Nitriilibutadieenikumi: ominaisuudet, valmistus, käyttö

2024 Kirjoittaja: Howard Calhoun | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-17 10:26

Nitriilibutadieenikumi (NBR) on pääraaka-aine erilaisten optimaalisen kestävyyden omaavien kumien valmistuksessa. Se on synteettinen polymeerimateriaali, joka saadaan kopolymeroimalla butadieeni akryylinitriilin (NAC) kanssa. Sitä voidaan kutsua nitriiliksi, divinyyli-nitriiliksi, butadieeni-akrylonitriilikumiksi tai butakryyliksi. Kansainvälisessä nimikkeessä tämä materiaali on merkitty NBR (nitriili-butadieenikumi), kotimaassa - SKN (nitriilisynteettinen kumi).

Soveltuvin osin

Tällaista kumia käytetään useimmiten aloilla, joilla kumituotteiden optimaalinen kestävyys kemiallisesti aggressiivisia ympäristöjä vastaan on tärkeää. Erittäin tärkeitä ovat sellaiset butadieeni-nitriilikumin ominaisuudet kuin korkea elastisuus ja pieni pysyvä muodonmuutos. Tämä materiaali on laaj altikäytetään kumielementtien valmistukseen, jotka ovat suorassa kosketuksessa kemiallisesti aktiivisten materiaalien kanssa - nämä voivat olla kaikenlaisia tiivisteitä, öljytiivisteitä, kumikompensaattoreita, polttoaine- ja öljyletkuja, käyttöhihnat, polttoainesäiliöt autoihin, lento- ja öljyteollisuuteen, painooffset lautaset ja muut tuotteet.

Tähän kumiin perustuvat tuotteet eivät turpoa öljyisissä nesteissä, pakkasnesteissä ja vedessä. Joistakin tällaisista materiaaleista valmistetaan sähköjohtojen vaippa ja kumikäsineet, joilla on erityinen lujuus ja kulutuskestävyys. Sitä käytetään erilaisten liimojen, tiivistysaineiden ja polyuretaanivaahdon valmistukseen. Kumi on liimojen tuotannon perusta.

Milloin ja mistä tämä kumi tuli?

Butadieeni-nitriilikumin hankinta kirjattiin vuonna 1934 Saksassa. Tuolloin saksalaiset tiedemiehet loivat ominaisuuksiltaan ainutlaatuisen materiaalin ja patentoivat sen nimellä Buna-N. Toisen maailmansodan aikana uudella materiaalilla oli suuri kysyntä sotateollisuudessa.

Luonnollisten raaka-aineiden puutteen vuoksi Yhdysv altain ylin johto käynnisti erityisohjelman, jossa kehitetään aktiivisesti butadieeni-nitriilikumin ja muiden kumituotteiden synteettisten raaka-aineiden tuotantoa. Ohjelmassa tuotettu materiaali oli nimeltään GR-N. Tähän mennessä BNR:stä on tullut yksi halutuimmista erikoiskumista. Sitä valmistetaan yli 20 maassa ympäri maailmaa.

NBR-tuotanto

Tällaista materiaalia saadaan konstruktiivisella polymeroinnilla vesiemulsiossa. Prosessi suoritetaan sekä korkeissa että matalissa lämpötiloissa. Tärkeimmät monomeerit niiden valmistukseen ovat butadieeni-1, 3 ja akryylihapponitriili (NAC), joita on sekoitettu tietyssä suhteessa. Nämä aineet eivät ole riippuvaisia lämpötilasta. Ottaen huomioon satunnaiskopolymeroinnin lait, on huomattava, että tällä monomeerien tandemilla tulisi olla atseotrooppisen koostumuksen ominaisuudet, joka sisältää noin 40 % akryylinitriiliä monomeeriseoksessa.

Tällaisen kumin tuotannossa tarvitaan täydellisempää puhdistusta polymerointiin käytettyjen emulgointiaineiden koaguloinnin aikana. Valmistetuissa kumeissa pieni määrä tuhkaa, mineraaleja ja haihtuvia epäpuhtauksia (enintään 1 %) on sallittu. Niihin voidaan lisätä värjäytyviä tai värjäytymättömiä antioksidantteja.

Mikä on BNK

Maassamme valmistetaan sellaisia kumeja kuin nitriilikumi-18 (SKN-18), nitriilibutadieenikumi-26 (SKN-26) ja nitriilibutadieenikumi-40 (SKN-40). Lajien numeerinen indikaattori näyttää akryylinitriiliyksiköiden määrän polymeereissä. Ne voivat sisältää 18 %, 26 % tai 40 % akryylinitriiliä.

Muutamalla ainesosien määrää, voit saavuttaa tuloksena olevan materiaalin erilaisia ominaisuuksia. Akryylinitriilin prosenttiosuudesta riippuen ominaisuudetkumit voivat vaihdella kovuuden, viskositeetin, öljyn ja bensiinin kestävyyden suhteen. NAC:n prosenttiosuus vaikuttaa rakenneyksiköiden molekyylien väliseen vaikutukseen. Juuri tämä tekijä vaikuttaa nitriilibutadieenikumin käyttöön tietyillä kansantalouden alueilla. Siitä huolimatta sitä käytetään raaka-aineena v altavan valikoiman teollisten kumituotteiden valmistuksessa.

Materiaalin puutteet

Huolimatta siitä tosiasiasta, että BNR:ää lisäämällä valmistetuilla kumituotteilla on useita erinomaisia ominaisuuksia (suuri vetolujuus ja sitkeys, suhteellinen venymä, repeämis- ja kulutuskestävyys, erinomainen öljyn ja bensiinin kestävyys), tämä materiaali ja jotkut puutteita.

Mekanismien nopeuden nousuun ja jäähdytysöljyn puutteeseen liittyvät tiukat käyttöolosuhteet johtavat siihen, että kumielementit voivat toimia vain +150 asteen lämpötiloissa. Kun käyttölämpötila nousee tämän arvon yläpuolelle, tapahtuu strukturoitumista ja sitten NBR:n perusteella syntyneiden kumien tuhoamista. Toisin sanoen kuumennetusta kumista tulee kovaa ja hauras.

Altistuminen alhaisille lämpötiloille vaikuttaa negatiivisesti myös kumituotteisiin, joita käytettiin nitriilikumin valmistuksessa. Niiden optimaalisen käyttölämpötilan katsotaan olevan vähintään -35˚С.

Modernit kumimuutokset

Kumituotteiden luomiseenainutlaatuisia ominaisuuksia, käytetään nykyaikaisempia kumien muunnelmia. Hydrattuja nitriilibutadieenikumeja pidetään yhtenä lupaavista modifikaatiokehityksistä. Niillä on erinomaiset prosessointiominaisuudet erilaisissa kumin tuotannossa.

Polyvinyylikloridilla muunnetuista kumeista valmistettu kumi antaa vakaamman suorituskyvyn sään kulutuksenkestävyydessä (jopa -50 astetta) ja äärimmäisessä käyttölämpötilassa +160 asteeseen asti. Se on repäisy- ja kulutuskestävyyden suhteen huomattavasti parempi kuin nitriilikumipohjaiset tuotteet. Kestää erinomaisesti kemiallisesti aggressiivisten ympäristöjen aktiivista vaikutusta. Tämä kumi ei kuitenkaan ole niin vahva ja joustava. Siksi materiaalin käsittelyominaisuuksien parantamiseksi sitä käytetään useimmiten yhdessä tavanomaisten nitriilikumien kanssa.

Vulkanointi

Butadieeni-nitriilikumien vulkanointiprosessissa käytetään rikkiä sekä tiuraamia, orgaanisia peroksideja, alkyylifenoliformaldehydihartseja ja orgaanisia klooriyhdisteitä. Lämpötila voi vaihdella välillä 140˚ - 190˚C. Tämän prosessin aikana havaitaan suuri vulkanoitumisen tasanne. Lisääntynyt NAC-pitoisuus lisää os altaan vulkanointinopeutta. Tuloksena saatujen kumien laatu arvioidaan vulkanointilaitteiden luontaisten ominaisuuksien perusteella.

Ominaisuudet

BNC-ominaisuudet määritetäänakryylinitriilipitoisuus. Tämäntyyppinen kumi liukenee hyvin ketoneihin, joihinkin hiilivetyliuoksiin ja estereihin. Alifaattiset hiilivedyt ja alkoholi eivät käytännössä vaikuta nitriilibutadieenikumien liukenemiseen. Materiaalin akryylinitriilin koostumuksen lisääntyminen myötävaikuttaa molekyylien väliseen toimintaan polymeeriketjujen välillä: mitä enemmän NAA:ta materiaalin koostumuksessa on, sitä korkeampi on lasisiirtymän tiheys ja lämpötila. Lisääntynyt NAA-pitoisuus vähentää dielektrisiä ominaisuuksia, alentaa liukoisuutta aromaattisiin liuottimiin ja lisää alifaattisten hiilivetyjen turpoamiskestävyyttä.

Riippuen kumin polymeroitumisen kulusta, sitä voidaan valmistaa erilaisilla plastoelastisilla ominaisuuksilla. Ne voivat olla:

• Erittäin kova (Defoe-kovuus 21,5 - 27,5 N). Tällaista kumia merkatessa sen nimeen lisätään kirjain “T”.
• Kiinteä (Defoe-kovuus 17,5–21,5 N).
• Pehmeä (Defoe-kovuus 7,5 - 11,5 N). Tällaista kumia merkatessa sen nimeen lisätään kirjain “M”.

Alkyylisulfonaatteja emulgointiaineina valmistettavien NBR:ien os alta kirjain "C" lisätään merkintään. Esimerkiksi SKN-26MS on pehmeä kumi, joka sisältää 26 % sitoutunutta NAC:ta, ja valmistuksessa käytettiin biohajoavaa alkyylisulfonaattiemulgaattoria.