Открыть сервис
Главная → Блог → Нитрил-бутадиеновый каучук

Нитрил-бутадиеновый каучук

Нитрил-бутадиеновый каучук (сокращённо НБК, также бутадиен-нитрильный каучук, БНК) — это синтетический каучук, продукт эмульсионной сополимеризации бутадиена-1,3 и акрилонитрила. Относится к группе специальных каучуков, основным отличительным свойством которых является высокая стойкость к воздействию нефтепродуктов, масел и жиров. Нитрил-бутадиеновый каучук является одним из наиболее распространённых масло- и бензостойких эластомеров, используемых в промышленности с середины XX века.

История

Первые работы по синтезу каучуков на основе бутадиена и нитрила акриловой кислоты были проведены в Германии в начале 1930-х годов. В 1934 году компания IG Farbenindustrie (впоследствии — концерн Bayer) впервые получила материал, который в 1937 году был запущен в промышленное производство под торговой маркой Buna N (сокращение от «бутадиен» и «натрий» — катализатор полимеризации). В СССР разработка аналогичных каучуков началась в 1930-е годы в лабораториях под руководством Б. А. Догадкина и А. Л. Клебанского. Промышленный выпуск отечественного нитрил-бутадиенового каучука (марка СКН — синтетический каучук нитрильный) был освоен в 1940-х годах.

В годы Второй мировой войны потребность в маслостойких резинах резко возросла в связи с развитием авиационной и автомобильной техники, что стимулировало дальнейшее совершенствование технологии производства НБК. После войны производство распространилось на США, Великобританию и другие страны. К началу XXI века нитрил-бутадиеновый каучук остаётся одним из ключевых специальных каучуков, несмотря на появление более современных фторкаучуков и акрилатных каучуков.

Получение

Нитрил-бутадиеновый каучук получают методом эмульсионной радикальной сополимеризации. В водной эмульсии, содержащей эмульгаторы (обычно мыла жирных или смоляных кислот) и инициаторы (персульфат калия, органические пероксиды), при температуре от +5 °C до +30 °C происходит реакция между мономерами — бутадиеном-1,3 и акрилонитрилом. Процесс может проводиться как в горячем (высокотемпературном, при +30 °C), так и в холодном (низкотемпературном, при +5 °C) режиме. Холодная полимеризация даёт более регулярную структуру и лучшие технологические свойства каучука.

После завершения полимеризации латекс коагулируют (осаждают) с помощью растворов кислот или солей, полученную крошку промывают, сушат и упаковывают. В зависимости от назначения в каучук могут вводиться стабилизаторы (антиоксиданты) для предотвращения старения.

Строение и свойства

Химическое строение

Макромолекула НБК состоит из повторяющихся звеньев бутадиена и акрилонитрила. Содержание акрилонитрила в сополимере может варьироваться от 15 % до 50 % по массе. Именно нитрильные группы (-C≡N) придают каучуку полярность, что определяет его устойчивость к неполярным растворителям (маслам, бензину, керосину). Чем выше содержание акрилонитрила, тем выше маслостойкость, но ниже эластичность и морозостойкость.

Физико-механические свойства

Химическая стойкость

НБК стоек к воздействию:

  • алифатических углеводородов (бензин, керосин, дизельное топливо);
  • масел и смазок (минеральных, растительных, животных);
  • воды и водных растворов солей, слабых кислот и щелочей.

Нестоек к воздействию:

  • ароматических углеводородов (бензол, толуол);
  • хлорированных углеводородов (хлороформ, четырёххлористый углерод);
  • кетонов и сложных эфиров;
  • озона и атмосферных воздействий (требует защиты противоозонантами).

Температурный диапазон

Рабочий диапазон температур для резин на основе НБК составляет от -40 °C до +120 °C (кратковременно до +150 °C). Морозостойкость ограничена: при температурах ниже -30 °C материал становится хрупким.

Классификация

Нитрил-бутадиеновые каучуки классифицируют по нескольким признакам.

По содержанию акрилонитрила

  • Низконитрильные (15–25 % АН) — высокая эластичность, хорошая морозостойкость, пониженная маслостойкость.
  • Средненитрильные (25–35 % АН) — оптимальный баланс свойств, наиболее распространённая группа.
  • Высоконитрильные (35–50 % АН) — максимальная масло- и бензостойкость, низкая эластичность и морозостойкость.

По технологии полимеризации

  • Горячие (высокотемпературные) каучуки — менее регулярная структура, более высокая вязкость, лучшее смешение с наполнителями.
  • Холодные (низкотемпературные) каучуки — более регулярная структура, лучшие эластические свойства, меньшее содержание геля.

По вязкости по Муни

Вязкость по Муни (ML 1+4 при 100 °C) варьируется от 20 до 100 единиц. Низковязкие марки используются для литья, высоковязкие — для каландрования и экструзии.

Специальные модификации

  • Карбоксилированный НБК (X-NBR) — содержит карбоксильные группы, что повышает прочность и износостойкость, но снижает эластичность.
  • Гидрированный НБК (HNBR) — получен путём гидрирования двойных связей, что резко повышает термо- и озоностойкость (рабочий диапазон до +150 °C, кратковременно до +180 °C). HNBR используется в более ответственных узлах.

Применение

Основной областью применения нитрил-бутадиенового каучука являются изделия, контактирующие с нефтепродуктами и маслами.

Автомобильная промышленность

  • Топливные и масляные шланги, рукава.
  • Прокладки, сальники, манжеты, уплотнительные кольца.
  • Ремни (приводные, вентиляторные).
  • Амортизаторы, виброизоляторы.

Нефтегазовая промышленность

  • Уплотнения для бурового оборудования.
  • Пакеры, клапаны, диафрагмы.
  • Защитные покрытия для трубопроводов.

Авиационная и космическая техника

  • Топливные баки, шланги, уплотнения гидросистем.
  • Герметизирующие элементы.

Производство промышленных изделий

  • Валы, ролики, втулки.
  • Транспортёрные ленты.
  • Противогазы, респираторы, перчатки (в том числе технические).
  • Обувь (подошвы, защитные сапоги).

Бытовые и медицинские изделия

  • Перчатки (в том числе медицинские, хотя чаще используются латексные или нитриловые перчатки из латекса НБК).
  • Детские соски, игрушки.
  • Клеи и герметики на основе НБК.

Преимущества и недостатки

Преимущества

  • Высокая стойкость к маслам, бензину, керосину.
  • Хорошая прочность и износостойкость.
  • Широкий диапазон твёрдости и эластичности.
  • Относительно низкая стоимость по сравнению с фторкаучуками и силиконами.
  • Хорошая адгезия к металлам (при вулканизации).

Недостатки

  • Низкая стойкость к озону и атмосферному старению (требует введения противоозонантов).
  • Ограниченная морозостойкость.
  • Нестойкость к ароматическим и хлорированным растворителям.
  • Ограниченная термостойкость (выше +120 °C требуется применение HNBR или других каучуков).
  • Склонность к набуханию в некоторых эфирах и кетонах.

Интересные факты

  • Нитриловые перчатки (из латекса НБК) стали популярной альтернативой латексным перчаткам из натурального каучука, так как не вызывают аллергии на латексные белки.
  • Гидрированный нитрильный каучук (HNBR) используется в уплотнениях для высокотемпературных скважин в нефтедобыче, где обычный НБК быстро разрушается.
  • В СССР и России нитрил-бутадиеновый каучук выпускается под марками СКН-18, СКН-26, СКН-40 (цифра указывает на содержание акрилонитрила в процентах).
  • Мировое производство НБК составляет около 500–600 тысяч тонн в год (данные на начало 2020-х годов).

Источники

  • Энциклопедия полимеров. Том 2. М.: Советская энциклопедия, 1974.
  • Кирпичников П. А., Аверко-Антонович Л. А., Аверко-Антонович Ю. О. Химия и технология синтетического каучука. — Л.: Химия, 1987.
  • Шварц А. В., Френкель Р. Ш. Каучуки и резины. — М.: Химия, 1971.
  • Химическая энциклопедия: в 5 т. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1992.
  • Материалы сайтов производителей (Lanxess, Zeon, Sibur) — общие технические описания NBR.

BFOmetr — база данных и аналитика по компаниям России.

На главную BFOmetr →

Похожие материалы