Бутадиен-нитрильные каучуки (NBR/БНК)
Разновидности NBR/БНК
Бутадиен-нитрильные каучуки — основной продукт для получения резин с высокой стойкостью в среде нефтепродуктов, синтетический полимер, продукт сополимеризации бутадиена с акрилонитрилом (НАК, ACN). Свойства сополимера зависят от содержания НАК, чем выше содержание нитрила в полимере, тем выше его устойчивость к маслам, но ниже упругость.
Бутадиен-нитрильный каучук (БНК, NBR) известен также как нитрильный каучук, дивинил-нитрильный каучук, бутадиен-акрилонитрильный каучук, бутакрил, буна-N, отечественная маркировка СКН (синтетический каучук (бутадиен-) нитрильный). Международное обозначение NBR (nitrile-butadienerubber), также используются названия nitrilerubber, acrylonitrilebutadiene rubber, Buna-N, Perbunan и GR-N (Government Rubber-Nitrile).
БНК (NBR) был синтезирован немецкими химиками и запатентован в 1934 году под названием Buna-N. БНК был высоко востребован в военной промышленности в ходе второй мировой войны, особенно после того, как страны антигитлеровской коалиции лишились большей части источников натурального каучука. В связи с этим правительство США запустила специальную программу по развитию производства синтетических каучуков. Производимый в рамках этой программы БНК получил наименование GR-N (Government Rubber-Nitrile, «правительственный каучук – нитрильный»).
К семейству нитрильных каучуков также можно отнести гидрированный бутадиен-нитрильный каучук (Hydrated Nitrile Rubbers, hydrogenatedacrylonitrile-butadiene rubber, HNBR, HSN, highlysaturatednitrile) и бутадиен-нитрильный карбоксилатный каучук (Carboxylated Nitrile, XNBR). По сравнению с БНК данные материалы обладают лучшими механическими свойствами.
Характеристики NBR/БНК, совместимость со средами
Наиболее важное свойство резин на основе БНК – стойкость к действию агрессивных сред, в том числе к нефтепродуктам. БНК (NBR) проявляет хорошую устойчивость к воде (в т.ч. горячей), минеральным маслам и пластичным смазкам на их основе, алифатическим углеводородам (пропан, бутан, бензины неэтилированные), хладагентам («хладоны», «фреоны», холодильные агенты) групп HFA, HFB, HFC, растительным и животным маслам и жирам, дизельному топливу с содержанием ароматических углеводородов не более 40%. При комнатной температуре, БНК устойчив к большому количеству разбавленных кислот (в т.ч. серной и соляной), оснований и солевых растворов (в т.ч. к морской воде). БНК применим для керосина, мазута, глицерина, этиленгликоля, формальдегида и, с точки зрения бензо- и масло- стойкости уступает только кремний-органическим каучукам.
БНК проявляет среднюю устойчивость к дизельному топливу с содержанием ароматических углеводородов свыше 40%, этилированным бензинам, биологически разлагающимся гидравлическим жидкостям. Силиконовые масла могут вызвать сокращение (cжатие) размеров изделия из БНК.
Многие свойства БНК существенно зависят от содержания акрилонитрильных звеньев, например, сополимеры с большим содержанием акрилонитрильных звеньев проявляют большую устойчивость к толуолу и бензолу.
БНК обладает хорошими механическими свойствами, высокой твердостью и для резиновых эластомеров относительно высокой устойчивостью к истиранию. Также БНК характеризуется высоким постоянным коэффициентом трения, высокой износостойкостью, в том числе при повышенной температуре, хорошими динамическими свойствами.
Присутствие в макромолекуле каучука полярных нитрильных групп обусловливает низкие электроизоляционные свойства и, соответственно, сравнительно высокую электрическую проводимость резин, резко возрастающую с увеличением содержания акрилонитрильных звеньев. Черный БНК (с содержанием сажи) обладает отличными антистатическими свойствами.
Газо- и водопроницаемость резин из БНК значительно ниже, чем резин из неполярных каучуков (изопреновых, бутадиеновых, бутадиен-стирольных). Газопроницаемость тем меньше, чем больше содержание в каучуке акрилонитрильных звеньев.
БНК (NBR) хорошо крепится к металлам, и поэтому применяется для изготовления резинометаллических деталей, работающих в топливах и маслах.
БНК неустойчив к действию ароматических углеводородов (толуол, бензол), хлорированных углеводородов (трихлор-, перхлорэтилен), тормозных жидкостей и антифризов на гликолевой основе, хладагентов группы HFD, ацето-, этиловому, бутиловому и т.д. эфирам. БНК растворяется в кетонах, этилацетате и хлороформе.
К недостаткам БНК относятся низкая устойчивость к светоозонному и другим видам старения. В связи с низкой погодной устойчивость необходимо соблюдать условия хранения.
При высоких температурах ускоряется старение, за счет чего материал становится твердым и хрупким. В кислородной атмосфере (воздух) это проявляется примерно при 80°C, при перекрытии доступа воздуха процесс старения значительно замедляется (например, в горячем масле). При изготовлении изделий из БНК сторону, имеющую контакт с воздухом, защищают дополнительным покрытием из другого каучука, более стойкого к воздействию атмосферы.
Применение NBR/БНК
БНК (NBR) применяется в основном в тех областях, в которых требуются как высокая устойчивость к ГСМ и химически активным средам, так и высокая эластичность и низкая остаточная деформация. БНК используют в производстве разнообразных изделий и деталей, эксплуатируемых в контакте с агрессивными средами, например, уплотнителей, сальников, резиновых компенсаторов, топливных и масляных шлангов, приводных ремней, топливных баков для автомобильной, авиационной, нефтяной промышленности, полиграфических офсетных пластин, подошвы маслостойкой обуви и др. Из БНК изготавливаются грязесъемники, штоковые и поршневые уплотнения для низких давлений, уплотнения валов, прокладочные кольца круглого сечения (O-ring).
В нашем ассортименте представлены 4 различных вида резиновых компенсаторов на основе БНК (NBR) для различных сфер применения. Классической моделью является резиновый компенсатор ERV-G, используемый для всех видов нефтепродуктов. У данной модели есть специальный вариант исполнения для экстремально низких температур – морозостойкий резиновый компенсатор ERV-G LT. Для более сложных условий эксплуатации, требующих высокой отказоустойчивости, используется резиновый компенсатор ERV-GS. Также из БНК (NBR) изготавливается резиновый компенсатор ERV-OR, предназначенный для сжиженного углеводородного газа (СУГ, LPG).
Также к данному семейству моделей можно отнести резиновый компенсатор для экстремальных условий эксплуатации ERV-GS HNBR, изготавливаемый из гидрированного бутадиен-нитрильного каучука. Данный материал обладает рядом своих особенностей, отличных от обычного БНК, которые будут рассмотрены в отдельной статье.
БНК широко используется для изготовления перчаток, одноразовых и многоразовых. В химической, пищевой и медицинской промышленности чаще применяются перчатки, целиком изготовленные из БНК. В машиностроении и других отраслях промышленности БНК используется как покрытие на защитных перчатках для погрузочно-разгрузочных и сборочных работ. При этом востребованы как химическая и маслобензостойкость БНК, так и высокая износостойкость и надежный, без скольжения, захват чистых и загрязнённых (замасленных) предметов.
БНК также используется для изготовления изделий методом литья, обуви, клеев, герметиков, губок, монтажной строительной пены, ковриков и других покрытий.
БНК применяют также как основу адгезивов, в качестве нелетучих и невымываемых пластификаторов пластмасс, БНК некоторых типов – для изготовления оболочек электрических кабелей, эбонита и др.
Благодаря стойкости к растительным и животным жирам БНК широко применяется в пищевой и косметической промышленности. При этом используются специальные марки БНК (СКН), обозначаемые в России буквой П (пищевой) после численного индекса, международные ] обозначения: FoodGrade, FoodQuality. Также может указываться соответствие требованиям FDA (Foodand Drug Administration, USFDA), 3-ASSI (3-A Sanitary Standards, Inc.) или иным региональным или международным стандартам. Пищевые БНК чаще выпускаются белого или серого цвета, но встречаются и черные. Из данного материала мы изготавливается модель резинового компенсатора ERV-W, используемая в пищевой промышленности, фармацевтике и пр.
Для компенсации низкой устойчивости к воздействию атмосферы (воздуха) в изделиях могут сочетать внутренний слой из БНК с внешним защитным слоем из резины, стойкой к погодным воздействиям. Например, в резиновых компенсаторах ERV сочетают внутренний слой БНК с защитным слоем из хлоропрена, что позволяет значительно продлить срок службы изделия, не вызывая его удорожания, так как хлоропрен является одним из самых дешевых видов каучука.
Химическое описание NBR/БНК
Молекулы БНК состоят из статистически чередующихся звеньев бутадиена и НАК:
В макромолекуле БНК большинство бутадиеновых звеньев присоединено в положениях 1, 4 (около 80% этих звеньев имеют транс-конфигурацию),
В СССР выпускали каучуки с низким (17—20 %), средним (27—30 %), высоким (36—40 %) и очень высоким (50 %) содержанием НАК, которые соответственно обозначаются: СКН-18, СКН-26, СКН-40, СКН-50.
Технология производства NBR/БНК
БНК синтезируют радикальной сополимеризацией мономеров в водной эмульсии при 5°С («холодная полимеризация») или 30°С («горячая полимеризация») в присутствии эмульгатора. Низкотемпературные БНК обладают лучшими технологическими и физико-механическими свойствами в сравнении с высокотемпературными. Цвет БНК от светло-желтого до темно-коричневого; содержание в них примесей (остатков эмульгаторов, влаги и др.) до 5%. Выпускные формы – брикеты, смотанная в рулоны лента, пластины, листы, крошка, гранулы, порошки. В промышленных масштабах выпускают композиции БНК с ПВХ (обычно в соотношении 70:30 или 50:50), на основе которых получают озоно-, износо- и огнестойкие изделия. Перерабатывают БНК на обычном оборудовании резиновых заводов (вальцах, смесителях, каландрах, экструдерах), изделия вулканизуют при 140-160°С в прессах, котлах и др. «Жесткие» каучуки перед введением в них ингредиентов пластицируют. БНК технологически совместимы с другими каучуками, например, бутадиеновыми, бутадиен-стирольными, полисульфидными и др.
Для вулканизации БНК применяют серу или тетраметилтиурамдисульфид для получения теплостойких резин. В качестве наполнителей резиновых смесей используют технический углерод (сажу), мел, каолин, оксид кремния и др., в качестве пластификаторов – главным образом сложные эфиры (фталаты, себацинаты), а также канифоль, инден-кумароновые и феноло-формальдегидные смолы. Общее содержание ингредиентов может изменяться в пределах 50-150 массовых частей на 100 массовых частей каучука.
Некоторые торговые марки NBR/БНК
БНК (NBR) известен под различными, наименованиями. Часть из них сейчас не обозначают конкретного производителя, например СКН (SKN, традиционное обозначение в СССР и России), Buna-N (Буна-N), Gr-N. Другие наименования являются торговыми марками производителя:
Резина NBR (Buna N) – характеристики и применение
Что такое NBR?
NBR или Buna N (Nitrile Butadiene Rubber) — бутадиен-нитрильный каучук или, как его называют, нитрильный каучук, считается стандартным материалом для уплотнительных колец круглого сечения. По своим характеристикам cоответствует группам резины 1, 2, 3 по ГОСТ 18829-73. Уплотнительные кольца из резины NBR имеют высокую устойчивость к набуханию по отношению к бензолам, маслам и жирам. Уплотнения из NBR используется в таких областях, как гидравлика, двигателестроение, машиностроение, нефтяная промышленность, аппаратостроение. Бутадиен-нитрильный каучук получил широкое распространение из-за сочетания низкой стоимости (в сравнении с другими базовыми полимерами) с хорошей маслостойкостью и износостойкостью. Наибольший недостаток нитрила — в слабой стойкости к повышенным температурам. Материал твердеет, дает трещины. Нитрил — это сополимер бутадиена и акрилонитрила (ACN). Верхняя температурная граница эксплуатации может быть расширена путем увеличения процента ACN, однако при этом также поднимется и нижний температурный предел. Если уменьшить процент ACN, понизится нижний температурный предел, но пострадает работоспособность при повышенных температурах.
NBR – это полуфабрикат из сшитого серой акрил-нитрил-бутадиен-каучука, наполнен сажей и не пригоден для электроизоляции, обычно окрашен в черный цвет.
Основные свойства NBR
Ниже приведены данные по устойчивости резиновых изделий из NBR каучука на воздействие определенных сред.
Хорошая устойчивость
Средняя устойчивость
Низкая/нулевая устойчивость
Область применения изделий из NBR
NBR применяется в основном в тех областях, в которых, наряду с высокой устойчивостью к горючим и минеральным маслам, также требуется высокая эластичность и низкая остаточная деформация. К примеру, в технике уплотнений, где необходимы «мягкие уплотнения» или как преднатяжительный элемент для менее эластичных материалов.
Преимущественное применение:
— грязесъемники для особых случаев;
— штоковые и поршневые уплотнения для низких давлений;
— уплотнения валов;
— уплотнительные кольца круглого сечения.
БУТАДИЕН-НИТРИЛЬНЫЕ КАУЧУКИ
БУТАДИЕН-НИТРИЛЬНЫЕ КАУЧУКИ (бутадиен-акрилонитрильные каучуки, дивинил-нитрильные каучуки, нитрильные каучуки, БНК, СКН, бреон, бутакрил, бутапрен, крайнак, NBR, нипол N, пербунан N, тербан, хайкар, хемигум, тербан), сополимеры бутадиена с акрилонитрилом общей ф-лы
Структура и свойства каучуков. В макромолекуле бутадиен-нитрильных каучуков большинство бутадиеновых звеньев присоединено в положениях 1,4 (ок. 80% этих звеньев имеют транс-конфигурацию),
40% акрилонитрильных звеньев. Бутадиен-нитрильные каучуки стабилизируют обычными окрашивающими или неокрашивающими антиоксидантами, напр. М-фенил-2-нафтиламином или 2,4,6-три-трет-бутилфенолом (1-3% от массы каучука).
В пром. масштабах выпускают композиции бутадиен-нитрильных каучуков с ПВХ (обычно в соотношении 70:30 или 50:50), на основе к-рых получают озоно-, износо- и огнестойкие изделия. Существуют также др. разновидности этих каучуков: жидкие; пластифицированные диоктилфталатом; с невымываемым антиоксидантом сильно структурированные сополимеры бутадиена, акрилонитрила и 1-2% дивинилбензола; содержащие в макромолекуле 1,5-5% звеньев метакриловой к-ты. К нитрильным каучукам относят также выпускаемые в пром-сти сополимеры изопрена с акрилонитрилом, тройные сополимеры бутадиена, акрилонитрила и 2-циан-этилметакрилата, а также высоконасыщенный гидрированный нитрильный эластомер. Описаны сополимеры с регулярно чередующимися звеньями бутадиена и акрилонитрила (т. наз. альтернантные, или чередующиеся, каучуки), к-рые получают каталитич. сополимеризацией в р-ре или суспензии.
Технологические характеристики каучуков. Резиновые смеси. Вязкость по Муни (100°С) отечественных каучуков составляет 50-70 или 90-130 (соотв. «мягкие» и «жесткие» каучуки). Для большинства типов зарубежных каучуков и их композиций с ПВХ этот показатель лежит в пределах 40-90. Перерабатывают бутадиен-нитрильные каучуки на обычном оборудовании резиновых заводов (вальцах, смесителях, каландрах, экструдерах), изделия вулканизуют при 140-160°С в прессах, котлах и др. «Жесткие» каучуки перед введением в них ингредиентов пластицируют.
Табл. 2. СВОЙСТВА РЕЗИН* НА ОСНОВЕ БУТАДИЕН-НИТРИЛЬНЫХ КАУЧУКОВ С РАЗЛИЧНЫМ СОДЕРЖАНИЕМ АКРИЛОНИТРИЛЬНЫХ ЗВЕНЬЕВ
Бутадиен-нитрильные каучуки и резины на их основе относятся к сгораемым материалам со сравнительно низким кислородным индексом: для каучуков он не превышает 0,2, для резин составляет 0,2-0,3.
Мировое произ-во бутадиен-нитрильных каучуков св. 200 тыс. т/год (1982).
===
Исп. литература для статьи «БУТАДИЕН-НИТРИЛЬНЫЕ КАУЧУКИ» : ДевирцЭ.Я., Новые типы бутадиен-нитрильных каучуков, М., 1977; Бутадиен-нитрильные каучуки. Синтез и свойства, М., 1982; Синтетический каучук, под ред. И. В. Гармонова. 2 изд.. Л., 1983; Dunn J. R., Cou It hard D. С. Pfisterer H.A., «Rubber Chem. and Techno!.», 1978, v. 51, № 3, p. 389^05; Bryd-son J.A., Rubber chemistry, L., 1978, p, 149-57. А. В. Пода.шнский. Б. Д. Бабицкип.
Страница «БУТАДИЕН-НИТРИЛЬНЫЕ КАУЧУКИ» подготовлена по материалам химической энциклопедии.
Свойства материалов: NBR, Viton, EPDM, PTFE
Запорная арматура с уплотнением сегодня выполняется со вкладышами из разных материалов. От выбора уплотнительного вкладыша зависит не только стоимость нового крана или затвора, но и сроки изготовления арматуры, и ее устойчивость к различным моющим или прочим составам в месте эксплуатации.
По этой причине относиться к выбору стоит ответственно. Для поиска нужно знать, к каким составам изделие должно быть устойчиво, и на какую температуру рассчитано.
Виды уплотнительных прокладок запорной арматуры
Современная арматура выполняется с уплотнительными вкладышами из полимеров и композитов. В списке популярных вариантов:
Этилен-пропиленовый каучук (уплотнение EPDM, EPR)
Уплотнение EPDM или EPR выполняется из атмосферостойкого каучука с электростойкостью. Свойства уплотнения EPDM:
Уплотнение EPDM может использоваться в системах, в которых запорная арматура контактирует с напитками, продуктами питания и т. д.
Бутадиен-нитрильный каучук (уплотнение NBR)
Уплотнение NBR – один из популярных вариантов в сфере производства запорной арматуры. Изготавливается из нитрила – бутадиен-нитрильного каучука (Buna N), который относится к эластомерам, синтетическим полимерам, получаемым в процессе радикальной сополимеризации бутадиена и акрилонитрила.
Характеристики уплотнения NBR:
Фторкаучук (уплотнение Viton, FPM, FKM)
Фторкаучук, из которого выполняется уплотнение Viton (FPM, FKM), представляет собой атмосферостойкую резину высокого качества c устойчивостью к окислению. Уплотнение Viton демонстрирует стойкость к действию:
Политетрафторэтилен, тефлон, фторопласт-4 – (-C2F4-)n: уплотнение PTFE
Уплотнение PTFE (ПТФЭ – в расшифровке полимер тетрафторэтилена) – еще один вид материала запорной арматуры, который нашел широкое применение не только на производствах, но и в быту. Другое – «тефлон» – является торговой маркой компании DuPont, потому применяется редко. Кроме того, уплотнение PTFE также называют фторопластом или фотополимером. Популярность обусловлена отличными физическими и химическими свойствами, наряду со стойкостью к температурным нагрузкам.
Сфера применения различных видов прокладок запорной арматуры
Как материал уплотнителя запорной арматуры влияет на сферу ее применения.
Таблица характеристик и областей применения эластомеров
Заказать запорную арматуру с уплотнителями
Самый надежный способ правильно подобрать запорную арматуру – заказать проверенному производителю. Специалисты НПО «СпецНефтеМаш» всегда готовы помочь с выбором оптимального варианта изделий и при необходимости поставить как готовую арматуру, так и прокладки отдельно.
СОДЕРЖАНИЕ
История
Производство
Эмульгатор (мыло), акрилонитрил, различные мономеры бутадиена (включая 1,3-бутадиен, 1,2-бутадиен ), активаторы, генерирующие радикалы, и катализатор добавляют в емкости для полимеризации при производстве горячего NBR. Вода служит реакционной средой внутри сосуда. Резервуары нагревают до 30–40 ° C, чтобы облегчить реакцию полимеризации и способствовать образованию разветвлений в полимере. Поскольку в производстве нитрильного каучука участвуют несколько мономеров, способных к развитию реакции, состав каждого полимера может варьироваться (в зависимости от концентраций каждого мономера, добавляемого в резервуар для полимеризации, и условий внутри резервуара). Одна повторяющаяся единица, встречающаяся во всем полимере, может не существовать. По этой причине для обычного полимера также нет названия ИЮПАК.
Мономеры обычно реагируют от 5 до 12 часов. Полимеризации позволяют пройти до
Процесс производства холодного NBR очень похож на процесс производства горячего NBR. Емкости для полимеризации нагреваются до 5–15 ° C вместо 30–40 ° C. В условиях более низких температур на полимерах образуется меньше разветвлений (количество разветвлений отличает холодный NBR от горячего NBR).
Характеристики
Сырье обычно желтого цвета, хотя в зависимости от производителя оно может иметь оранжевый или красный оттенок. Его удлинение при разрыве составляет ≥ 300%, а предел прочности при растяжении ≥ 10 Н / мм 2 (10 МПа). NBR обладает хорошей стойкостью к минеральным маслам, растительным маслам, бензолу / бензину, обычным разбавленным кислотам и щелочам.
Важным фактором в свойствах NBR является соотношение акрилонитрильных групп и бутадиеновых групп в основной цепи полимера, называемое содержанием ACN. Чем ниже содержание ACN, тем ниже температура стеклования; однако чем выше содержание ACN, тем лучше будет сопротивление полимера неполярным растворителям, как упомянуто выше. Большинство применений, требующих как устойчивости к растворителям, так и гибкости при низких температурах, требуют содержания ACN 33%.
| Свойство | Стоимость |
|---|---|
| Появление | |
| Твердость по Шору А | 30–90 |
| Напряжение разрушения при растяжении, предельное | 500-2500 фунтов на квадратный дюйм |
| Относительное удлинение после разрушения в% | 600% максимум |
| Плотность | Может составлять около 1,00 г / см 3. |
Приложения
В январе 2008 года Европейская комиссия наложила штрафы на общую сумму 34 230 000 евро на группы компаний Bayer и Zeon за установление цен на нитрил-бутадиеновый каучук в нарушение запрета ЕС на картели и ограничительную деловую практику (статья 81 Договора о ЕС и статья 53 Закона о ЕС). Соглашение о ЕЭЗ).
Гидрированный нитрилбутадиеновый каучук (HNBR)
Гидрогенизированный нитрилбутадиеновый каучук (HNBR) получают путем гидрирования NBR. Это удаляет олефиновые группы, которые уязвимы для химического разложения. Обычно катализатор Уилкинсона используется для ускорения гидрирования. Нитрильные группы не затрагиваются. Степень гидрирования определяет вид вулканизации, который может быть применен к полимеру.
Также известный как высоконасыщенный нитрил (HSN), HNBR широко известен своей физической прочностью и сохранением свойств после длительного воздействия тепла, масла и химикатов. Торговые наименования включают Zhanber (Lianda Corporation), Therban (Arlanxeo) и Zetpol (Zeon Chemical). Он обычно используется для изготовления уплотнительных колец для автомобильных систем кондиционирования воздуха. Другие области применения включают зубчатые ремни, демпферы, сервошланги, мембраны и уплотнения.
Уникальные свойства и более высокий температурный рейтинг, приписываемые HNBR по сравнению с NBR, привели к широкому применению HNBR в автомобильной, промышленной и различных областях, требующих высоких эксплуатационных характеристик. По объему автомобильный рынок является крупнейшим потребителем, использующим HNBR для множества динамических и статических уплотнений, шлангов и ремней. HNBR также широко используется в промышленных уплотнениях при разведке и переработке нефтяных месторождений, а также в валках для сталелитейных и бумажных фабрик.
Карбоксилированный нитрилбутадиеновый каучук (XNBR)
Альтернативным вариантом NBR является карбоксилированный нитрилбутадиеновый каучук (XNBR). XNBR представляет собой тройной сополимер бутадиена, акрилонитрила и акриловой кислоты. Присутствие акриловой кислоты вводит группы карбоновой кислоты (RCO 2 H). Эти группы позволяют сшивать путем добавления добавок цинка (Zn 2+ ). Карбоксильные группы присутствуют на уровне 10% или менее. В дополнение к этим ионным сшивкам применяется традиционная вулканизация серой.
