Buna N

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Buna N' é um copolímero de borracha sintético formado por composto de acrilonitrila (C3H3N) e butadieno (1,3-Butadieno). Pode se apresentar com diferentes nomenclaturas, tais quais NBR, borracha nitrílica e os nomes comerciais Perbunan, Nipol, Krynac e Europrene.[1]

O NBR pertence a uma família de copolímeros insaturados de acrilonitrila e vários monômeros butadienos (1,2-Butadieno e 1,3-Butadieno).

As características básicas desse composto, embora variem conforme a composição da nitrila empregado, normalmente conferem resistência a óleos, combustíveis e outros químicos.

O aparato necessário para a produção desse composto é relativamente simples e barato, sendo essa a razão de sua produção se concentrar em países pobres onde a mão-de-obra é barata. Os maiores produtores de NBR são a China e Taiwan.[2]

Histórico[editar | editar código-fonte]

Os primeiros registros históricos sobre a produção da borracha nitrílica ditam do ano 1931, quando uma patente francesa registrou a polimerização de butadieno e acrilonitrilo.[3]

Sua produção em escala industrial teve início em 1934 na cidade alemã de Leverkusen, onde, pela primeira vez, o NBR apresentou-se no mercado sob o nome de Buna N, sendo mais tarde chamado de Perbunan N.[4]

Síntese[editar | editar código-fonte]

A polimerização desse copolímero é feita através de um processo de emulsão, podendo ser realizado a quente ou a frio, a primeira acima de 30 graus celsius ou a segunda entre 5 e 30 graus celsius. [4]

Nos tanques de polimerização, adicionam-se um emulsificante, monômeros de butadieno, 2-propenonitrila, catalisadores e ativadores de geração de radicais, para a produção a quente. Nesse caso, os tanques são aquecidos de 30 a 40 graus celsius para acelerar a polimerização.[5]

Muitos monômeros podem servir para a produção do NBR e, por isso, a composição de cada NBR pode mudar. Uma única unidade repetitiva pode não ser encontrada durante toda a cadeia do polímero e, por isso, não existe um nome IUPAC para esse polímero em geral.

A seguir, as fórmulas químicas envolvidas na produção do NBR de uma forma padrão:[6]

Copolimerização de butadieno e acrilonitrilo para obtenção do NBR

Os processos da produção do NBR a frio são muito similares aos a quente, seguindo apenas a diferença de temperatura. A diferença, nesse caso, do processo a frio se dá no menor número de ramificações na forma do NBR feito a frio, sendo essa característica a que define a diferença do NBR frio para o NBR quente.[5]

Os tipos do NBR distinguem-se, também, pelo maior ou menor volume de acrilonitrilo empregado, que pode variar de 18 a 51%. Muitos parâmetros podem ser variados na produção desse polímero, o que garante uma variedade nos graus comerciais disponíveis. São alguns desses parâmetros:[7]

  1. Teor em acrilonitrilo, que varia não só sua resistência ao óleo e à gasolina mas também sua flexibilidade a baixas temperaturas.
  2. Temperatura de polimerização que define os nitrimos quentes e frios.
  3. Modificador da cadeia nas suas ramificações, que determina alteração na viscosidade e processamento.
  4. Estabilizador, que confere diferenças na cor e na estabilidade durante a armazenagem.
  5. Misturas com outros polímeros, como o PVC, gerando borrachas conhecidas como NBR/PVC.

As formulações do NBR envolvem a adição de certos aditivos. A adição de antioxidantes, por exemplo, vai depender da função da peça de borracha que se quer produzir. Quando se permite a utilização de antioxidante manchante, usa-se tipos amina; para não-manchante, fosfatos ou derivados do fenol. O NBR não é resistente ao ozônio, sendo necessário antiozonante para sua proteção.[8] Os plastificantes são utilizados para melhorar o processo e as propriedades a baixa temperatura, sendo possíveis o uso de éster, óleos aromáticos e derivados polares. Para o NBR, ésteres orgânicos são utilizados para obter melhor flexibilidade; resinas de cumarona para manter tensão de rotura e melhorar a adesividade; ésteres poliméricos quando a resistência a alta temperatura é necessária.[9]

A borracha de NBR necessita, em especial, da adição de negro de carbono ou sílica para que os valores de tensão de rotura, rasgamento e resistência à abrasão sejam bons.

Propriedade[editar | editar código-fonte]

O NBR em estado bruto é amarelo, também podendo ser laranja ou vermelho, dependendo de seu produtor. Ele consegue alongar-se até romper-se cerca de 300%. Sua resistência à óleos minerais, vegetais, petróleo, benzeno, ácidos e alcalinos é alta.[10]

Um importante fator nas propriedades do NBR é a razão de grupos acrilonítricos e butadiênicos no fim da cadeia do polímero. Quanto menor o teor em acrilonitrilo, menor é a temperatura de transição vítrea; no entanto, quando maior esse teor, melhor é a sua resistência à solventes não-polares. Quanto mais grupos nitrila no polímero, maior é sua resistência à óleos e menor é sua flexibilidade. O teor normalmente utilizado de ACN (acrilonitrilo) é de 33%.[11]

Uma das principais propriedades da borracha de NBR é sua resistência ao óleo, o que confere menor aumento de volume (menor inchamento) dos provetes de NBR quando submetidos nos líquidos referidos. Nesse contexto, pode-se afirmar que quanto maior for o conteúdo aromático do óleo ou combustível no qual o NBR será submergido, maior será o inchamento, ou variação de volume.[6]

A combinação do NBR com cargas reforçantes, negro de carbono ou sílica permite a obtenção de borrachas com excepcionais propriedades físicas.[12] A resistência à deformação é obtida em função, principalmente, do conteúdo de ACN e do sistema de vulcanização escolhido.

A elasticidade é outra propriedade que merece destaque. Quanto menor for o teor de ACN ou a presença de negros de carbono e plastificantes do tipo éster, maior é essa propriedade. A resistência à abrasão dos vulcanizados de NBR com cargas reforçantes é 30% maior que os vulcanizados de NR e 15% superior aos de SBR.[13] A dureza no NBR mantém-se constante na faixa de temperatura 70 a 130 graus celsius. Já a tensão de rotura é menor com o aumento da temperatura.[14] A resistência elétrica do NBR não é considerável uma vez que ele é um semi-condutor e pouco adaptável, por isso, a funções de isolamento elétrico. A borracha nitrílica é mais resistente ao ozônio, envelhecimento e intempéries que a borracha natural (NR), embora ainda seja uma resistência fraca.

Aplicações[editar | editar código-fonte]

Por conta da sua boa resistência a baixa temperatura, ao óleo, aos combustíveis, aos solventes e sua alta resistencia por conta do acrilonitrilo, o NBR é aconselhado para uma variedade de aplicações.

Dentre essas aplicações: luvas sem látex, cinta de transmissão automotiva, mangueiras, anéis de vedação, juntas mecânicas, vedação à óleo, couro sintético, conexão de cabos etc. O látex de NBR também pode ser utilizado como adesivo e pigmento.

Por conta de sua resistência a óleos, seu uso típico se dá na fabricação de tubos para aplicações hidráulicas e pneumáticas, em correias transportadoras, material de fricção, cobertura de rolos, solado de segurança em calçados.[15]

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  1. Duh, Yih-Shing; Ho, Ta-Cheng; Chen, Jenq-Renn; Kao, Chen-Shan (4 de agosto de 2010). «Study on Exothermic Oxidation of Acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS) Resin Powder with Application to ABS Processing Safety». Polymers. 2 (3): 174–187. ISSN 2073-4360. doi:10.3390/polym2030174 
  2. Aguele, Felix Osarumhense; Idiaghe, Justice Agbonayinma; Apugo-Nwosu, Tochukwu Uzoma (2015). «A Study of Quality Improvement of Natural Rubber Products by Drying Methods». Journal of Materials Science and Chemical Engineering. 03 (11): 7–12. ISSN 2327-6045. doi:10.4236/msce.2015.311002 
  3. Aggarwal, S. L. (fevereiro de 1989). «Rubber technology, Third Edition, Maurice Morton, Ed., Van Nostrand Reinhold, New York, 1987, 638 pp.». Journal of Polymer Science Part C: Polymer Letters. 27 (3): 111–111. ISSN 0887-6258. doi:10.1002/pol.1989.140270307 
  4. a b Porter, M. (11 de setembro de 2007). «Rubber technology handbook werner hofmann, carl hanser verlag, munich, 1989. pp. xv + 611, price dm 86.00. isbn 3-446-14895-7». British Polymer Journal. 23 (4): 359–359. ISSN 0007-1641. doi:10.1002/pi.1990.4980230405 
  5. a b Palma, Marco (janeiro de 2004). «Tecniche, tendenze e prospettive nuove negli studi paleografici». Archiv für Diplomatik. 50 (JG). ISSN 2194-5020. doi:10.7788/afd.2004.50.jg.527 
  6. a b «Borracha Nitrilica (NBR)». Rubberpedia  |nome1= sem |sobrenome1= em Authors list (ajuda)
  7. «Bayer invests €35mn in Leverkusen plant». Pump Industry Analyst. 2012 (1). 4 páginas. Janeiro de 2012. ISSN 1359-6128. doi:10.1016/s1359-6128(12)70017-4 
  8. Aggarwal, S. L. (fevereiro de 1989). «Rubber technology, Third Edition, Maurice Morton, Ed., Van Nostrand Reinhold, New York, 1987, 638 pp.». Journal of Polymer Science Part C: Polymer Letters. 27 (3): 111–111. ISSN 0887-6258. doi:10.1002/pol.1989.140270307 
  9. Porter, M. (11 de setembro de 2007). «Rubber technology handbook werner hofmann, carl hanser verlag, munich, 1989. pp. xv + 611, price dm 86.00. isbn 3-446-14895-7». British Polymer Journal. 23 (4): 359–359. ISSN 0007-1641. doi:10.1002/pi.1990.4980230405 
  10. «Ceresana analyses the worldwide masterbatch market». Additives for Polymers. 2017 (9). 11 páginas. Setembro de 2017. ISSN 0306-3747. doi:10.1016/s0306-3747(17)30171-9 
  11. «Bleaching chemical cartel fined». Focus on Surfactants. 2006 (8). 4 páginas. Agosto de 2006. ISSN 1351-4210. doi:10.1016/s1351-4210(06)71261-6 
  12. Barlow, Fred W. (3 de outubro de 2018). «Introduction to Compounding». Routledge: 1–7. ISBN 9780203740385 
  13. Nasreddine, Victor; Mueller, Christian; Bille, Hubert; Kulbaba, Kevin; Soddemann, Matthias; Bischoff, Andreas (16 de abril de 2012). «5000 Hours Aging of THERBAN® (HNBR) Elastomers in an Aggressive Biodiesel Blend». 400 Commonwealth Drive, Warrendale, PA, United States: SAE International. SAE Technical Paper Series. doi:10.4271/2012-01-0943 
  14. Vinayasree, S.; Soloman, MA; Sunny, Vijutha; Mohanan, P.; Kurian, Philip; Anantharaman, MR (junho de 2013). «A microwave absorber based on strontium ferrite–carbon black–nitrile rubber for S and X-band applications». Composites Science and Technology. 82: 69–75. ISSN 0266-3538. doi:10.1016/j.compscitech.2013.04.010 
  15. Chakraborty, S.; Bandyopadhyay, S.; Ameta, R.; Mukhopadhyay, R.; Deuri, A.S. (fevereiro de 2007). «Application of FTIR in characterization of acrylonitrile-butadiene rubber (nitrile rubber)». Polymer Testing. 26 (1): 38–41. ISSN 0142-9418. doi:10.1016/j.polymertesting.2006.08.004