Бутадиен нитрильный каучук: свойства, получение, применение

Спросите у эксперта

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).

Бутадиен нитрильный каучук: свойства, получение, применение

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.

Бутадиен нитрильный каучук: свойства, получение, применение

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.

Бутадиен нитрильный каучук: свойства, получение, применение

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.

Бутадиен нитрильный каучук: свойства, получение, применение

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. Процентное содержание НАК влияет на межмолекулярное воздействие структурных единиц. Именно этот фактор сказывается на применении бутадиен нитрильного каучука в тех или иных областях народного хозяйства. Тем не менее его используют в качестве сырья для изготовления огромного ассортимента резинотехнических изделий промышленного назначения.Бутадиен нитрильный каучук: свойства, получение, применение

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.Бутадиен нитрильный каучук: свойства, получение, применение

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.

Бутадиен нитрильный каучук: свойства, получение, применение

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.

Оцените статью
Добавить комментарий

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.