Butadiène-acrylonitrile

Butadiène-acrylonitrile
Identification
Synonymes	NBR[1],[2], poly(butadiène-acrylonitrile), acrylonitrile-butadiène[3], Buna N
N^o CAS	9003-18-3
Alimentarité	oui
N^o ECHA	100.107.385
Propriétés physiques
Paramètre de solubilité δ	18,93 MPa^1/2 (72/25, 25 °C); 20,5 MPa^1/2 (61/39, 75 °C)[4]
Masse volumique	~1 g·cm^-3[5]
Résistivité	faible : 10^9 Ω·m à 20 °C[5]
Type/Classe	BF, BG, BK, CH (ASTM D2000)[6]
Données pharmacocinétiques
Stockage	À l’abri de la lumière directe et des moteurs ou autres équipements électriques pouvant générer de l’ozone.
Composés apparentés
Autres composés	HNBR
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.
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Les copolymères butadiène-acrylonitrile, aussi appelés « caoutchoucs nitrile » (sigle NBR, en anglais : nitrile butadiene rubber), sont un type d’élastomère à usages spéciaux.

Synthèse

Balles de NBR enveloppées d’un film coloré, ce polymère étant sensible à la lumière.

Ils sont synthétisés par copolymérisation radicalaire en émulsion du butadiène avec l’acrylonitrile (noté AN ou ACN). Le taux d’« acrylonitrile »[7], variable selon les propriétés recherchées, se situe entre 15 et 51 %[8] (classification : grades à taux moyen : 33 %, haut taux : > 41 %).

Il existe cinq types généraux d’élastomères NBR, dont le « nitrile carboxylé » (XNBR), à chaine carboxylée[8].

Formulation

Une formule type (relativement complexe) de joint d’étanchéité est donnée dans le tableau ci-dessous (valeurs approximatives ; prix en 2007).

Constituant	pce	Description
NBR 45 (45 % d’AN)	(100)	Densité : 0,98 ; prix : 3,3 €/kg.
Noirs de carbone (2 types[9])	100	Constituants pulvérulents multifonctions[10]. Prix : 0,8 €/kg.
Charge(s) (craie et/ou talc…)	0 - 50	Charges broyées, granulométrie fine à grossière ; inertes, diluantes (bon marché).
Plastifiant compatible avec le NBR (DINP…)[11]	30	Valeur à majorer si le taux de charges est supérieur, pour régler la viscosité.
Autres	5 - 10	Exemples : CaO (dessiccant, pour éviter la porosité), agents protecteurs (antioxydant, antiozone, anti-UV, ignifugeant, etc. ; couteux), de mise en œuvre (factice, paraffine, etc.), gonflant.
ZnO actif[12] (activateur de vulcanisation)	5	Système de vulcanisation
Acide stéarique (activateur de vulcanisation)	0,5
Soufre (agent réticulant)	0[13] - 2
Accélérateurs de vulcanisation[14]	0,5 - 5
Densité du mélange	1,2
« Prix matière »	2 €/kg ou 2,4 €/l (prix des constituants de la formule).

Propriétés des vulcanisats

Le niveau des propriétés mécaniques en mélange pure gomme étant très faible, l’introduction de charges dans les NBR est nécessaire ; les propriétés mécaniques en mélange chargé sont bonnes.

Ces matériaux sont polaires (forte conductivité, donc non utilisés en isolation électrique) par la présence du groupement cyano -C≡N, insaturés (présence de motifs butadiène) et affichent un caractère amorphe (ils ne cristallisent pas par étirage).

Ils présentent une excellente résistance (mesurée par le pourcentage de gonflement) aux solvants hydrocarbonés aliphatiques. En outre, la résistance aux huiles et essences est bonne à excellente ; elle augmente, ainsi que la dureté, les résistances à l’abrasion et la chaleur[8], le module et la résistance à la rupture, avec le taux d’unités AN. La tenue au froid (liée à la flexibilité et la fragilité) varie de −5 à −55 °C ; elle augmente, ainsi que l’allongement à la rupture, si le taux de segments AN diminue. Pour les grades à faible teneur en (motifs) butadiène (donc en liaison double), la température maximale d’utilisation en service continu est de 110 °C. À l’ambiante[15], la perméabilité[5] aux gaz des grades à haute teneur en AN est faible, voisine de celle du polyisobutylène. La résistance à l’ozone est faible.

Pour le XNBR, le module et les résistances au déchirement et à l’abrasion sont améliorés[8].

Utilisations

Gant jetable de type « nitrile ».

Les NBR sont utilisés pour le gainage de câbles, comme joints divers[16], tuyaux, gants médicaux et pour l’industrie chimique (nonlatex, modèles fins jetables, ou épais plus protecteurs), couches de surface de blanchets[8] en impression offset[17], courroies de transmission automobile, trapézoïdales, cuir synthétique, etc.

Notes et références

1. ASTM D1418 - 17 Standard Practice for Rubber and Rubber Latices—Nomenclature
2. ISO 1629:2013(fr) Caoutchouc et latex — Nomenclature
3. (en) Liste de synonymes, sur commonchemistry.org
4. (en) James E. Mark, Physical Properties of Polymer Handbook, Springer, 2007, 2^e éd., 1076 p. (ISBN 978-0-387-69002-5 et 0-387-69002-6, présentation en ligne), p. 294
5. Sur vulcanisat « pure gomme » (non chargé).
6. (en) Elastomer Designations, sur le site Orings. Type (résistance à la chaleur=B, C) et Classe (résistance à l’huile=F, G, K, H). Norme équivalente : SAE J200, « Classification System for Rubber Materials ». [Cette classification de résistance à l’huile est liée au % de gonflement de l’élastomère dans l’huile aromatique de référence ASTM #3 (IRM 903), à une température et une durée données] (consulté le 30 avril 2012).
7. Taux de motifs acrylonitrile, en toute rigueur.
8. (en) Laurence W McKeen, Permeability Properties of Plastics and Elastomers : Permeation Reference Guide and Databook, Elsevier, coll. « PDL Hanbook Series », 2012, 3^e éd., 354 p. (ISBN 978-1-4377-3469-0, présentation en ligne), p. 281
9. D’après la norme ASTM D 1765, la classification des noirs de carbone est basée selon leur finesse, de la série N 100 (renforçants) à N 900 (peu renforçants).
10. À la fois pigments, stabilisants (à l’oxydation, aux ultraviolets et à la chaleur), nanocharges renforçantes des propriétés mécaniques et conducteurs électriques.
11. Rôle : augmente la souplesse, facilite la mise en œuvre, ajuste les propriétés mécaniques (allongement, dureté), diminue la température de transition vitreuse (T_v), etc.
12. « Actif » signifie ingrédient à surface spécifique élevée.
13. Si taux nul, utiliser des donneurs de soufre tels certains accélérateurs.
14. Sécurité et environnement : utiliser uniquement des accélérateurs autorisés par la législation, ne générant pas de nitrosamines lors de la cuisson.
15. La perméabilité augmente avec la température.
16. Exemples : joint torique (O-ring), joint de bouchon de réservoir d’essence ; joint alimentaire d’autocuiseur (dans le passé) : résistances à l’eau chaude et à la vapeur.
17. Cette couche de rouleau d’imprimerie doit résister à l’attaque par les solvants de nettoyage.

Voir aussi

Articles connexes

• HNBR
• Ozonolyse d’un élastomère
• Caoutchouc synthétique

Liens externes

• Norme NF T40-106, utilisée pour estimer la résistance chimique des caoutchoucs.