Синтетический каучук нитрильный¶

Нитрильный каучук (сокращённо НК, также известный как нитрил-бутадиеновый каучук, NBR) — это синтетический полимер, продукт эмульсионной сополимеризации бутадиена-1,3 и акрилонитрила. Относится к классу эластомеров, то есть материалов, способных к обратимым высокоэластичным деформациям. Основным отличительным свойством нитрильного каучука является его высокая стойкость к воздействию нефтепродуктов, масел, жиров и органических растворителей, что делает его одним из самых востребованных материалов в промышленности для производства уплотнителей, шлангов, прокладок и защитных перчаток.

¶История

Разработка нитрильного каучука началась в 1930-х годах в Германии в рамках программы по созданию синтетических заменителей натурального каучука, который был стратегическим сырьём и импортировался. Первые успешные образцы были получены в 1934 году в лабораториях компании IG Farbenindustrie (ныне Bayer). Промышленное производство было налажено в 1937 году под торговой маркой Buna N (от «Buna» — бутадиен + натрий, и «N» — нитрил). В СССР аналогичные разработки велись в Ленинградском институте синтетического каучука (ЛИСК), и в 1940-х годах был освоен выпуск отечественного нитрильного каучука марки СКН (синтетический каучук нитрильный). Массовое применение в военной и гражданской технике началось во время Второй мировой войны, когда потребовались маслостойкие детали для авиации, танков и автомобилей.

¶Химический состав и структура

Нитрильный каучук представляет собой статистический сополимер, в котором звенья бутадиена и акрилонитрила распределены в макромолекуле случайным образом. Химическая формула звена бутадиена: –CH₂–CH=CH–CH₂–; звена акрилонитрила: –CH₂–CH(CN)–. Содержание акрилонитрила в сополимере обычно варьируется от 15% до 50% по массе. Этот параметр является ключевым, определяющим свойства конечного материала.

¶Влияние содержания акрилонитрила

Низкое содержание (15–25%): каучук обладает лучшей эластичностью и морозостойкостью (температура стеклования до –50 °C), но меньшей стойкостью к маслам и топливу.
Среднее содержание (30–35%): сбалансированные свойства — хорошая маслостойкость и удовлетворительная эластичность. Наиболее распространённый тип.
Высокое содержание (40–50%): максимальная стойкость к углеводородным средам, но снижается эластичность и ухудшается морозостойкость (температура стеклования до –10 °C). Такие каучуки используются для контакта с агрессивными топливами и растворителями.

¶Свойства

¶Физико-механические свойства

Плотность: 0,95–1,00 г/см³ (зависит от состава и наполнителей).
Твёрдость по Шору A: от 30 до 90 единиц (регулируется рецептурой вулканизации).
Прочность на разрыв: 10–25 МПа (в вулканизованном состоянии).
Относительное удлинение при разрыве: 200–600%.
Температурный диапазон эксплуатации: от –50 °C до +120 °C (кратковременно до +150 °C для специальных марок).

¶Химическая стойкость

Нитрильный каучук устойчив к:

Нефти и нефтепродуктам (бензин, дизельное топливо, керосин, масла).
Жирам и растительным маслам.
Слабых кислотам и щелочам (до 10% концентрации).
Воде и водным растворам солей.

Неустойчив к:

Сильным окислителям (азотная кислота, перекись водорода, озон).
Ароматическим и хлорированным углеводородам (бензол, толуол, хлороформ, четырёххлористый углерод).
Многим кетонам и эфирам (ацетон, этилацетат).

¶Недостатки

Низкая озоностойкость: под действием озона на поверхности образуются трещины.
Ограниченная термостойкость: при длительном нагреве выше +120 °C происходит деструкция полимера.
Склонность к набуханию в некоторых растворителях, несмотря на общую маслостойкость.

¶Производство

Процесс получения нитрильного каучука включает несколько этапов:

Эмульсионная полимеризация: бутадиен и акрилонитрил смешиваются с водой, эмульгатором (например, мыла жирных кислот) и инициатором (персульфат калия). Реакция идёт при температуре 5–30 °C в течение 8–24 часов.
Коагуляция: полученный латекс обрабатывают кислотой или солью для осаждения каучука в виде крошки.
Промывка и сушка: крошку промывают водой для удаления остатков реагентов и сушат при 60–100 °C.
Упаковка: готовый каучук прессуют в кипы или гранулируют.

Основные мировые производители: компания Lanxess (Германия), Zeon Corporation (Япония), Kumho Petrochemical (Южная Корея), а также российские предприятия — ООО «Красноярский завод синтетического каучука» (КЗСК) и ПАО «Нижнекамскнефтехим».

¶Применение

Нитрильный каучук используется в широком спектре отраслей промышленности, где требуется масло- и бензостойкость.

¶Автомобильная и авиационная промышленность

Уплотнительные кольца, прокладки, сальники для двигателей, коробок передач, гидроусилителей руля.
Топливные и масляные шланги.
Мембраны и клапаны в топливных системах.

¶Нефтегазовая отрасль

Пакеры, манжеты, уплотнители для бурового оборудования.
Перчатки для работы с нефтепродуктами.
Рукава для перекачки топлива и масел.

¶Медицина и быт

Хирургические и смотровые перчатки (в сочетании с другими материалами для снижения аллергенности).
Прокладки и уплотнители в бытовой технике (стиральные машины, посудомоечные машины).
Обувные подошвы с маслостойкими свойствами.

¶Строительство

Герметизирующие ленты и профили для окон и дверей.
Уплотнители для трубопроводов.

¶Модификации и специальные типы

Для улучшения свойств нитрильного каучука разработаны его модификации:

Карбоксилированный нитрильный каучук (XNBR): дополнительно содержит карбоксильные группы (–COOH), что повышает прочность и износостойкость, но снижает эластичность.
Гидрированный нитрильный каучук (HNBR): после гидрирования насыщаются двойные связи в бутадиеновых звеньях, что резко повышает термо- и озоностойкость (рабочий диапазон до +150 °C). Используется в высоконагруженных узлах автомобилей и нефтедобывающего оборудования.
Нитрильный каучук с низким содержанием нитрила: для морозостойких изделий.
Порошковый нитрильный каучук: используется в качестве модификатора для поливинилхлорида (ПВХ) и других пластиков.

¶Экологические аспекты и утилизация

Нитрильный каучук не является биоразлагаемым. Отходы производства и изделия из него подлежат термической утилизации (сжигание с рекуперацией энергии) или захоронению на полигонах. Вторичная переработка затруднена из-за сшитой структуры вулканизованных изделий. Ведутся исследования по созданию регенерированного нитрильного каучука методом девулканизации, однако промышленного масштаба эта технология пока не достигла.

¶Интересные факты

Нитрильный каучук часто называют «буна-Н» в честь оригинального немецкого названия Buna N.
В 2020-х годах, в связи с пандемией COVID-19, резко вырос спрос на нитрильные перчатки, что привело к дефициту сырья на мировом рынке.
В отличие от латексных перчаток из натурального каучука, нитрильные перчатки не вызывают аллергических реакций на белки латекса, что делает их предпочтительными в медицинских учреждениях.

¶Источники

Химическая энциклопедия. Том 3. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1992.
Синтетический каучук: учебное пособие / под ред. И. В. Гарманова. — М.: Химия, 1976.
Morton M. Rubber Technology. — 3rd ed. — Springer, 1999.
Технические условия на каучук синтетический нитрильный (ГОСТ 7738-2019).

BFOmetr — база данных и аналитика по компаниям России.

На главную BFOmetr →