Nitrilbutadienový kaučuk: vlastnosti, výroba, použití

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-17 10:22

Nitrilbutadienový kaučuk (NBR) je hlavní surovinou pro výrobu různých typů kaučuku s optimální trvanlivostí. Jedná se o syntetický polymerní materiál získaný kopolymerací butadienu s akrylonitrilem (NAC). Může být nazýván nitril, divinyl-nitril, butadien-akrylonitrilový kaučuk nebo butakryl. V mezinárodním označení je tento materiál označen NBR (nitril-butadienrubber), v domácím označení - SKN (nitrilový syntetický kaučuk).

Případně

Tento typ pryže se nejčastěji používá v těch odvětvích, kde je důležitá optimální odolnost pryžových výrobků vůči chemicky agresivnímu prostředí. Velmi důležité jsou vlastnosti butadien-nitrilového kaučuku jako vysoká elasticita a malá trvalá deformace. Tento materiál je široce rozšířenpoužívá se při výrobě pryžových prvků, které mají přímý kontakt s chemicky aktivními materiály - mohou to být všechny druhy těsnění, olejová těsnění, pryžové kompenzátory, palivové a olejové hadice, hnací řemeny, palivové nádrže pro automobily, letecký a ropný průmysl, tiskový ofset talíře a další produkty.

Výrobky na bázi této pryže nebobtnají v olejových kapalinách, nemrznoucích směsích a vodě. Z některých typů takového materiálu se vyrábí plášť elektrického vedení a gumové rukavice, které mají zvláštní pevnost a odolnost proti opotřebení. Používá se při výrobě různých lepidel, tmelů a polyuretanové pěny. Základem při výrobě lepidel je pryž.

Kdy a kde se tato guma vzala?

Získání butadien-nitrilového kaučuku bylo zaznamenáno v roce 1934 v Německu. Němečtí vědci tehdy vytvořili materiál jedinečný svými vlastnostmi a patentovali jej pod názvem Buna-N. Během druhé světové války byl nový materiál velmi žádaný ve vojenském průmyslu.

Vzhledem k nedostatku přírodních surovin zahájilo nejvyšší vedení USA speciální program zahrnující aktivní rozvoj výroby butadien-nitrilového kaučuku a dalších typů syntetických surovin pro pryžové zboží. Materiál vyrobený v rámci tohoto programu se nazýval GR-N. K dnešnímu dni se BNR stala jednou z nejvyhledávanějších speciálních pryží. Vyrábí se ve více než 20 zemích po celém světě.

Výroba NBR

Tento typ materiálu se získává konstruktivní polymerací ve vodné emulzi. Proces se provádí při vysokých i nízkých teplotách. Hlavními monomery pro jejich výrobu jsou butadien-1, 3 a nitril kyseliny akrylové (NAC), smíchané v určitém poměru. Tyto látky nejsou závislé na teplotě. Vezmeme-li v úvahu zákony náhodné kopolymerizace, je třeba poznamenat, že tento tandem monomerů by měl mít vlastnosti azeotropní kompozice obsahující asi 40 % akrylonitrilu ve směsi monomerů.

Při výrobě tohoto typu kaučuku existuje potřeba úplnějšího čištění během koagulace emulgátorů používaných pro polymeraci. Ve vyráběných pryžích je povoleno malé množství popela, minerálních a těkavých nečistot (ne více než 1%). Mohou být naplněny barvitelnými nebo nebarvitelnými antioxidanty.

Co je BNK

U nás se vyrábějí kaučuky typu nitrilkaučuk-18 (SKN-18), nitril-butadienový kaučuk-26 (SKN-26) a nitrilbutadienový kaučuk-40 (SKN-40). Číselný ukazatel ve stupních ukazuje počet jednotek akrylonitrilu v polymerech. Mohou obsahovat 18 %, 26 % nebo 40 % akrylonitrilu.

Změnou počtu složek můžete dosáhnout různých vlastností výsledného materiálu. V závislosti na procentuálním obsahu akrylonitrilu vlastnostipryže se mohou lišit v tvrdosti, viskozitě, odolnosti vůči oleji a benzínu. Procento NAC ovlivňuje intermolekulární účinek strukturních jednotek. Právě tento faktor ovlivňuje používání nitrilbutadienového kaučuku v určitých oblastech národního hospodářství. Přesto se používá jako surovina pro výrobu široké škály průmyslových pryžových výrobků.

Materiálové nedokonalosti

Navzdory skutečnosti, že pryžové výrobky vyrobené s přídavkem BNR mají celou řadu vynikajících vlastností (vysoká pevnost v tahu a tažnost, relativní tažnost, odolnost proti roztržení a oděru, vynikající odolnost proti oleji a benzínu), tento materiál a některé vady.

Tvrdší provozní podmínky spojené se zvýšením rychlosti mechanismů a nedostatkem chladicího oleje vedou k tomu, že pryžové prvky mohou pracovat pouze při teplotách do +150 stupňů. Při zvýšení provozní teploty nad tuto hodnotu dochází ke strukturování a následně k destrukci kaučuků vytvořených na bázi NBR. Jinými slovy, zahřátá guma ztvrdne a zkřehne.

Vystavení nízkým teplotám má negativní vliv i na pryžové výrobky, které se používaly při výrobě nitrilkaučuku. Za optimální provozní teplotu pro ně se považuje ne nižší než -35˚С.

Moderní gumové úpravy

Vytvářet pryžové výrobky sunikátní soubor vlastností, jsou použity modernější úpravy pryží. Hydrogenované nitrilbutadienové kaučuky jsou považovány za jeden ze slibných pokroků v modifikaci. Mají vynikající zpracovatelské vlastnosti při různých typech výroby pryže.

Guma vyrobená na bázi polyvinylchloridem modifikovaných pryží poskytuje stabilnější výkon při odolnosti proti opotřebení povětrnostními vlivy (až -50 stupňů) a extrémní provozní teplotě až do +160 stupňů. Je výrazně lepší než výrobky vyrobené na bázi nitrilových kaučuků z hlediska odolnosti proti roztržení a odolnosti proti opotřebení. Má vynikající odolnost proti aktivnímu vlivu chemicky agresivního prostředí. Tato guma však není tak pevná a elastická. Proto se pro zlepšení zpracovatelských vlastností materiálu nejčastěji používá v kombinaci s konvenčními typy nitrilových kaučuků.

Vulkanizace

Proces vulkanizace butadien-nitrilových kaučuků se provádí pomocí síry, dále thiuramu, organických peroxidů, alkylfenolformaldehydových pryskyřic a organochlorových sloučenin. Teplota se může pohybovat od 140° do 190° Celsia. Během tohoto procesu je pozorována velká plošina vulkanizace. Zvýšený obsah NAC přispívá ke zvýšení rychlosti vulkanizace. Kvalita výsledných pryží je hodnocena vlastními vlastnostmi vulkanizátorů.

Vlastnosti

Jsou určeny vlastnosti BNCobsah akrylonitrilu. Tento typ kaučuku je vysoce rozpustný v ketonech, některých roztocích uhlovodíků a esterech. Alifatické uhlovodíky a alkohol nemají prakticky žádný vliv na rozpouštění nitrilbutadienových kaučuků. Zvýšení složení materiálu akrylonitrilu přispívá k intermolekulárnímu působení mezi polymerními řetězci: čím více NAA ve složení materiálu, tím vyšší je nárůst hustoty a teploty skelného přechodu. Zvýšený obsah NAA snižuje dielektrické vlastnosti, snižuje stupeň rozpustnosti v aromatických rozpouštědlech a zvyšuje odolnost vůči bobtnání v alifatických uhlovodících.

V závislosti na průběhu polymerace lze pryž vyrábět s různými plastoelastickými vlastnostmi. Mohou to být:

• Velmi tvrdý (tvrdost Defoe 21,5 - 27,5 N). Při označování takové gumy se k jejímu názvu přidá písmeno „T“.
• Pevné (tvrdost Defoe 17,5 - 21,5 N).
• Měkký (tvrdost Defoe 7,5 - 11,5 N). Při označování takové gumy je k jejímu názvu přidáno písmeno „M“.

U NBR vyrobených s alkylsulfonáty jako emulgátory je k označení přidáno písmeno „C“. Například SKN-26MS je měkká pryž, která obsahuje 26 % vázaného NAC a při přípravě byl použit biologicky odbouratelný alkylsulfonátový emulgátor.