Бутадієн нітрильний каучук: властивості, одержання, застосування

Бутадієн-нітрильний каучук (БНК) – основний вид сировини для виробництва різних типів гуми з оптимальною стійкістю. Це синтетичний полімерний матеріал, отриманий шляхом кополімеризації бутадієну з акрилонітрилом (НАК). Його можуть називати нитрильним, дивініл-нитрильним, бутадієн-акрилонитрильним каучуками або бутакрилом. У міжнародному позначенні цей матеріал має маркування NBR (nitrile-butadienerubber), у вітчизняному – СКН (синтетичний каучук нітрильний).

Де застосовується

Цей вид каучуків найчастіше використовуються в тих галузях промисловості, де важлива оптимальна стійкість гумотехнічних виробів до хімічно агресивних середовищ. Велике значення мають такі властивості бутадієн-нітрильного каучуку, як висока еластичність і невелика залишкова деформація. Цей матеріал широко застосовується у виробництві гумових елементів, які мають безпосередній контакт з хімічно активними матеріалами – це можуть бути всілякі ущільнювачі, сальники, гумові компенсатори, паливні і масляні шланги, приводні ремені, паливні баки авто, авіа і нафтової промисловості, поліграфічні офсетні пластини та інші вироби.


Продукція, виготовлена на основі цього каучуку, не розбухає в маслянистих рідинах, антифризах і воді. З деяких типів такого матеріалу виконують оболонку електричної проводки і гумові рукавички, які володіють особливою міцністю і зносостійкістю. Його використовують у виробництві різних клеїв, герметиків і монтажної піни. Каучук є основою в виробництві адгезивів.

Коли і де з'явився цей каучук?

Отримання бутадієн-нітрильного каучуку було зафіксовано в 1934 році в Німеччині. У той час німецькі вчені створили унікальний за своїми властивостями матеріал і запатентували його під назвою Buna-N. Під час Другої світової війни новий матеріал став дуже затребуваним у військових видах промисловості.


Через брак природного сировини вище керівництво США запустило спеціальну програму, що передбачає активний розвиток виробництва бутадієн-нітрильного каучуку та інших видів синтетичної сировини для ГТВ. Виготовляється в рамках цієї програми матеріал носив назву GR-N. На сьогоднішній день став БНК одним з найбільш затребуваних каучуків спеціального призначення. Його виготовляють більш ніж в 20 країнах світу.

Виробництво БНК

Даний вид матеріалу отримують шляхом конструктивної полімеризації в водної емульсії. Процес проводять як при високих, так і при низьких температурах. Основні мономери для їх виробництва - це бутадієн-13 та нітрил акрилової кислоти (НАК), змішані в певній пропорції. Ці речовини не залежать від температури. Беручи до уваги закономірності статистичної кополімеризації, потрібно відзначити, що цей тандем мономерів повинен володіти властивостями азеотропного складу, що містить близько 40% акрилонітрилу в суміші мономерів. При виробництві даного виду каучуку з'являється необхідність більш повного очищення при коагуляції емульгаторів, використовуваних для полімеризації. У виготовляються каучуках допускається незначна кількість золи мінеральних і летких домішок (не більше 1%). Вони можуть бути заправлені окрашиваемими або неокрашиваемими противостарителями.

Що являє собою БНК

У нашій країні виготовляють каучуки таких типів, як бутадієн-нітрильний каучук-18 (СКН-18), бутадієн-нітрильний каучук-26 (СКН-26) і нітрильний каучук бутадієн-40 (СКН-40). Числительний показник в марках показує число ланок акрилонітрилу в полімерах. Вони можуть містити відповідно 1826 або 40% нітрилу акрилової кислоти. Змінюючи кількість складових інгредієнтів, можна домогтися різних властивостей одержуваного матеріалу. В залежності від процентного вмісту акрилонітрилу, властивостей каучуків можуть бути змінені по твердості, в'язкості масло - і бензостойкости. Процентний вміст НАК впливає на міжмолекулярне вплив структурних одиниць. Саме цей фактор позначається на застосування бутадієн нітрильного каучуку в тих чи інших галузях народного господарства. Тим не менш, його використовують в якості сировини для виготовлення величезного асортименту гумотехнічних виробів промислового призначення.

Недоліки матеріалу

Незважаючи на те, що гумотехнічні вироби, виготовлені з додаванням БНК, володіють цілим комплексом чудових показників (високою міцністю і пластичністю при розтягуванні, відносним подовженням, опором на розрив і стирання, чудовою масло - і бензиностійкістю), є у цього матеріалу і деякі недоліки. Жорсткість умов експлуатації, пов'язане зі збільшенням швидкостей механізмів і недоліком охолоджуючого масла, призводить до того, що гумові елементи можуть працювати тільки при температурах до +150 градусів. При підвищенні робочої температури вище цього значення, відбувається структурування, а потім і руйнування гум, створених на базі БНК. Іншими словами, нагріта гума стає твердою і крихкою. Вплив низьких температур так само негативно позначається на гумових виробах, у виробництві яких використовувався бутадієн-нітрильний каучук. Оптимальною для них вважається робоча температура не нижче -35?С.

Сучасні модифікації каучуків

Для створення гумотехнічних виробів, мають унікальний комплекс властивостей, використовують більш сучасні модифікації каучуків. Однією з перспективних розробок у модифікуванні вважаються гідровані бутадієн-нітрилові каучуки. Вони мають чудові технологічні властивості при різних видах виробництва гуми. Гума, виготовлена на основі модифікованих полівінілхлоридом каучуках, дає більш стабільні показники за погодною зносостійкості (до -50 градусів) і екстремальній робочої температури до +160 градусів. Вона значно перевершує вироби, виготовлені на базі бутадієн-нитрильного каучуку, по опору роздиранню і зносостійкості. Має відмінну стійкість до активного впливу хімічно агресивних середовищ. Однак ця гума не так міцна і еластична. Тому, щоб поліпшити технологічні властивості матеріалу, його частіше застосовують у комбінації з звичайними типами бутадієн-нитрильного каучуку.

Вулканізація

Процес вулканізації бутадієн-нитрильного каучуку здійснюється з допомогою сірки, а також тиурама, органічних перекисів, алкилфенолформальдегидних смол і хлорорганічних сполук. Температура при цьому може змінюватись від 140? до 190? Цельсія. При проведенні даного процесу спостерігається поява великого плато вулканізації. Підвищений вміст НАК сприяє збільшенню швидкості вулканізації. Якість отриманих каучуків оцінюють за властивими характеристиками вулканізаторів.

Властивості

Властивості БНК визначаються змістом акрилонитрила. Даний тип каучуків добре розчинний у кетонах, деяких вуглеводневих розчинах і складних ефірах. Аліфатичні вуглеводні і спирт практично ніяк не впливають на розчинення бутадієн-нитрильного каучуку. Збільшення в складі матеріалу акрилонітрилу сприяє межмолекулярному впливу між ланцюгами полімеру: чим більше НАК у складі матеріалу, тим вище зростає щільність і температурний режим склування. Підвищений вміст НАК знижує діелектричні властивості, зменшує ступінь розчинності в ароматичних розчинниках і сприяє збільшенню стійкості до набухання в аліфатичних вуглеводнях. Залежно від перебігу полімеризації каучуку, його можуть випускати з різними пластоэластическими показниками. Вони можуть бути:

Дуже твердими (твердість по Дефо 215 - 275 Н). При маркуванні такого каучуку до його назви додається літера «Т».

Твердими (твердість по Дефо 175 - 215 Н).

М'якими (твердість по Дефо 75 - 115 М). При маркуванні такого каучуку до його назви додається літера «М».

Для БНК, що виготовляються з участю алкилсульфонатов в якості емульгаторів, маркування додається літера «С». Приміром, СКН-26МС - це м'який каучук, в якому присутня 26% пов'язаного НАК, і в отриманні був використаний біологічно розкладаний алкилсульфонатний емульгатор.