Бутадиен нитрильный каучук уравнение реакции

Бутадиен-нитрильный каучук (БНК) – основной вид сырья для производства различных типов резины с оптимальной стойкостью. Это синтетический полимерный материал, полученный путем сополимеризации бутадиена с акрилонитрилом (НАК). Его могут называть нитрильным, дивинил-нитрильным, бутадиен-акрилонитрильным каучуками или бутакрилом. В международном обозначении этот материал имеет маркировку NBR (nitrile-butadienerubber), в отечественном – СКН (синтетический каучук нитрильный).

Видео:25. Схема реакции и химическое уравнениеСкачать

Где применяется

Этот вид каучуков чаще всего используются в тех сферах промышленности, где важна оптимальная устойчивость резинотехнических изделий к химически агрессивным средам. Большое значение имеют такие свойства бутадиен-нитрильного каучука, как высокая эластичность и небольшая остаточная деформация. Этот материал широко применяется в производстве резиновых элементов, которые имеют непосредственный контакт с химически активными материалами – это могут быть всевозможные уплотнители, сальники, резиновые компенсаторы, топливные и масляные шланги, приводные ремни, топливные баки авто, авиа и нефтяной промышленности, полиграфические офсетные пластины и другие изделия.

Продукция, изготовленная на основе этого каучука, не разбухает в маслянистых жидкостях, антифризах и воде. Из некоторых типов такого материала выполняют оболочку электрической проводки и резиновые перчатки, обладающие особой прочностью и износостойкостью. Его используют в производстве различных клеев, герметиков и монтажной пены. Каучук является основой в производстве адгезивов.

Видео:РЕАКЦИИ ИОННОГО ОБМЕНА, ИОННОЕ УРАВНЕНИЕ - Урок Химия 9 класс / Подготовка к ЕГЭ по ХимииСкачать

Когда и где появился этот каучук?

Получение бутадиен-нитрильного каучука было зафиксировано в 1934 году в Германии. В то время немецкие ученые создали уникальный по своим свойствам материал и запатентовали его под названием Buna-N. Во время Второй мировой войны новый материал стал крайне востребованным в военных видах промышленности.

Из-за нехватки природного сырья высшее руководство США запустило специальную программу, предполагающую активное развитие производства бутадиен-нитрильного каучука и других видов синтетического сырья для РТИ. Изготавливаемый в рамках этой программы материал носил название GR-N. На сегодняшний день БНК стал одним из самых востребованных каучуков специального назначения. Его изготавливают более чем в 20 странах мира.

Видео:Каучуки: бутадиеновый, изопреновый, хлоропреновый. ЕГЭ по химииСкачать

Производство БНК

Данный вид материала получают путем конструктивной полимеризации в водной эмульсии. Процесс проводят как при высоких, так и при низких температурах. Основные мономеры для их производства — это бутадиен-1,3 и нитрил акриловой кислоты (НАК), смешанные в определенной пропорции. Эти вещества не зависят от температуры. Принимая во внимание закономерности статистической сополимеризации, нужно отметить, что этот тандем мономеров должен обладать свойствами азеотропного состава, содержащего около 40% акрилонитрила в смеси мономеров.

При производстве данного вида каучука появляется необходимость более полного очищения при коагуляции эмульгаторов, используемых для полимеризации. В изготавливаемых каучуках допускается незначительное количество золы минеральных и летучих примесей (не более 1%). Они могут быть заправлены окрашиваемыми или неокрашиваемыми противостарителями.

Видео:Химия 10 класс (Урок№16 - Натуральный каучук. Синтетические каучуки.)Скачать

Что представляет собой БНК

В нашей стране изготавливают каучуки таких типов, как бутадиен-нитрильный каучук-18 (СКН-18), бутадиен-нитрильный каучук-26 (СКН-26) и бутадиен нитрильный каучук-40 (СКН-40). Числительный показатель в марках показывает число звеньев акрилонитрила в полимерах. Они могут содержать соответственно 18, 26 или 40% нитрила акриловой кислоты.

Меняя количество составляющих ингредиентов, можно добиться различных свойств получаемого материала. В зависимости от процентного содержания акрилонитрила, свойства каучуков могут изменяться по твердости, вязкости масло — и бензостойкости. Процентное содержание НАК влияет на межмолекулярное воздействие структурных единиц. Именно этот фактор сказывается на применении бутадиен нитрильного каучука в тех или иных областях народного хозяйства. Тем не менее его используют в качестве сырья для изготовления огромного ассортимента резинотехнических изделий промышленного назначения.

Видео:Алкадиены. 10 класс.Скачать

Недостатки материала

Несмотря на то, что резинотехнические изделия, изготовленные с добавлением БНК, обладают целым комплексом превосходных показателей (высокой прочностью и пластичностью при растяжении, относительным удлинением, сопротивлением на разрыв и истирание, превосходной масло- и бензостойкостью), имеются у этого материала и некоторые недостатки.

Ужесточение условий эксплуатации, связанное с увеличением скоростей механизмов и недостатком охлаждающего масла, приводит к тому, что резиновые элементы могут работать только при температурах до +150 градусов. При повышении рабочей температуры выше этого значения, происходит структурирование, а затем и разрушение резин, созданных на базе БНК. Другими словами, нагретая резина становится твердой и хрупкой.

Воздействие низких температур так же отрицательно сказывается на резиновых изделиях, в производстве которых использовался бутадиен-нитрильный каучук. Оптимальной для них считается рабочая температура не ниже -35˚С.

Видео:бутадиенСкачать

Современные модификации каучуков

Для создания резинотехнических изделий, имеющих уникальный комплекс свойств, применяют более современные модификации каучуков. Одной из перспективных разработок в модифицировании считаются гидрированные бутадиен-нитрильные каучуки. Они имеют превосходные технологические свойства при различных видах производства резины.

Резина, изготовленная на основе модифицированных поливинилхлоридом каучуках, дает более стабильные показатели по погодной износостойкости (до -50 градусов) и экстремальной рабочей температуры до +160 градусов. Она значительно превосходит изделия, изготовленные на базе бутадиен-нитрильных каучуков, по сопротивляемости раздиру и износостойкости. Имеет отличную стойкость к активному воздействию химически агрессивных сред. Однако эта резина не так прочна и эластична. Поэтому, чтобы улучшить технологические свойства материала, его чаще всего применяют в комбинации с обычными типами бутадиен-нитрильных каучуков.

Видео:4.1. Алкадиены (диены): Строение, номенклатура, изомерия. ЕГЭ по химииСкачать

Вулканизация

Процесс вулканизации бутадиен-нитрильных каучуков осуществляется с помощью серы, а также тиурама, органических перекисей, алкилфенолформальдегидных смол и хлорорганических соединений. Температура при этом может варьироваться от 140˚ до 190˚ Цельсия. При проведении данного процесса наблюдается появление большого плато вулканизации. Повышенное содержание НАК способствует увеличению скорости вулканизации. Качество полученных каучуков оценивают по свойственным характеристикам вулканизаторов.

Видео:4.3. Алкадиены (диены): Химические свойства. ЕГЭ по химииСкачать

Свойства

Свойства БНК определяются содержанием акрилонитрила. Данный тип каучуков хорошо растворим в кетонах, некоторых углеводородных растворах и сложных эфирах. Алифатические углеводороды и спирт практически никак не влияют на растворение бутадиен-нитрильных каучуков. Увеличение в составе материала акрилонитрила способствует межмолекулярному воздействию между цепями полимера: чем больше НАК в составе материала, тем выше возрастает плотность и температурный режим стеклования. Повышенное содержание НАК снижает диэлектрические свойства, уменьшает степень растворимости в ароматических растворителях и способствует увеличению стойкости к набуханию в алифатических углеводородах.

В зависимости от течения полимеризации каучука, его могут выпускать с различными пластоэластическими показателями. Они могут быть:

• Очень твердыми (жесткость по Дефо 21,5 — 27,5 Н). При маркировке такого каучука к его названию добавляется буква «Т».
• Твердыми (жесткость по Дефо 17,5 — 21,5 Н).
• Мягкими (жесткость по Дефо 7,5 — 11,5 Н). При маркировке такого каучука к его названию добавляется буква «М».

Для БНК, изготавливаемых с участием алкилсульфонатов в качестве эмульгаторов, в маркировке добавляется буква «С». К примеру, СКН-26МС — это мягкий каучук, в котором присутствует 26% связанного НАК, и в получении был использован биологически разлагаемый алкилсульфонатный эмульгатор.

Видео:Синтетический каучук (Как это работает)Скачать

Список тематических статей

Бутадиен-нитрильные каучуки

Видео:§43, 8кл. Окислительно-восстановительные реакцииСкачать

Понятие и химическая природа

Также к бутадиен-нитрильным каучукам (БНК) относят высокомолекулярные соединения, имеющие следующие наименования, торговые марки и аббревиатуры: акрило-нитрильные, дивинил-нитрильные каучуки, СКН, NBR и другие обозначения. По химической природе БНК являются сополимерами, включающими бутадиен и акрилонитрил, что определяет их основные свойства.

Звенья акрилонитрила в полимерной молекуле расположены нерегулярным образом и могут содержаться в различном количестве. Бутадиен в молекулах каучука обеспечивает ее гибкость. В каучуках разнообразных марок количество таких звеньев может варьироваться от 17 до более чем 50 процентов. Нерегулярность – главная причина аморфного состояния бутадиен-нитрильных каучуков.

Масса макромолекулы каучуков на базе бутадиена и акрилонитрила российского производства обычно равна 250-350 тысяч единиц. При этом молекулы обычно обладают значительной степенью разветвленности, что придает ему особые свойства.

Видео:Химия. 11 класс. Алкадиены. Каучук /07.10.2020/Скачать

Получение и разновидности

Синтез БНК проходит путем сополимеризации по радикальному механизму в водной эмульсионной среде, в которую входят бутадиен и акрилонитрил, с участием эмульгаторов и регуляторов молекулярной массы. В итоге реакции степень превращения исходных мономеров достигает величины порядка 70-80 процентов.

Рис.1. Общая формула БН каучука

Для обрыва роста цепи применяют специальные вещества, например гидрохинон. Впоследствии в систему добавляют антиокислители и удаляют неиспользованные мономеры. При этом готовый каучук проходит стадию коагуляции, промывки и сушки.

Бутадиен-нитрильный каучук выпускается в гамме цветов от ненасыщенно-желтого до коричневого в зависимости от соотношения мономеров и количества примесей, которое может составлять величину вплоть до 5 процентов.

В промышленности каучук производят в виде блоков, лент, листовых материалов, гранулята или в форме порошков.

Видео:78. Что такое реакции полимеризацииСкачать

Свойства БН каучуков и их вулканизатов

Комплекс свойств бутадиен-нитрильных, в отличие от прочих каучуков, во многом зависит от их химического состава, то есть процентного соотношения между мономерными звеньями.

В общем виде такие каучуки растворимы в кетонах, этилацетате, хлороформе. Менее сильные полярные растворители воздействуют только на материалы с низким количеством акрилонитрила. То же самое справедливо для радиационной стойкости, которой обладают каучуки, содержащие более 40 процентов акрилонитрила.

Ввиду того, что бутадиен-нитрильные каучуки обладают ненасыщенными (двойными) связями в составе своей полимерной цепи, они, в отличие от многих полимеров довольно реакционноспособны по своим химическим свойствам. Так, каучуки вступают в реакцию с молекулярным кислородом и хлором, а также, способны подвергаться каталитическому гидрированию по таким связям.

Температура разложения нитрильных каучуков составляет примерно 430 градусов С, при ее достижении происходит распад макромолекул с эмиссией циановодорода (синильной кислоты). Вулканизированные каучуки выдерживают эксплуатацию при температуре 120-130 градусов С (специальные марки – до 160 градусов С).

Также вулканизаты на базе бутадиен-нитрильных каучуков устойчивы к воздействию достаточно агрессивных реагентов, например углеводородов, масел, жира, многоатомных спиртов, формальдегида, слабых кислот. Они обладают хорошими прочностными свойствами, теплостойки. Устойчивость резин повышается с ростом количества акрилонитрила в макромолекулах каучука.

Каучуки на базе бутадиена и акрилонитрила и вулканизаты являются сгораемыми веществами, кислородный индекс которых не превышает значения 0,2-0,3.

Видео:Качественные реакции на катионы. 9 класс.Скачать

Переработка

Бутадиен-нитрильные каучуки подвергают переработке при помощи формования на вальцах, каландрах, экструзионной технике и дальнейшей вулканизации при повышенной до порядка 150 градусах температуре.

БНК при переработке можно совмещать с прочими каучуками и с термореактивными смолами, такими как фенолформальдными и др, регулируя комплекс их свойств.

В качестве вулканизаторов для бутадиен-нитрильных каучуков применяется классический агент сера, а для термостойких резин – тетраметилтиурамдисульфид. Наполнителями для такой резины обычно являются мел, каолин, оксид кремния, сажа и т.д. Пластифицируют вулканизованный БНК при помощи фталатов, себацинатов, канифоли и уже упоминавшихся фенолформальдегидных смол.

Видео:Реакция торможения гемагглютинацииСкачать

Применение

Бутадиен-нитрильные каучуки широко применяются при выпуске различных продуктов, работающих в среде масел, топлив и химикатов, в частности уплотнительных изделий. Также они хорошо подходят для выпуска ремней, некоторых автокомпонентов, деталей авиа- и нефтяной индустрии, обувного производства и т.д.

Рис.2. Типичные изделия

Каучуки на базе бутадиена и акрилонитрила также используют при производстве клеев, как пластификаторы для прочих полимеров. Некоторые нитрильные каучуки находят области применения в электротехнике для изоляции проводов и кабелей.

Каучуки достаточно широки используют в компаундах, главным образом в смесях с поливинилхлоридом. Из таких материалов изготавливают озоностойкие, износостойкие и огнестойкие продукты.

Видео:Натуральный каучук. Синтетические каучукиСкачать

Бутадиен-нитрильный каучук (БНКС)

Бутадиен-нитрильные каучуки (БНКС) представляют собой базовый продукт, из которого получают резину с повышенной стойкостью в среде нефтепродуктов. Это синтетические полимеры, которые образуются в результате сополимеризации бутадиена и акрилонитрила. По свойствам сополимер зависит от степени содержания в нем бутадиена и нитрила – чем их выше, тем более высокой стойкостью к маслу обладает полимер.

БНКС синтезировали в 1934 году в Германии и запатентовали под наименованием Buna-N. Полимер получил широкое распространение во время второй мировой войны в сфере военно-промышленного комплекса, особенно когда многие страны потеряли доступ к натуральному каучуку. В это время американским правительством была запущена программа по развитию производства синтетических каучуков. БНКС, получаемый в рамках данной программы, называли GR-N.

Видео:Химическая реакция йода и алюминия.Скачать

Виды бутадиен-нитрильных каучуков

В семействе нитрильных каучуков можно выделить:

• Гидрированный БНКС: Hydrated Nitrile Rubbers, hydrogenatedacrylonitrile-butadiene rubber, HNBR, HSN, highlysaturatednitrile;

• Бутадиен-нитрильный карбоксилатный каучук: Carboxylated Nitrile, XNBR.

Эти материалы отличаются лучшими механическими свойствами на фоне классического варианта БНКС.

Видео:75. Ионные реакции в растворах электролитовСкачать

Свойства бутадиен-нитрильных каучуков

Самым важным свойством резин на основе БНКС называют стойкость к агрессивным средам, в том числе к продуктам нефтепроизводства. БНКС демонстрирует отличную устойчивость к воде, пластичным смазкам, минеральным маслам, алифатическим углеводородам, хладагентам, животным и растительным жирам и маслам, дизельному топливу с добавлением ароматических углеводородов до 40%.

В условиях комнатной температуры БНКС стоек к большинству разбавленных кислот, солевых растворов и оснований.

Можно использовать БНКС для керосина, глицерина, формальдегида, этиленгликоля, мазута. По масло- и бензиностойкости его можно сравнить только с кремний-органическими каучуками.

БНКС устойчив к дизельному топливу, в составе которого присутствуют ароматические углеводороды, этилированным бензинам, гидравлическим жидкостям, разлагающимися биологически.

Под воздействием силиконовых масел изделие из БНКС может сократиться в размерах.

БНКС можно использовать при температурах в пределах -30 — +100 градусов Цельсия. Есть специальные исполнения материалов, которые можно эксплуатировать в более широком температурном диапазоне.

По механическим свойствам, твердости и устойчивость к истиранию БНКС относится к категории материалов с повышенными характеристиками. Коэффициент трения для БНКС постоянный, стойкость к износу повышенная, динамические свойства хорошие.

БНКС отличается способностью крепиться к металлам, поэтому широко используется для изготовления резинометаллических деталей, которые используются в маслах и топливах.

БНКС не стоек к действию ароматических углеводородов, хлорированных углеводородов, антифризов и тормозных жидкостей. Растворяется в хлороформе, кетонах и этилацетате.

Видео:Алкадиены и каучукиСкачать

Где применяют бутадиен-нитрильные каучуки

БНКС нашли применение в сферах, где требуется повышенная стойкость к химически активным средам и ГСМ, минимальная остаточная деформация и высокая эластичность. БНКС используется при производстве изделий и компонентов, которые будут эксплуатироваться в сложных условиях и непосредственном контакте с агрессивными средами:

• Масляных и топливных шлангов;

• Полиграфических офсетных пластин;

• Подошвы обуви, стойкой к маслам;

• Поршневых и штоковых уплотнителей;

Видео:Реакции ионного обмена (РИО), Задание 30 | ЕГЭ по химии 2024Скачать

Технология производства бутадиен-нитрильные каучуки

Молекулы БНКС – это сочетание чередующихся звеньев бутадиена и НАК:

Процесс синтеза БНКС сопровождается радикальной сополимеризацией мономеров в водной эмульсии при температуре 5 градусов или при 30 градусах с добавлением эмульгатора.

Особенность низкотемпературного БНКС состоит в улучшенных физико-механических и технологических свойствах.

БНКС имеет цвет от светло-желтого до темно-коричневого.

Выпускается в форме ленты, смотанной в рулон, брикетов, листов, гранул, порошков, крошки.

В промышленности осуществляется выпуск композиции БНКС и ПВХ для получения изделий, стойких к износу и огню.

Вулканизация БНКС осуществляется с применение серы или тетраметилтиурамдисульфида, чтобы получить резины, стойкие к повышенным температурам. Пластификаторами для материала служат сложные эфиры, а наполнителями мел, сажа, каолин и прочие вещества.