Cao su nitrile

Cấu trúc của phân tử NBR

2. Cấu trúc và tổng hợp

Cao su nitrile là copolymer của butadiene và acrylonitrile, được tạo ra bằng phương pháp polymer hóa nhũ tương, với các giai đoạn cơ bản gồm polymer hóa NBR ở dạng latex, đông tụ latex và làm khô về sản phẩm cuối cùng. Copolymer có thể được polymer hóa nóng hoặc hóa lạnh. Loại copolymer hóa nóng thường có độ cứng và độ bền khá hơn so với loại copolymer được hóa lạnh. NBR thường được phân loại dựa vào tỷ lệ acrylonitrile (ACN) trong chuỗi polymer cũng như độ nhớt chung của copolymer.

3. Tính chất
Các loại cao su nitril có mặt trên thị trường thường có hàm lượng ACN trong khoảng từ 18-50%. Việc gắn acrylonitrile vào sườn polymer butadien giúp cải thiện đáng kể tính kháng dầu của cao su, đồng thời ảnh hưởng lên nhiều tính chất khác của copolymer ( bảng 1).

Bảng 1. Tính chất của cao su nitrile theo hàm lượng ACN tăng dần.

Lượng ACN trong copolymer càng nhiều thì tính kháng dầu của cao su càng cao. Lượng ACN càng thấp, độ chịu lạnh của copolymer càng tốt nhưng tính kháng dầu càng kém. NBR có khả năng kháng các hydrocarbon thơm và dầu thực vật rất tốt, nhưng lại dễ bị tấn công bởi các dung môi phân cực như keton, ester, dung môi toluen…NBR kháng các loại nhiên liệu cũng rất tốt.
Khả năng kháng thời tiết của NBR khá thấp vì NBR tuy kháng lão hóa do nhiệt tốt nhưng tính kháng ozone lại yếu nên người ta thường kết hợp nó với nhựa PVC. Dung dịch polymer PVC/NBR dưới dạng hỗn hợp cơ học hoặc hỗn hợp dạng keo có thể được tạo ra với các tính chất tốt hơn. Trên thị trường thường có các hỗn hợp này với hàm lượng PVC khoảng 30-55%. Khi giảm tính đàn hồi thì hỗn hợp sẽ dễ ép hơn, đồng thời cũng làm tăng khả năng kháng ozone, kháng trương nở trong dầu và tăng độ bền kéo xé của hỗn hợp. Nhưng khả năng kháng ozone chỉ được cải thiện khi PVC phải chảy và phân tán tốt vào hỗn hợp.
Một phương pháp khác có thể giúp copolymer kháng ozone tốt là giảm các liên kết bất bảo hòa trên mạch polymer chính bằng phản ứng hydrogen hóa. Các loại cao su nitril được hydrogen hóa (HNBR) có tính kháng oxy hóa tốt hơn và có khoảng nhiệt độ sử dụng rộng hơn các loại thông thường.
Ngoài ra, cao su nitrile cũng thường được biến tính về các dạng carboxylat để cải thiện tính kháng mài mòn, độ cứng, độ bền kéo, bền xé, độ giòn ở nhiệt độ thấp, duy trì được các tính chất vật lý sau khi già hóa.
Bán thành phẩm của cao su nitrile thường kém dính nên cao su cần có các chất hóa dẻo thích hợp như các chất làm mềm ester, nhựa coumarone-indene… Các loại nitril lỏng có phân tử lượng thấp cũng có thể được dùng như các chất hóa dẻo cho các hợp chất cao su nitrile. Chất hóa dẻo này có thể khâu mạng với mạch polymer chính trong quá trình lưu hóa nên khả năng bị đào thải ra ngoài là rất thấp.
Cũng như các loại cao su khác, cao su nitrile cũng cần có các chất độn gia cường để có được tính chất cơ lý tốt hơn.

4. Lưu hóa
Cao su nitrile có thể được lưu hóa bằng hệ thống lưu huỳnh, hợp chất cho lưu huỳnh và peroxide. Tuy nhiên, khả năng hòa tan của lưu huỳnh trong cao su nitrile thấp hơn nhiều so với cao su thiên nhiên nên một loại lưu huỳnh được bọc Magnesium Carbonate ( sulphur MC) thường được sử dụng, trong khi hệ lưu hóa ít lưu huỳnh và nhiều chất gia tốc hơn thường được sử dụng cho cao su thiên nhiên.
Cao su HNBR có mức độ nối đôi rất thấp nên có thể chỉ được khâu mạng bằng hệ thống peroxid và gốc tự do. Trong khi những loại khác có số nối đôi cao hơn khoảng 3.5% thì có thể sử dụng hệ lưu hóa lưu huỳnh.
Đối với carboxylate nitrile thì bên cạnh các hệ thống lưu hóa thông thường bằng lưu huỳnh, các oxid kim loại cũng có thể được dùng.

5. Ứng dụng
Do có tính kháng dầu tốt, cao su nitrile được dùng rộng rãi trong các ứng dụng làm kín, các khớp nối trong các đường ống dẫn khí và hóa chất, bọc trục, băng chuyền, đệm lót …