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 es inusual 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 para el manejo de combustible y aceite , sellos, ojales y tanques de combustible autosellantes . También se utiliza en las industrias de servicios alimentarios, médica y nuclear para fabricar guantes de protección. 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 resiliencia hace que el NBR sea 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 por BASF y Bayer , que en aquel entonces formaban parte del conglomerado químico IG Farben . La primera producción comercial comenzó en Alemania en 1935. [2] [3]
Buna -Werke era una fábrica de mano de obra esclava situada cerca de Auschwitz y financiada por IG Farben. Las materias primas provenían de las minas de carbón de Polonia. [4] El caucho Buna fue bautizado por BASF AG y, hasta 1988, Buna fue el nombre comercial restante del caucho de nitrilo en poder de BASF.
En la producción de caucho nitrilo caliente, se añaden a los recipientes de polimerización emulsionantes (jabón), acrilonitrilo, butadieno , activadores generadores de radicales y un catalizador . 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 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 repetitiva en todo el polímero. Por esta razón, tampoco existe un nombre IUPAC para el polímero general.
Por lo general, se permite que los monómeros reaccionen durante 5 a 12 horas. Se permite que la polimerización avance hasta una conversión de aproximadamente el 70 % antes de agregar un agente de “interrupción” (como dimetilditiocarbamato y dietilhidroxilamina ) para que reaccione con (destruya) los radicales libres e iniciadores restantes. Una vez que el látex resultante ha “interrumpido su reacción”, los monómeros que no reaccionaron se eliminan a través de vapor en un separador de lodos. La recuperación de monómeros que no reaccionaron 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 de polímero obtenido se coagula utilizando nitrato de calcio , sulfato de aluminio y otros agentes coagulantes en un tanque de aluminio. Luego, la sustancia coagulada se lava y se seca para convertirla en caucho molido. [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 hasta 30–40 °C cerca de la temperatura ambiente (ATC). En condiciones de temperatura más bajas, se formará menos ramificación en los polímeros (la cantidad de ramificación distingue al NBR frío del NBR caliente).
La materia prima es típicamente amarilla, aunque también puede ser anaranjada o roja, según el fabricante. Su alargamiento de rotura es ≥ 300% y posee una resistencia a la tracción ≥ 10 N/mm2 ( 10 MPa). El NBR tiene buena resistencia a los aceites minerales, aceites vegetales, benceno/gasolina, ácidos y álcalis diluidos comunes.
Un factor importante en las propiedades del NBR es la relación entre los grupos acrilonitrilo y los grupos butadieno, denominada contenido de 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 será la resistencia del 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 requerida ]
A diferencia de los polímeros destinados a la ingestión, en los que pequeñas inconsistencias en la composición química/estructura 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 excesivamente 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 obtener.
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, violando la prohibición de la UE sobre los cárteles y las 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 la hidrogenación del NBR. De esta manera 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 la retención de propiedades después de una exposición prolongada al calor, el aceite y los 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, mangueras servo, membranas y sellos. [10]
Dependiendo de la selección y la carga del relleno, los compuestos de HNBR suelen tener resistencias a la tracción de 20 a 31 MPa a 23 °C. Las técnicas de composición permiten utilizar el 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 de bajo ACN; el rendimiento a alta temperatura se puede obtener utilizando grados de HNBR altamente saturados con rellenos blancos. Como grupo, los elastómeros de 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 dado como resultado una amplia adopción del HNBR en aplicaciones automotrices, industriales y diversas que exigen un rendimiento elevado. En términos de volumen, el mercado automotriz es el mayor consumidor, y utiliza HNBR para una gran cantidad de sellos dinámicos y estáticos, mangueras y correas. El HNBR también se ha utilizado ampliamente en el sellado industrial para la exploración y el procesamiento de yacimientos petrolíferos, así como en rodillos para fábricas de acero y papel.
Una versión alternativa del NBR es el caucho de nitrilo butadieno carboxilado (XNBR). El XNBR es un terpolímero de butadieno, acrilonitrilo y ácido acrílico. [11] La presencia del ácido acrílico introduce grupos de 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 estas reticulaciones iónicas, se aplica la vulcanización tradicional con azufre.
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