Cao su butadien nitrile: đặc tính, sản xuất, ứng dụng

2024 Tác giả: Howard Calhoun | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-17 10:44

Cao su butadien nitrile (NBR) là nguyên liệu chính để sản xuất các loại cao su với độ bền tối ưu. Nó là một vật liệu polyme tổng hợp thu được bằng cách đồng trùng hợp butadien với acrylonitril (NAC). Nó có thể được gọi là cao su nitrile, divinyl-nitrile, butadien-acrylonitrile hoặc butacryl. Trong chỉ định quốc tế, vật liệu này được dán nhãn NBR (nitrile-butadienerubber), trong chỉ định nội địa - SKN (cao su tổng hợp nitrile).

Nơi áp dụng

Loại cao su này thường được sử dụng nhiều nhất trong các ngành công nghiệp nơi khả năng chống chịu tối ưu của các sản phẩm cao su đối với môi trường có tính chất hóa học là rất quan trọng. Đặc tính quan trọng của cao su butadien-nitrile là độ đàn hồi cao và độ biến dạng vĩnh viễn nhỏ. Vật liệu này rộng rãiđược sử dụng trong sản xuất các phần tử cao su tiếp xúc trực tiếp với các vật liệu hoạt động hóa học - chúng có thể là tất cả các loại phớt làm kín, phớt dầu, bộ bù cao su, ống dẫn nhiên liệu và dầu, dây đai truyền động, thùng nhiên liệu cho ô tô, hàng không và ngành công nghiệp dầu mỏ, in offset tấm và các sản phẩm khác.

Sản phẩm làm từ cao su này không bị trương nở trong chất lỏng nhờn, chất chống đông và nước. Từ một số loại vật liệu như vậy, vỏ bọc của dây dẫn điện và găng tay cao su được tạo ra, có độ bền và khả năng chống mài mòn đặc biệt. Nó được sử dụng trong sản xuất các chất kết dính, chất bịt kín và bọt polyurethane khác nhau. Cao su là cơ sở trong sản xuất chất kết dính.

Cao su này đến từ khi nào và ở đâu?

Việc thu được cao su butadien-nitrile được ghi nhận vào năm 1934 ở Đức. Vào thời điểm đó, các nhà khoa học Đức đã tạo ra một loại vật liệu độc đáo về đặc tính của nó và được cấp bằng sáng chế cho nó với tên gọi Buna-N. Trong Thế chiến thứ hai, vật liệu mới có nhu cầu cao trong ngành công nghiệp quân sự.

Do thiếu nguyên liệu tự nhiên, ban lãnh đạo cao nhất của Hoa Kỳ đã khởi động một chương trình đặc biệt liên quan đến việc tích cực phát triển sản xuất cao su butadien-nitrile và các loại nguyên liệu tổng hợp khác cho hàng hóa cao su. Vật liệu được sản xuất theo chương trình này được gọi là GR-N. Đến nay, BNR đã trở thành một trong những loại cao su chuyên dụng được tìm kiếm nhiều nhất. Nó được sản xuất tại hơn 20 quốc gia trên thế giới.

NBR sản xuất

Loại vật liệu này thu được bằng cách trùng hợp cấu trúc trong nhũ tương dung dịch nước. Quá trình này được thực hiện ở cả nhiệt độ cao và thấp. Các monome chính để sản xuất chúng là butadien-1, 3 và axit acrylic nitril (NAC), được trộn theo một tỷ lệ nhất định. Các chất này không phụ thuộc vào nhiệt độ. Có tính đến các quy luật đồng trùng hợp ngẫu nhiên, cần lưu ý rằng song song các monome này phải có các đặc tính của thành phần azeotropic chứa khoảng 40% acrylonitril trong hỗn hợp các monome.

Trong quá trình sản xuất loại cao su này, cần có sự tinh chế hoàn chỉnh hơn trong quá trình đông tụ các chất nhũ hóa được sử dụng cho quá trình trùng hợp. Trong các loại cao su được sản xuất, cho phép một lượng nhỏ tro, khoáng chất và tạp chất bay hơi (không quá 1%). Chúng có thể chứa nhiều chất chống oxy hóa có thể đạt được hoặc không thể bảo quản được.

BNK là gì

Ở nước ta, các loại cao su như cao su nitrile-18 (SKN-18), cao su nitrile-butadien-26 (SKN-26) và cao su nitrile butadien-40 (SKN-40) được sản xuất. Chỉ thị số trong các lớp cho biết số lượng đơn vị acrylonitril trong polyme. Chúng có thể chứa 18%, 26% hoặc 40% Acrylonitrile, tương ứng.

Thay đổi số lượng thành phần cấu thành, bạn có thể đạt được các thuộc tính khác nhau của nguyên liệu tạo thành. Tùy thuộc vào phần trăm acrylonitril, các tính chấtcao su có thể khác nhau về độ cứng, độ nhớt, khả năng chống dầu - và xăng. Phần trăm NAC ảnh hưởng đến hiệu ứng liên phân tử của các đơn vị cấu trúc. Chính yếu tố này đã ảnh hưởng đến việc sử dụng cao su nitril butadien trong một số lĩnh vực nhất định của nền kinh tế quốc dân. Tuy nhiên, nó được sử dụng làm nguyên liệu để sản xuất một loạt các sản phẩm cao su công nghiệp.

Sự không hoàn hảo về chất liệu

Mặc dù thực tế là các sản phẩm cao su được tạo ra với việc bổ sung BNR có toàn bộ hiệu suất tuyệt vời (độ bền kéo và độ dẻo cao, độ giãn dài tương đối, khả năng chống rách và mài mòn, khả năng chống dầu và xăng tuyệt vời), vật liệu này và một số sai sót.

Điều kiện vận hành khắc nghiệt hơn liên quan đến việc tăng tốc độ của các cơ cấu và thiếu dầu làm mát, dẫn đến thực tế là các phần tử cao su chỉ có thể làm việc ở nhiệt độ lên đến +150 độ. Khi nhiệt độ hoạt động tăng lên trên giá trị này, cấu trúc xảy ra, và sau đó là sự phá hủy các cao su được tạo ra trên cơ sở NBR. Nói cách khác, cao su bị nung nóng trở nên cứng và giòn.

Tiếp xúc với nhiệt độ thấp cũng có ảnh hưởng tiêu cực đến các sản phẩm cao su, được sử dụng trong sản xuất cao su nitrile. Nhiệt độ hoạt động tối ưu cho chúng được coi là không thấp hơn -35˚С.

Sửa đổi cao su hiện đại

Để tạo ra các sản phẩm cao su vớimột tập hợp các thuộc tính độc đáo, các sửa đổi hiện đại hơn của mặt mút được sử dụng. Cao su butadien hydro hóa nitrile được coi là một trong những phát triển đầy hứa hẹn trong việc sửa đổi. Chúng có đặc tính xử lý tuyệt vời trong nhiều loại sản xuất cao su khác nhau.

Cao su được làm trên cơ sở cao su biến tính polyvinylclorua mang lại hiệu suất ổn định hơn trong khả năng chống mài mòn thời tiết (lên đến -50 độ) và nhiệt độ hoạt động khắc nghiệt lên đến +160 độ. Nó vượt trội hơn đáng kể so với các sản phẩm được làm trên cơ sở cao su nitrile về khả năng chống rách và chống mài mòn. Có khả năng chống chịu tác động tích cực của môi trường mạnh về mặt hóa học. Tuy nhiên, loại cao su này không bền và đàn hồi như vậy. Do đó, để cải thiện các đặc tính xử lý của vật liệu, nó thường được sử dụng kết hợp với các loại cao su nitrile thông thường.

Lưu hóa

Quá trình lưu hóa cao su butadien-nitrile được thực hiện bằng cách sử dụng lưu huỳnh, cũng như thiuram, peroxit hữu cơ, nhựa alkylphenol-formaldehyde và các hợp chất clo hữu cơ. Nhiệt độ có thể thay đổi từ 140˚ đến 190˚ C. Trong quá trình này, một cao nguyên lưu hóa lớn được quan sát thấy. Hàm lượng NAC tăng lên góp phần làm tăng tốc độ lưu hóa. Chất lượng của cao su kết quả được đánh giá bằng các đặc tính vốn có của chất lưu hóa.

Thuộc tính

Thuộc tính BNC được xác địnhhàm lượng acrylonitrile. Đây là loại cao su có khả năng hòa tan cao trong xeton, một số dung dịch hydrocacbon và este. Các hydrocacbon béo và rượu thực tế không ảnh hưởng đến sự hòa tan của cao su nitril butadien. Sự gia tăng thành phần acrylonitrile của vật liệu góp phần vào hoạt động liên phân tử giữa các chuỗi polyme: càng nhiều NAA trong thành phần của vật liệu, thì mật độ và nhiệt độ của quá trình chuyển thủy tinh càng cao. Hàm lượng NAA tăng lên làm giảm tính chất điện môi, giảm mức độ hòa tan trong dung môi thơm và tăng khả năng chống trương nở trong các hydrocacbon béo.

Tùy thuộc vào quá trình trùng hợp của cao su, nó có thể được sản xuất với các đặc tính plastoelastic khác nhau. Chúng có thể là:

• Rất cứng (Độ cứng Defoe 21,5 - 27,5 N). Khi đánh dấu cao su như vậy, chữ “T” được thêm vào tên của nó.
• Rắn (độ cứng Defoe 17,5 - 21,5 N).
• Mềm (Độ cứng Defoe 7,5 - 11,5 N). Khi đánh dấu cao su như vậy, chữ “M” được thêm vào tên của nó.

Đối với NBR được sản xuất với alkylsulfonat làm chất nhũ hóa, chữ "C" được thêm vào nhãn hiệu. Ví dụ: SKN-26MS là một loại cao su mềm có chứa 26% NAC liên kết và chất nhũ hóa alkyl sulfonate có thể phân hủy sinh học đã được sử dụng trong quá trình điều chế.