Nitril-Elastomere sind Emulsionspolymere, die unter Verwendung von Kautschukpolymerisationstechniken hergestellt werden. Auch als Nitrilemulsionen oder Nitrillatices bekannt, sind dies Dispersionen von Acrylnitril und Butadien – oder manchmal Styrol – in Wasser. Nitril-Elastomere sind echte Kolloide, definiert als homogene amorphe Substanz, die aus großen Molekülen oder ultramikroskopischen Partikeln einer Substanz besteht, die durch eine andere Substanz verteilt werden. Diese kugelförmigen Partikel haben eine Größe von 60 bis 250 Nanometern.
Bei den meisten Emulsionspolymerisationsverfahren liegt der Feststoffgehalt (d. h. Volumen der Teilchenphase zum Gesamtvolumen der Dispersion) im Bereich von 40 bis 55 Prozent, wobei der verbleibende Teil aus Wasser und gelösten Verbindungen besteht. Der Feststoffgehalt hängt mit der Viskosität zusammen: Bei typischen Industrieprodukten bleibt die Viskosität bis zu einem Feststoffgehalt von 55 Prozent relativ niedrig. Oberhalb dieser Grenze kann die Viskosität in Abhängigkeit vom Feststoffgehalt extrem schnell ansteigen. Bei Nitrillatices liegt der Feststoffgehalt im Bereich von 35 bis 53 Prozent, wobei die Mehrheit unter 45 Prozent liegt, und ihre Viskosität bleibt niedrig, typischerweise unter 50 Centipoise (cP), was der Kraft ist, die erforderlich ist, um eine Flüssigkeitsschicht im Verhältnis zu bewegen zu einer anderen Flüssigkeit.
Das Verhältnis der wichtigsten Monomere (Butadien, Acrylnitril und Styrol) beeinflusst, wie diese Eigenschaften ausgedrückt werden. Beispielsweise bietet eine höhere Menge an Acrylnitril eine bessere Öl- und Lösungsmittelbeständigkeit, verringert jedoch die Weichheit und Flexibilität. Tatsächlich ist die Menge an Acrylnitril, die zur Herstellung von Nitril-Elastomeren verwendet wird, so wichtig, dass die gesamte Familie von Elastomeren in eine Reihe von Typen unterteilt wird, je nachdem, wie viel Acrylnitril vorhanden ist. Hochwertige Acrylnitril-Typen enthalten mehr als 45 Prozent Acrylnitril, wodurch Elastomere mit ausgezeichneter Öl-/Gas-/Fettbeständigkeit, aber geringerer Flexibilität und Dehnung entstehen. Mittlere Acrylnitril-Typen enthalten zwischen 30 und 45 Prozent Acrylnitril, die immer noch eine gute Öl-/Gas-/Fettbeständigkeit aufweisen, aber mit zusätzlicher Flexibilität und Weichheit. Und schließlich enthalten niedrige Acrylnitril-Typen weniger als 30 Prozent Acrylnitril, die eine überlegene Flexibilität und Weichheit aufweisen, aber weit weniger beständig gegen Kohlenwasserstoffe sind.
Über das Verhältnis von Acrylnitril zu anderen Monomeren hinaus kann die Leistung von Nitril-Elastomeren auch durch andere chemische Prozesse und Reaktionen beeinflusst werden. Beispielsweise kann die Vernetzung durch wärmereaktive oder carboxylierte Monomere Zähigkeit, Abrieb und chemische Beständigkeit verbessern. Im ersteren Fall kann die Vernetzung durch Erhitzen des Polymerfilms auf ungefähr 150°C bis 175°C erreicht werden. Im letzteren Fall können Vernetzungsmittel wie Melamin-Formaldehyd, Harnstoff-Formaldehyd, Phenol- und Epoxidharze eingebracht werden. Oder für die chemische Vernetzung verwendet das Verfahren Zinkoxid oder Zirkoniumammoniumcarbonat.
Nitril-Elastomere können auch vulkanisiert werden. Charles Goodyear erfand 1839 das Vulkanisationsverfahren, als er Naturkautschuk bei hoher Hitze Schwefel und zusätzliche Bestandteile, sogenannte Beschleuniger, zusetzte. Das Ergebnis war ein Gummi mit verbesserter Haltbarkeit über einen breiten Temperaturbereich. Der gleiche Prozess kann mit Nitrilelastomeren erreicht werden – wenn sie mit Schwefel, Beschleunigern und Hitze behandelt werden, werden sie viel haltbarer.
Chemiker können Nitrilemulsionen auch kontrollieren, indem sie das in ihrer Formulierung verwendete Tensidsystem manipulieren. Latexe, die unter Verwendung natürlicher Emulgatoren, wie Tenside auf Basis von Fettsäure und Kolophoniumsäure, hergestellt werden, weisen eine überlegene Wasserbeständigkeit auf und werden leicht durch kationische Salze ausgefällt. Dadurch eignen sich diese Produkte gut für die Herstellung von Dichtungen und Spezialpapierherstellungsverfahren. Produkte aus synthetischen Tensiden – Sulfat und Sulfonat – weisen häufig eine überlegene mechanische Stabilität auf, wodurch sie sich gut für bestimmte Papierbeschichtungen und andere Anwendungen mit hoher Scherkraft eignen, darunter Asphaltemulsionsmodifizierung, Klebstoffe, Metallbeschichtungen und Textilien.
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Lin Yang (Frau)
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