مقدمه:
کوپلیمریزاسیون اکریلونیتریل-بوتادین برای اولین بار در سال 1930 توسط E.Tschunkur
و E.Konard انجام شد.NBR در سال 1934 در لورکوزن آلمان به تولید انبوه رسید.
در ایالات متحده نیز در سال 1936 تحقیقات گسترده ای برای ساخت این پلیمر انجام
پذیرفت و در ژانویه سال 1939 شرکت بی.اف.گودریچ کائوچوی نیتریل را با ظرفیت 250
پوند در سال و در سال 1940 شرکت گودیر کائوچوی نیتریل را تحت عنوان کمیگام
(Chemigum) تولید نمود.
کائوچوهای ولکانیز شده NBR خواص خوبی در برابر روغنها ، سوختها و مواد شیمیایی
ایجاد می کندکه این امر موجب آن شد که میزان مصرف این کائوچو به طور چشم گیری
رشد کند.
در سال 1983 تولید جهانی آن به 115 هزارتن بالغ گشت،در سال1985 ظرفیت تولید
جهانی NBR در حدود0.508 میلیون تن بوده که 4.1 درصد از کل ظرفیت تولید الاستومرهای
مصنوعی را داشته است و در سال 2005 نیز مصرف جهانی NBR به 368000متریک تن رسید.
فرآیند تولید:
در حقیقت NBR یک کمپلکس از کوپلیمر اکریلونیتریل و بوتادین است.از طرفی
NBR به روش امولسیونی تولید می شود.آب،امولسیون کننده یا صابون،مونومرها
(بوتادین و اکریلونیتریل)،آغازگر رادیکالی ودیگر عناصر،موادی هستندکه به داخل ظرف
پلیمریزاسیون اضافه می شود.محصول فرآیند یک لاتکس دلمه شده می باشدکه یا به
همین صورت و یا با فرآیند بیشتر به صورت الاستومر جامد در می آید.برخی از تولیدات
ویژه هم به صورت پودر بسته بندی می شوند.
تولیدکنندگان NBR دمای پلیمریزاسیون را برای درست کردن پلیمرهای گرم و سرد تغییر
می دهند. در تولید NBR بایدنسبتهای مختلف فعالیت بوتادین و اکریلو نیتریل را در نظر
گرفت.38درصد وزنی اکریلونیتریل و 62درصد وزنی بوتادین یک ترکیب آژئوتروپ که
مخلوطی از دو مونومر در دمای 25 درجه سانتیگراد است را ایجاد می کند.باید توجه
داشت که این نسبت ها به طور جزئی به درجه حرارت پلیمریزاسیون بستگی دارد.
برای یک مخلوط آزئوتروپیک ،غلظتهای نسبی اجزا در فاز مونومری امولسیون و در کل
پلیمر ومجموع فرآیند پلیمریزاسیون به همان اندازه باقی می ماند.اگر غلظت اکریلونیتریل
در مخلوط مونومر کمتر از غلظت آژئوتروپیک باشد،پلیمر در شروع واکنش پلیمریزاسیون،
اکریلونیتریل زیادی خواهد داشت و به طور مشابه اگر غلظت اکریلونیتریل در مخلوط
مونومر بیشتر از غلظت آزئوتروپیک باشد مقدار اکریلونیتریل پلیمر کمتر از نسبت
نسبی مونومرهای اکریلونیتریل/بوتادین شارژ شده خواهد بود.اگر اختلاف بین نسبت
غلظت مونومرها در شارژ پلیمریزاسیون ودر پلیمر بیشتر شود،انحراف از نسبت غلظت
آزئوتروپیک برای بوتادین و اکریلونیتریل بیشتر می شود.به منظور اثر کردن این غیر یکنواختی
،اغلب سعی می شود اکریلونیتریل در طی واکنش پلیمریزاسیون،به ویژه هنگامیکه
گونه ی NBR با نیتریل کم تولید می شود(به عنوان مثال با 18 تا 23 درصد اکریلونیتریل)
به تدریج افزایش یابد.
* در شکل زیر نمایی از فرآیند تولید در کارخانه نشان داده شده است.
مقدار اکریلونیتریل(ACN):
مقدار ACN یکی از دو شرط عمده در تولید هر گونه از NBR به شمار می رود.میزان
ACN به دلایل قطبیت وچندین خصوصیت اساسی مانند مقاومت در برابر روغن و
حلالها،انعطاف پذیری در درجه حرارتهای پایین یا دمای انتقال شیشه ای(Tg) و
مقاومت سایشی تعیین می شود.
افزایش مقدار ACN موجب بهبود مقاومت دربرابر روغن ، حلال و سایش، همراه با
بیشتر شدن دمای انتقال شیشه ای(Tg) می شود.
* جدول 1 در زیر به طور خلاصه اکثر خواص رایج برای NBR را بیان می کند.فلشها نشان دهنده
افزایش یا بهبود یافتگی در آن شاخص است.
گونه هایNBR:
کائوچوی نیتریل جامد دارای 325 گونه متفاوت بوده که این گونه ها با یکدیگر در
میزان آکریلونیتریل ،ویسکوزیته مونی،پایدار کننده و درجه حرارت پلیمریزاسیون
اختلاف دارند.کائوچوهای تجاری معمولا دارای 15 تا 53 درصد آکریلونیتریل و ویسکوزیته
مونی از خیلی سخت110-140 تا خیلی نرم 20-25 می باشد ولی گونه هایی که از
نظر تجاری دارای اهمیت بیشتری هستند دارای میزان 28 تا 40 درصد آکریلونیتریل و
ویسکوزیته مونی 25 تا 100 می باشند.
پارامترهایی که در تولید NBR نقش مهمی را بازی می کنند و باعث می شوند که
تنوع زیادی از گونه های تجاری این پلیمر در دسترس باشند عبارتند از:
- مقدار اکریلونیتریل(که روی مقاومت در برابر بنزین و روغن و همینطور روی انعطاف
پذیری در درجه حرارت پایین تاثیر می گذارد)
- درجه حرارت پلیمریزاسیون (کائوچوهای سرد وگرم)
- اصلاح کننده زنجیر(اختلاف در ویسکوزیته مونی ،فرآیند پذیری)
- پایدار کننده(اختلاف در رنگ ، پایداری ،استحکام در انبار داری و ذخیره سازی)
- ژل(فرآیند پذیری)
- شرکت گروههای فعال (توانایی ایجاد اتصالات عرضی ،بدون حضور گوگرد و شتاب
دهنده که ترجیحا برای لاتکسها به کار برده می شود)
- افزایش نرم کننده
- ترکیب PVC
گونه های جدید کائوچوی نیتریل(NBR) به ترتیب زیر هستند:
1- کائوچوهای خرد شده
2- کائوچوهای پودر شده
3- مستر بچ دوده
4- NBR بهبود یافته توسط نرم سازها
5- NBR کربوکسیله
6- NBR دارای آنتی اکسیدانت در شبکه پلیمر
7- NBR هیدروزنه شده
8- NBR اصلاح شده با اپوکسی
9- NBR مایع
10- NBR تناوبی
11- NBR نوع ترمو پلاستیک
12- کائوچوی اکریلونیتریل/ایزوپرن(NIR)
13- NBR سرد
14- NBR گرم
15- ...
* در جدول زیر تولیدکنندگان عمده NBR نشان داده شده است.
خواص و کاربردها:
لاستیک نیتریل عموما به عنوان یک ماده مفید وقابل اعتماد در تولید قطعات لاستیکی
اتومبیل و صنایع دیگر مطرح شده است.با انتخاب یک لاستیک(بوتادین) با مقدار مناسب
اکریلونیتریل در یک توازن میتوان لاستیکی ایجاد کرد که در گستره وسیعی از کاربردها
از قبیل نواحی نیاز به مقاومت در برابر روغن،سوخت و مواد شیمیایی استفاده شود.
هنگامی که NBR با فیلرهای تقویت کننده ترکیب می شود،آمیزه ولکانیز شده دارای
خواص بسیار عالی خواهد بود و استحکام کششی بهینه بیش از 25 Mpa در سختی
70-80 Shore A بدست می آید.به طور کلی NBR می تواند در طیف وسیعی از نظر
سختی در محدوده 20 Shore A تا ابونیت فرموله شود.
همچنین،خواص مکانیکی آمیزه های ولکانیزشده ی این الاستومر به مقدار قابل توجهی
به درجه حرارت ولکانیزاسیون بستگی دارد.با یک فرمولاسیون مناسب و شرایط
ولکانیزاسیون بهینه ممکن است آمیزه ای با مانایی فشاری بسیار کم فراهم شود.
خواص الاستیکی آمیزه ولکانیز شده ی نرم نشده به مقدار قابل توجهی به گونه ی
NBR بستگی دارد.
مقاومت سایشی آمیزه های NBR ولکانیز شده ب فیلرهای نیمه تقویت کننده
فرموله شده اند حدود 30 درصد بهتر از آمیزه های NR و15 درصد از آمیزه های
SBR می باشد.
به طور کلی مشخصات اصلی NBR عبارتست از:
1- مقاومت در برابر روغن ،مواد سوختنی و گریسها
2- فرآیند پذیری خوب
3- تنوع سیستمهای پخت
4- مقاومت عالی در برابر هوای داغ
5- مانایی فشار کم
6- مقاومت سایشی زیاد
7- نفوذپذیری کم در برابر گازها
* کاربردها:
با توجه به مشخصاتی که از NBR در بالا گفته شد و همچنین به دلیل مقاومت عالی
این لاستیک در برابر روغنها ، سوختهای مایع ،گریسها و... به طور کل کاربرد اصلی
آن در ارتباط با اینگونه مواد است.از طرفی به خاطر قیمت نسبتا بالای این لاستیک،
در کاربردهایی که در کنار خواص مکانیکی خوب ، نیاز است که مقاومت خوبی در
برابر فرسودگی حرارتی و سایشی داشته باشند،به کار می رود.
در صنعت اتومبیل NBR در قسمتهای مختلفی به کار گرفته می شود.برخی از این
کاربردها عبارتند از:
شلنگهای حمل سوخت و روغن ، درزگیرها و واشرها،درزگیر یاتاقان،درزگیر محفظه
روغن،درزگیر بالایی پیستون،درزگیر اسفنجی،درزگیر جعبه دنده،دیافراگم پمپ سوخت
،درزگیر پمپ آب،لنت ترمز،ضربه گیر،درزگیر برای شیرهای شفت و میلنگ،گردگیرهای
خرطومی کوپینگ و ...
در کنار صنعت اتومبیل نیز NBR کاربردهای متنوعی از قبیل:
پوشش غلتکها،شلنگهای هیدرولیک،تسمه نقاله ها،درزگیری انواع لوله کشی ها
وتجهیزات و اتصالات،رل چاپ،تخت کفش،آب بند،محفظه روغن،دستکش،چرخ محرک،
کفپوشها،عایق لوله های متخلخل،پوشش ظروف،کفش کار،آستر کردن،شیلنگهای
مقاوم در فشار بالا،پوشش ها نقاشی و ... پیدا کرده است.
* در شکل زیر نمونه هایی از محصولات تزریق شده و اکسترود شدهNBR نشان داده شده است.
مواد قابل رقابت با NBR :
NBR با کائوچوهای ACM،AU،CO،CR،CSM،CM،ECO،FKM،TM رقابت می کند.
**** کپی برداری فقط با ذکر منبع(گروه تحقیقاتی صنایع لاستیک) مجاز است ****
ترجمه وتنظیم: مهدی ظاهری
منابع:
- انجمن بین المللی تولیدکنندگان لاستیکهای مصنوعی
- تکنولوژی جامع هافمن(شرکت مهندسی وتحقیقات صنایع لاستیک)
- کائوچوهای مصنوعی(شرکت مهندسی وتحقیقات صنایع لاستیک)
|
