Nitril butadien kavčuk: lastnosti, proizvodnja, uporaba

2024 Avtor: Howard Calhoun | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-12-17 10:40

Nitril butadienski kavčuk (NBR) je glavna surovina za proizvodnjo različnih vrst gume z optimalno vzdržljivostjo. Je sintetični polimerni material, pridobljen s kopolimerizacijo butadiena z akrilonitrilom (NAC). Lahko ga imenujemo nitrilna, divinil-nitrilna, butadien-akrilonitrilna guma ali butakril. V mednarodni oznaki je ta material označen z NBR (nitril-butadienerubber), v domači oznaki - SKN (nitrile synthetic guma).

Kjer je primerno

Ta vrsta gume se najpogosteje uporablja v tistih panogah, kjer je pomembna optimalna odpornost gumijastih izdelkov na kemično agresivna okolja. Velikega pomena so lastnosti butadien-nitrilne gume, kot so visoka elastičnost in majhna trajna deformacija. Ta material je široko razširjenuporablja se pri proizvodnji gumijastih elementov, ki imajo neposreden stik s kemično aktivnimi materiali - to so lahko vse vrste tesnil, oljna tesnila, gumijasti kompenzatorji, cevi za gorivo in olje, pogonski jermeni, rezervoarji za gorivo za avtomobile, letalsko in naftno industrijo, ofsetni tisk krožniki in drugi izdelki.

Izdelki na osnovi te gume ne nabreknejo v oljnih tekočinah, antifrizu in vodi. Iz nekaterih vrst takšnega materiala so izdelani ovoj električne napeljave in gumijaste rokavice, ki imajo posebno trdnost in odpornost proti obrabi. Uporablja se pri proizvodnji različnih lepil, tesnil in poliuretanske pene. Guma je osnova pri proizvodnji lepil.

Kdaj in od kod je prišla ta guma?

Pridobivanje butadien-nitrilne gume je bilo zabeleženo leta 1934 v Nemčiji. Takrat so nemški znanstveniki ustvarili material, edinstven po svojih lastnostih, in ga patentirali pod imenom Buna-N. Med drugo svetovno vojno je bil po novem materialu v vojaški industriji veliko povpraševanje.

Zaradi pomanjkanja naravnih surovin je najvišje vodstvo ZDA uvedlo poseben program, ki vključuje aktiven razvoj proizvodnje butadien-nitrilne gume in drugih vrst sintetičnih surovin za gumene izdelke. Material, izdelan v okviru tega programa, se je imenoval GR-N. Do danes je BNR postal ena najbolj iskanih gum za posebne namene. Izdelan je v več kot 20 državah po vsem svetu.

proizvodnja NBR

Ta vrsta materiala je pridobljena s konstruktivno polimerizacijo v vodni emulziji. Postopek se izvaja tako pri visokih kot pri nizkih temperaturah. Glavni monomeri za njihovo proizvodnjo so butadien-1, 3 in nitril akrilne kisline (NAC), pomešani v določenem razmerju. Te snovi niso odvisne od temperature. Ob upoštevanju zakonov naključne kopolimerizacije je treba opozoriti, da mora imeti ta tandem monomerov lastnosti azeotropne sestave, ki vsebuje približno 40 % akrilonitrila v mešanici monomerov.

Pri proizvodnji te vrste gume je potrebno popolnejše čiščenje med koagulacijo emulgatorjev, ki se uporabljajo za polimerizacijo. V proizvedenih gumah je dovoljena majhna količina pepela, mineralnih in hlapnih nečistoč (ne več kot 1%). Lahko so napolnjeni z antioksidanti, ki se lahko obarvajo ali ne obarvajo.

Kaj je BNK

V naši državi se proizvajajo gume takšnih vrst, kot so nitrilna guma-18 (SKN-18), nitril-butadienska guma-26 (SKN-26) in nitrilna butadienska guma-40 (SKN-40). Številčni indikator v razredih kaže število akrilonitrilnih enot v polimerih. Lahko vsebujejo 18%, 26% ali 40% akrilonitrila.

S spreminjanjem števila sestavnih sestavin lahko dosežete različne lastnosti nastalega materiala. Odvisno od odstotka akrilonitrila, lastnostigume se lahko razlikujejo po trdoti, viskoznosti, odpornosti na olje in bencin. Odstotek NAC vpliva na medmolekularni učinek strukturnih enot. Prav ta dejavnik vpliva na uporabo nitril-butadienskega kavčuka na nekaterih področjih nacionalnega gospodarstva. Kljub temu se uporablja kot surovina za izdelavo široke palete izdelkov iz industrijske gume.

Nepopolnosti materiala

Kljub dejstvu, da imajo izdelki iz gume, izdelani z dodatkom BNR, celo vrsto odličnih zmogljivosti (visoka natezna trdnost in duktilnost, relativni raztezek, odpornost na trganje in obrabo, odlična odpornost na olje in bencin), ta material in nekatere pomanjkljivosti.

Zaostreni pogoji delovanja, povezani s povečanjem hitrosti mehanizmov in pomanjkanjem hladilnega olja, vodijo v dejstvo, da lahko gumijasti elementi delujejo le pri temperaturah do +150 stopinj. Ko se delovna temperatura dvigne nad to vrednost, pride do strukturiranja, nato pa do uničenja kavčukov, ustvarjenih na osnovi NBR. Z drugimi besedami, segreta guma postane trda in krhka.

Izpostavljenost nizkim temperaturam negativno vpliva tudi na gumene izdelke, ki so bili uporabljeni pri proizvodnji nitrilne gume. Optimalna delovna temperatura zanje velja, da ni nižja od -35˚С.

Sodobne modifikacije gume

Za ustvarjanje izdelkov iz gume zedinstven nabor lastnosti, se uporabljajo sodobnejše modifikacije gum. Hidrogenirani nitrilni butadienski kavčuk velja za enega od obetavnih razvojev pri modificiranju. Imajo odlične predelovalne lastnosti pri različnih vrstah proizvodnje gume.

Guma, izdelana na osnovi polivinilklorid-modificiranih kavčukov, zagotavlja stabilnejše delovanje pri odpornosti proti vremenskim vplivom (do -50 stopinj) in ekstremnim delovnim temperaturam do +160 stopinj. Po odpornosti proti trganju in obrabi je bistveno boljši od izdelkov na osnovi nitrilnih kavčukov. Ima odlično odpornost na aktivne vplive kemično agresivnih okolij. Vendar ta guma ni tako močna in elastična. Zato se za izboljšanje lastnosti obdelave materiala najpogosteje uporablja v kombinaciji z običajnimi vrstami nitrilnih kavčukov.

Vulkanizacija

Proces vulkanizacije butadien-nitrilnih kavčukov se izvaja z uporabo žvepla, pa tudi tiurama, organskih peroksidov, alkilfenol-formaldehidnih smol in organoklorovih spojin. Temperatura se lahko giblje od 140˚ do 190˚ Celzija. Med tem postopkom opazimo veliko planoto vulkanizacije. Povečana vsebnost NAC prispeva k povečanju stopnje vulkanizacije. Kakovost nastalih kavčukov se ocenjuje z lastnimi lastnostmi vulkanizerjev.

Lastnosti

Lastnosti BNC so določenevsebnost akrilonitrila. Ta vrsta gume je zelo topna v ketonih, nekaterih raztopinah ogljikovodikov in estrih. Alifatski ogljikovodiki in alkohol praktično ne vplivajo na raztapljanje nitril-butadienskih kavčukov. Povečanje sestave materiala akrilonitril prispeva k medmolekularnemu delovanju med polimernimi verigami: več kot je NAA v sestavi materiala, večja se gostota in temperatura steklastega prehoda. Povečana vsebnost NAA zmanjša dielektrične lastnosti, zmanjša stopnjo topnosti v aromatskih topilih in poveča odpornost na nabrekanje v alifatskih ogljikovodikih.

Odvisno od poteka polimerizacije gume se lahko proizvaja z različnimi plastikoelastičnimi lastnostmi. Lahko so:

• Zelo trdo (Defoejeva trdota 21,5 - 27,5 N). Pri označevanju takšne gume se njenemu imenu doda črka "T".
• Soli (Defoe trdota 17,5 - 21,5 N).
• Mehka (Defoejeva trdota 7,5 - 11,5 N). Pri označevanju takšne gume se njenemu imenu doda črka "M".

Za NBR, izdelane z alkilsulfonati kot emulgatorji, je oznaki dodana črka "C". Na primer, SKN-26MS je mehka guma, ki vsebuje 26 % vezanega NAC, pri pripravi pa je bil uporabljen biorazgradljiv alkilsulfonatni emulgator.