Krynac (Крайнак)
• Europrene
• Perbunan (ПербунанN)
• Chemigum (Хемигум)
• Hycar (Хайкар)
• Paracril

Бутадиен нитрильный каучук: свойства, получение, применение

Бизнес 22 июля 2017

Бутадиен-нитрильный каучук (БНК) – основной вид сырья для производства различных типов резины с оптимальной стойкостью. Это синтетический полимерный материал, полученный путем сополимеризации бутадиена с акрилонитрилом (НАК).

Его могут называть нитрильным, дивинил-нитрильным, бутадиен-акрилонитрильным каучуками или бутакрилом. В международном обозначении этот материал имеет маркировку NBR (nitrile-butadienerubber), в отечественном – СКН (синтетический каучук нитрильный).

Где применяется

Этот вид каучуков чаще всего используются в тех сферах промышленности, где важна оптимальная устойчивость резинотехнических изделий к химически агрессивным средам. Большое значение имеют такие свойства бутадиен-нитрильного каучука, как высокая эластичность и небольшая остаточная деформация.

Этот материал широко применяется в производстве резиновых элементов, которые имеют непосредственный контакт с химически активными материалами – это могут быть всевозможные уплотнители, сальники, резиновые компенсаторы, топливные и масляные шланги, приводные ремни, топливные баки авто, авиа и нефтяной промышленности, полиграфические офсетные пластины и другие изделия.

Продукция, изготовленная на основе этого каучука, не разбухает в маслянистых жидкостях, антифризах и воде. Из некоторых типов такого материала выполняют оболочку электрической проводки и резиновые перчатки, обладающие особой прочностью и износостойкостью. Его используют в производстве различных клеев, герметиков и монтажной пены. Каучук является основой в производстве адгезивов.

Когда и где появился этот каучук?

Получение бутадиен-нитрильного каучука было зафиксировано в 1934 году в Германии. В то время немецкие ученые создали уникальный по своим свойствам материал и запатентовали его под названием Buna-N. Во время Второй мировой войны новый материал стал крайне востребованным в военных видах промышленности.

Из-за нехватки природного сырья высшее руководство США запустило специальную программу, предполагающую активное развитие производства бутадиен-нитрильного каучука и других видов синтетического сырья для РТИ.

Изготавливаемый в рамках этой программы материал носил название GR-N. На сегодняшний день БНК стал одним из самых востребованных каучуков специального назначения. Его изготавливают более чем в 20 странах мира.

Производство БНК

Данный вид материала получают путем конструктивной полимеризации в водной эмульсии. Процесс проводят как при высоких, так и при низких температурах.

Основные мономеры для их производства — это бутадиен-1,3 и нитрил акриловой кислоты (НАК), смешанные в определенной пропорции. Эти вещества не зависят от температуры.

Принимая во внимание закономерности статистической сополимеризации, нужно отметить, что этот тандем мономеров должен обладать свойствами азеотропного состава, содержащего около 40% акрилонитрила в смеси мономеров.

При производстве данного вида каучука появляется необходимость более полного очищения при коагуляции эмульгаторов, используемых для полимеризации. В изготавливаемых каучуках допускается незначительное количество золы минеральных и летучих примесей (не более 1%). Они могут быть заправлены окрашиваемыми или неокрашиваемыми противостарителями.

Что представляет собой БНК

В нашей стране изготавливают каучуки таких типов, как бутадиен-нитрильный каучук-18 (СКН-18), бутадиен-нитрильный каучук-26 (СКН-26) и бутадиен нитрильный каучук-40 (СКН-40). Числительный показатель в марках показывает число звеньев акрилонитрила в полимерах. Они могут содержать соответственно 18, 26 или 40% нитрила акриловой кислоты.

Меняя количество составляющих ингредиентов, можно добиться различных свойств получаемого материала. В зависимости от процентного содержания акрилонитрила, свойства каучуков могут изменяться по твердости, вязкости масло — и бензостойкости.

Тем не менее его используют в качестве сырья для изготовления огромного ассортимента резинотехнических изделий промышленного назначения.

Недостатки материала

Несмотря на то, что резинотехнические изделия, изготовленные с добавлением БНК, обладают целым комплексом превосходных показателей (высокой прочностью и пластичностью при растяжении, относительным удлинением, сопротивлением на разрыв и истирание, превосходной масло- и бензостойкостью), имеются у этого материала и некоторые недостатки.

Ужесточение условий эксплуатации, связанное с увеличением скоростей механизмов и недостатком охлаждающего масла, приводит к тому, что резиновые элементы могут работать только при температурах до +150 градусов. При повышении рабочей температуры выше этого значения, происходит структурирование, а затем и разрушение резин, созданных на базе БНК. Другими словами, нагретая резина становится твердой и хрупкой.

Воздействие низких температур так же отрицательно сказывается на резиновых изделиях, в производстве которых использовался бутадиен-нитрильный каучук. Оптимальной для них считается рабочая температура не ниже -35˚С.

Современные модификации каучуков

Для создания резинотехнических изделий, имеющих уникальный комплекс свойств, применяют более современные модификации каучуков. Одной из перспективных разработок в модифицировании считаются гидрированные бутадиен-нитрильные каучуки. Они имеют превосходные технологические свойства при различных видах производства резины.

Резина, изготовленная на основе модифицированных поливинилхлоридом каучуках, дает более стабильные показатели по погодной износостойкости (до -50 градусов) и экстремальной рабочей температуры до +160 градусов.

Она значительно превосходит изделия, изготовленные на базе бутадиен-нитрильных каучуков, по сопротивляемости раздиру и износостойкости. Имеет отличную стойкость к активному воздействию химически агрессивных сред. Однако эта резина не так прочна и эластична.

Поэтому, чтобы улучшить технологические свойства материала, его чаще всего применяют в комбинации с обычными типами бутадиен-нитрильных каучуков.

Вулканизация

Процесс вулканизации бутадиен-нитрильных каучуков осуществляется с помощью серы, а также тиурама, органических перекисей, алкилфенолформальдегидных смол и хлорорганических соединений.

Температура при этом может варьироваться от 140˚ до 190˚ Цельсия. При проведении данного процесса наблюдается появление большого плато вулканизации. Повышенное содержание НАК способствует увеличению скорости вулканизации.

Качество полученных каучуков оценивают по свойственным характеристикам вулканизаторов.

Свойства

Свойства БНК определяются содержанием акрилонитрила. Данный тип каучуков хорошо растворим в кетонах, некоторых углеводородных растворах и сложных эфирах. Алифатические углеводороды и спирт практически никак не влияют на растворение бутадиен-нитрильных каучуков.

Увеличение в составе материала акрилонитрила способствует межмолекулярному воздействию между цепями полимера: чем больше НАК в составе материала, тем выше возрастает плотность и температурный режим стеклования.

Повышенное содержание НАК снижает диэлектрические свойства, уменьшает степень растворимости в ароматических растворителях и способствует увеличению стойкости к набуханию в алифатических углеводородах.

В зависимости от течения полимеризации каучука, его могут выпускать с различными пластоэластическими показателями. Они могут быть:

• Очень твердыми (жесткость по Дефо 21,5 — 27,5 Н). При маркировке такого каучука к его названию добавляется буква «Т».
• Твердыми (жесткость по Дефо 17,5 — 21,5 Н).
• Мягкими (жесткость по Дефо 7,5 — 11,5 Н). При маркировке такого каучука к его названию добавляется буква «М».

Для БНК, изготавливаемых с участием алкилсульфонатов в качестве эмульгаторов, в маркировке добавляется буква «С». К примеру, СКН-26МС — это мягкий каучук, в котором присутствует 26% связанного НАК, и в получении был использован биологически разлагаемый алкилсульфонатный эмульгатор.

58. Эластомеры. Синтетические каучуки. Каучуки специального назначения. Бутадиен-нитрильные каучуки

Производство синтез полимеров

Эластомеры – природные или синтетические ВМС с высокоэластичными св-ми. Макромолекулы эластомеров – скручен. в клубки цепи. Эластомеры, кот. м. б. переработаны в резину – каучуки.

Синтетические каучуки (СК), в зависимости от их свойств, бывают: 1) каучуки общего назначения, применяются в массовом производстве изделий; 2) каучуки специального назначения, для изготовления резин с некоторыми специфическими свойствами (стойкость к различным средам, морозостойкость).

Бутадиен-нитрильные каучуки (СКН или БНК), получают сополимеризацией бутадиена и нитрилакриловой кислоты (НАК). Эти каучуки аморфны, не кристаллизуются ни при хранении, ни при растяжении. Полимеры из них выпускаются с низким(17-20%), средним(27-30%), высоким(36-40) и очень высоким(50%) содержанием НАК.

Физические свойства каучука зависят от содержания НАК. Эти каучуки хорошо растворяются в кетонах, ароматических и хлорированных УВ, сложных эфирах и очень плохо в спиртах и ароматических УВ. С увеличение НАК существенно увеличивается плотность, повышается температура стеклования, снижаются диэлектрические свойства.

Переработка этого каучука затруднена из-за высокой жесткости→необходима предварительная пластикация. Основные свойства резин на основе БНК зависят от содержания в них связанного НАК. С увеличением его содержания повышаются прочностные свойства, твердость, износостойкость, стойкость к набуханию, стойкость к тепловому старению.

СКН широко применяется для изготовления маслобензостойких резинотехнических изделий.

31.Промышленные реактопласты. Слоистые пластики.

Реактопласты при нагревании переходят в вязко-текучее состояние. Затем в результате протекания хим реакций они отверждаются с образованием сетчатой структуры.

При этом полимер необратимо изменяет свои свойства, утрачивает способность переходить в вязко-текучее состояние. Становится неплавким и нерастворимым.

Промышл РП — фенопласты, аминопласты, сложн полиэфиры, эпоксидные полимеры, кремний орг-е полимеры, полиимиды и т. д.

Слоистые пластики – пресс-материалы с листовым наполнителем, имеют слоистую структуру с чередующимися слоями слоистого и связующего.

1)Если х/б ткань – текстолит, 2)Асбестовая ткань – асботекстолит, 3)Стеклянная ткань – стеклотекстолит, 4)Бумага – гетинакс, 5)Фанера – древесно-слоистые пластики (ДСП)

Технология производства пластиков состоит из стадий подготовки сырья, пропитки и сушки тканей, подбора пакетов, прессования пропитанного наполнителя.

Пропитка и сушка осуществляются в пропиточно-сушильных агрегатах. В ванну пропиточной машина заливают раствор резольного олигомера, ткань сматывают с рулонов, она проходит через систему отжимных и обрабатывающих валиков, пропитывается смолой и поступает на сушку в сушильную шахту.

Сушка – от 60 до140 С: удаляются летучие продукты (спирт, вода, фенолформальдегид) и происходит дальнейшая поликонденсация и частичный переход резолов в резитолы. Высушенная ткань разрезается на листы определённого размера, из которых собирают пакеты. Прессование – на прессах (150-165 С, 7-10 МПа). Отпрессованные плиты обрабатываются на фрезеровочных станках.

Слоистые пластики имеют высокие прочностные показатели. Древесно-слоистые пластики. Плиты или тонкие листы, которые изготавливаются горячим прессованием древесного шпона, пропитанного фенолформальдегидным олигомером.

В зависимости от расположения волокон в слоях шпона выпускают следующие марки ДСП:А – параллельное направление волокон во всех слоях шпона, Б – смешанные направления волокон (через 5-20 слоёв с параллельным расположением волокон укладывается 1 слой шпона под углом 90 градусов), В – с перекрестным расположением волокон, Г – со звездообразным направлением волокон (в смежных слоях волокна последовательно смещены на угол 30 градусов). Различное расположение волокон обуславливает различные физико – механические свойства. Достоинства – хорошие антифрикционные свойства. Недостатки – способность поглощать воду и набухать.

Лакокрасочным материалом Называют композицию, которая, будучи равномерно нанесена на поверхность окрашиваемого изделия, в результате сложных физических и химических превращений формируется в сплошное полимерное покрытие с определенными свойствами (защитными, декоративными, специальными). …

106. Лакокрасочные материалы

Лакокрасочные материалы – это композиция, то есть смесь нескольких (а то и многих) компонентов. Главной составной частью каждого лакокрасочного материала является пленкообразующие или связующее, вещество способное в результате отвержения образовывать …

96. Производство волокон из фторсодержащих полимеров. Получение волокна фторлон(ВФЛ)

Среди фторсодержащих полимеров наибольшее распространение получения политетрафторэтилен, кот. всем известен под названием «фторопласт» и «тефлон». Отличительная особенность этого полимера высокая хемо — и теплостойкость, поэтому и использование этих полимеров для …