Caucho de nitrilo

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 ]} Entre sus nombres comerciales se incluyen Perbunan , Nipol , Krynac y Europrene . Este caucho se caracteriza por su resistencia 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 , juntas, arandelas y tanques de combustible autosellantes . También se emplea en la industria alimentaria, médica y nuclear para la fabricación de guantes de protección. Su estabilidad a temperaturas de entre -40 y 108 °C (-40 y 226 °F) lo convierte en un material ideal para aplicaciones aeronáuticas. El nitrilo butadieno también se utiliza para producir artículos moldeados, calzado, adhesivos, selladores, esponjas, espumas expandidas y alfombras.  

Su resistencia convierte al NBR en un material útil para guantes desechables de laboratorio, limpieza y exploración. El caucho de nitrilo es más resistente a los aceites y ácidos que el caucho natural , y posee una resistencia superior, pero una flexibilidad inferior.

El caucho de nitrilo fue desarrollado en 1931 por BASF y Bayer , que entonces formaban parte del conglomerado químico IG Farben . La primera producción comercial comenzó en Alemania en 1935. ^{[ 2 ] [ 3 ]}

La fábrica Buna-Werke era una fábrica de trabajo forzado ubicada cerca de los campos de concentración y exterminio operados por la Alemania nazi en Auschwitz , Polonia , y financiada por IG Farben. Las materias primas provenían de las minas de carbón polacas. ^{[ 4 ]} El caucho Buna fue bautizado por BASF AG, y hasta 1988 Buna fue la única marca comercial de caucho de nitrilo que BASF conservaba.

En la producción de caucho de nitrilo caliente (NBR), se añaden emulsionante (jabón), acrilonitrilo, butadieno , activadores generadores de radicales y un catalizador  a los reactores de polimerización. El agua actúa como medio de reacción dentro del reactor. 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 reactor y de las condiciones dentro del mismo). Es posible que no exista una única unidad repetitiva en todo el polímero. Por esta razón, tampoco existe un nombre IUPAC para el polímero en general.

Los monómeros suelen reaccionar durante 5 a 12 horas. La polimerización se deja avanzar hasta una conversión de aproximadamente el 70% antes de añadir un agente de parada (como dimetilditiocarbamato y dietilhidroxilamina ) para reaccionar con (destruir) los radicales libres e iniciadores restantes. Una vez que el látex resultante ha sido detenido, los monómeros sin reaccionar se eliminan mediante vapor en un separador de lodos. La recuperación de los monómeros sin reaccionar es cercana al 100%. Tras la recuperación de los monómeros, el látex se envía a través de una serie de filtros para eliminar los sólidos no deseados y luego 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. La sustancia coagulada se lava y seca para obtener caucho granulado. ^{[ 3 ]}

El proceso de producción de NBR en frío es muy similar al del NBR en 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). A temperaturas más bajas, se forman menos ramificaciones en los polímeros (la cantidad de ramificaciones distingue el NBR en frío del NBR en caliente).

La materia prima suele ser amarilla, aunque también puede tener tonalidades naranjas o rojizas, según el fabricante. Su elongación a la rotura es ≥ 300 % y posee una resistencia a la tracción de ≥ 10 N/mm² ⁽ 10 MPa). El NBR presenta buena resistencia a aceites minerales, aceites vegetales, benceno/gasolina, ácidos y álcalis diluidos comunes.

Un factor importante en las propiedades del NBR es la proporción de grupos acrilonitrilo respecto a 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, mayor será la resistencia del polímero a los disolventes no polares, como se mencionó anteriormente. ^{[ 5 ]} La mayoría de las aplicaciones que requieren resistencia a los disolventes y flexibilidad a bajas temperaturas exigen un contenido de ACN del 33 %.

Entre los usos del caucho de nitrilo se incluyen guantes desechables sin látex , correas de transmisión para automóviles, mangueras , juntas tóricas , empaquetaduras , retenes 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.

A diferencia de los polímeros destinados a la ingestión, donde pequeñas variaciones en la composición química o la estructura pueden tener un efecto significativo en el organismo, las propiedades generales del NBR son insensibles a la composición. El proceso de producción en sí no es excesivamente complejo; la polimerización, la recuperación del monómero y la coagulación requieren algunos aditivos y equipos, pero son típicos de la producción de la mayoría de los cauchos. El equipo necesario es sencillo y fácil de conseguir.

En enero de 2008, la Comisión Europea impuso multas por un total de 34.230.000 € a los grupos Bayer y Zeon por fijar precios para el 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 la hidrogenación del NBR. Este proceso elimina los grupos olefínicos, que son vulnerables a la degradación por diversos productos químicos y por el ozono. Generalmente, 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 sus propiedades tras una exposición prolongada al calor, el aceite y los productos químicos. Entre sus nombres comerciales se 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 de servofreno, membranas y sellos. ^{[ 10 ]}

Dependiendo de la selección y la concentración 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 que el HNBR se utilice en un amplio rango de temperaturas, de -40  °C a 165  °C, con una degradación mínima durante largos periodos. Para un rendimiento óptimo a bajas temperaturas, se deben utilizar grados con bajo contenido de ACN; para un rendimiento óptimo a altas temperaturas, se pueden utilizar grados de HNBR altamente saturados con rellenos blancos. En general, los elastómeros de HNBR presentan una excelente resistencia a los fluidos automotrices comunes (por ejemplo, aceite de motor, refrigerante, combustible, etc.).

Las propiedades únicas y la mayor resistencia a la temperatura que se le atribuyen al HNBR en comparación con el NBR han propiciado su amplia adopción en aplicaciones automotrices, industriales y otras que exigen un alto rendimiento. En términos de volumen, el sector automotriz es el mayor consumidor, utilizando HNBR para una gran variedad de sellos dinámicos y estáticos, mangueras y correas. El HNBR también se ha empleado ampliamente en el sellado industrial para la exploración y el procesamiento de yacimientos petrolíferos, así como en rodillos para acerías y fábricas de 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 carboxílicos (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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