El caucho de nitrilo , también conocido como caucho de nitrilo butadieno , NBR , Buna-N y caucho de acrilonitrilo butadieno , es un caucho sintético derivado del acrilonitrilo (ACN) y el butadieno . [1] Los nombres comerciales incluyen Perbunan , Nipol , Krynac y Europrene . Este caucho se caracteriza por ser resistente al aceite, al combustible y a otros productos químicos.
El NBR se utiliza en la industria automotriz y aeronáutica para fabricar mangueras , sellos, ojales y tanques de combustible autosellantes para manipulación de combustible y aceite . También se utiliza en la industria nuclear para fabricar guantes protectores. La estabilidad del NBR a temperaturas de -40 a 108 °C (-40 a 226 °F) lo convierte en un material ideal para aplicaciones aeronáuticas. El nitrilo butadieno también se utiliza para producir productos moldeados, calzado, adhesivos, selladores, esponjas, espumas expandidas y tapetes.
Su resistencia convierte al NBR en un material útil para guantes desechables de laboratorio, limpieza y examen. El caucho de nitrilo es más resistente que el caucho natural a los aceites y ácidos , y tiene una resistencia superior, pero una flexibilidad inferior.
El caucho de nitrilo fue desarrollado en 1931 en BASF y Bayer , entonces parte del conglomerado químico IG Farben . La primera producción comercial comenzó en Alemania en 1935. [2] [3]
La Buna-Werke era una fábrica de trabajo esclavo situada cerca de Auschwitz y financiada por IG Farben. Las materias primas procedían de las minas de carbón polacas. [4] Buna Rubber fue nombrado por BASF AG, y hasta 1988 Buna fue el nombre comercial restante de caucho de nitrilo en poder de BASF.
En la producción de NBR caliente se añaden emulsionantes (jabón), acrilonitrilo, butadieno , activadores generadores de radicales y un catalizador a los recipientes de polimerización. El agua sirve como medio de reacción dentro del recipiente. Los tanques se calientan a 30-40 °C para facilitar la reacción de polimerización y promover la formación de ramificaciones en el polímero. Debido a que en la producción de caucho de nitrilo intervienen varios monómeros capaces de propagar la reacción, la composición de cada polímero puede variar (dependiendo de las concentraciones de cada monómero añadido al tanque de polimerización y de las condiciones dentro del tanque). Puede que no haya una sola unidad repetida en todo el polímero. Por esta razón tampoco existe un nombre IUPAC para el polímero general.
Generalmente se deja que los monómeros reaccionen durante 5 a 12 horas. Se permite que la polimerización avance hasta una conversión de ~70% antes de agregar un agente "de parada corta" (como dimetilditiocarbamato y dietilhidroxilamina ) para reaccionar con (destruir) los radicales libres e iniciadores restantes. Una vez que el látex resultante se ha "detenido", los monómeros que no han reaccionado se eliminan mediante vapor en un decapante en suspensión. La recuperación de los monómeros que no han reaccionado es cercana al 100%. Después de la recuperación del monómero, el látex se envía a través de una serie de filtros para eliminar los sólidos no deseados y luego se envía a los tanques de mezcla donde se estabiliza con un antioxidante . El látex polimérico obtenido se coagula utilizando nitrato de calcio , sulfato de aluminio y otros agentes coagulantes en un tanque de aluminio. A continuación, la sustancia coagulada se lava y se seca hasta obtener caucho granulado. [3]
El proceso de producción de NBR frío es muy similar al de NBR caliente. Los tanques de polimerización se enfrían a 5-15 °C en lugar de calentarse a 30-40 °C cerca de la temperatura ambiente (ATC). En condiciones de temperatura más baja, se formarán menos ramificaciones en los polímeros (la cantidad de ramificación distingue al NBR frío del NBR caliente).
La materia prima suele ser amarilla, aunque también puede tener un tinte naranja o rojo, según el fabricante. Su alargamiento de rotura es ≥ 300% y posee una resistencia a la tracción de ≥ 10 N/mm 2 (10 MPa). NBR tiene buena resistencia a aceites minerales, aceites vegetales, benceno/gasolina, ácidos y álcalis diluidos ordinarios.
Un factor importante en las propiedades del NBR es la proporción entre grupos acrilonitrilo y grupos butadieno, denominada contenido en ACN. Cuanto menor sea el contenido de ACN, menor será la temperatura de transición vítrea; sin embargo, cuanto mayor sea el contenido de ACN, mejor resistencia tendrá el polímero a los disolventes no polares como se mencionó anteriormente. [5] La mayoría de las aplicaciones que requieren tanto resistencia a los disolventes como flexibilidad a bajas temperaturas requieren un contenido de ACN del 33%.
Los usos del caucho de nitrilo incluyen guantes desechables sin látex , correas de transmisión de automóviles, mangueras , juntas tóricas , juntas , sellos de aceite, correas trapezoidales, cuero sintético, rodillos de impresión y como revestimiento de cables; El látex NBR también se puede utilizar en la preparación de adhesivos y como aglutinante de pigmentos. [ cita necesaria ]
A diferencia de los polímeros destinados a la ingestión, donde pequeñas inconsistencias en la composición/estructura química pueden tener un efecto pronunciado en el cuerpo, las propiedades generales del NBR son insensibles a la composición. El proceso de producción en sí no es demasiado complejo; Los procesos de polimerización, recuperación de monómeros y coagulación requieren algunos aditivos y equipos, pero son típicos de la producción de la mayoría de los cauchos. El aparato necesario es sencillo y fácil de conseguir.
En enero de 2008, la Comisión Europea impuso multas por un total de 34.230.000 euros a los grupos Bayer y Zeon por fijar los precios del caucho de nitrilo butadieno, en violación de la prohibición de la UE sobre cárteles y prácticas comerciales restrictivas (artículo 81 del Tratado CE y artículo 53 del Acuerdo EEE). [6]
El caucho de nitrilo butadieno hidrogenado (HNBR) se produce mediante hidrogenación de NBR. Al hacerlo, se eliminan los grupos olefínicos, que son vulnerables a la degradación por diversos productos químicos y por el ozono. Normalmente, se utiliza el catalizador de Wilkinson para promover la hidrogenación. Los grupos nitrilo no se ven afectados. El grado de hidrogenación determina el tipo de vulcanización que se puede aplicar al polímero. [7]
También conocido como nitrilo altamente saturado (HSN), el HNBR es ampliamente conocido por su resistencia física y retención de propiedades después de una exposición prolongada al calor, aceite y productos químicos. Los nombres comerciales incluyen Zhanber (Lianda Corporation), Therban (Arlanxeo [8] ) y Zetpol (Zeon Chemical). Se utiliza comúnmente para fabricar juntas tóricas para sistemas de aire acondicionado de automóviles. [9] Otras aplicaciones incluyen correas de distribución, amortiguadores, servomangueras, membranas y sellos. [10]
Dependiendo de la selección y carga del relleno, los compuestos HNBR suelen tener resistencias a la tracción de 20 a 31 MPa a 23 °C. Las técnicas de composición permiten utilizar HNBR en un amplio rango de temperaturas, de -40 °C a 165 °C, con una degradación mínima durante largos períodos de tiempo. Para un rendimiento a baja temperatura, se deben utilizar grados bajos de ACN; Se puede obtener un rendimiento a alta temperatura utilizando grados HNBR altamente saturados con cargas blancas. Como grupo, los elastómeros HNBR tienen una excelente resistencia a los fluidos automotrices comunes (por ejemplo, aceite de motor, refrigerante, combustible, etc.).
Las propiedades únicas y la clasificación de temperatura más alta atribuidas al HNBR en comparación con el NBR han resultado en una amplia adopción del HNBR en aplicaciones automotrices, industriales y variadas que exigen rendimiento. En términos de volumen, el mercado automotriz es el mayor consumidor y utiliza HNBR para una gran cantidad de sellos, mangueras y correas dinámicas y estáticas. El HNBR también se ha empleado ampliamente en sellado industrial para exploración y procesamiento de yacimientos petrolíferos, así como en rodillos para fábricas de acero y papel.
Una versión alternativa de NBR es el caucho de nitrilo butadieno carboxilado (XNBR). XNBR es un terpolímero de butadieno, acrilonitrilo y ácido acrílico. [11] La presencia del ácido acrílico introduce grupos ácido carboxílico (RCO 2 H). Estos grupos permiten la reticulación mediante la adición de aditivos de zinc (Zn 2+ ). Los grupos carboxilo están presentes en niveles del 10% o menos. Además de estos enlaces cruzados iónicos, se aplica la vulcanización tradicional con azufre.
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