O que é Borracha Nitrílica (NBR)?

Foi no ano de 1931 que pela primeira vez apareceu uma referência à borracha nitrilica num documento relativo a uma patente francesa abrangendo a polimerização de butadieno e acrilonitrilo.

A borracha nitrílica pertence à classe das borrachas especiais resistentes ao óleo e é um copolímero de butadieno e acrilonitrilo, sendo a polimerização feita por um processo de emulsão, como o usado para o SBR, podendo ser realizada a quente ou a frio, obtendo-se os denominados, “hot nitriles” e “cold nitriles” conforme a temperatura é superior a 30 °C ou se situa entre 5 °C e 30 °C, respectivamente.

A produção de NBR em escala industrial começou em 1934 na cidade alemã de Leverkusen tendo o primeiro tipo de NBR aparecido no mercado sob o nome de BUNA N e, mais tarde, como PERBUNAN N. Os diferentes graus (ou tipos) de NBR distinguem-se pelo conteúdo em acrilonitrilo (abreviadamente ACN) o qual pode variar de uma forma geral de 18 a 51 % e pela viscosidade.

Na produção de NBR, tal como no caso do SBR, existem muitos parâmetros que variando originam uma grande diversidade de graus comerciais disponíveis. Alguns desses parâmetros são:

Devido ao seu preço, o NBR é usado em aplicações onde, para além de boas propriedades mecânicas e/ou boa resistência à fadiga dinâmica, é também exigida boa resistência ao inchamento em óleo e/ou em gasolina, boa resistência ao envelhecimento por calor e à abrasão. É utilizado na indústria em geral, indústria automóvel e no sector dos óleos minerais.

O NBR é tipicamente usado em “o-rings” estáticos, membranas, foles, tubos e mangueiras quer para aplicações hidráulicas ou pneumáticas quer para transporte de hidrocarbonetos alifáticos (propano e butano), correias transportadoras, material de fricção, cobertura de rolos para diversos fins especialmente para as indústrias de pintura e têxtil e solas para calçado de segurança. Também é bastante usado na indústria alimentar.

A borracha de NBR tem vindo a ser substituída por outras borrachas em algumas aplicações, nomeadamente na indústria automóvel, devido às maiores exigências impostas pelos construtores no respeitante à temperatura de utilização e resistência aos óleos.

A borracha nitrílica (NBR) oferece um bom balanço entre a resistência a baixa temperatura (entre -10°C e -50°C), ao óleo, ao fuel e aos solventes, resistência essa função do teor em acrilonitrilo. Estas características combinadas com uma boa resistência a alta temperatura e à abrasão, tornam a borracha de NBR aconselhada para uma grande variedade de aplicações. Apresenta também boa resistência à fadiga dinâmica, baixa permeabilidade ao gás e a possibilidade de ser misturada com materiais polares como o PVC.

Existem graus especiais de NBR que contêm, ligados à cadeia do polímero, antioxidantes que tornando-se assim menos voláteis, originam que esses graus de NBR sejam menos solúveis em fuel e óleo, aumentando também a resistência ao calor. Há ainda vários outros graus especiais de NBR, não só para serem usados com vantagem nos processos de vulcanização por transferência ou por injecção, como também, para que a necessidade de limpeza do molde seja menor, uma vez que diminui a ocorrência do fenómeno conhecido por “mold fouling”. Os graus referidos podem ser encontrados em vários produtores de NBR, tais como, por exemplo, Korea Kumho Petrochemical Co, Nitriflex, Polimeri Europe e Zeon, sendo conhecidos como graus limpos, “green grades” ou “GNR” ou ainda “Nitriclean” (caso da Nitriflex).

A resistência ao óleo é a propriedade mais importante da borracha nitrilica. A grande maioria das propriedades dos vulcanizados de NBR depende do teor em ACN e do tipo e quantidade de plastificante usado na formulação. Uma maior resistência ao óleo, ao fuel, à benzina ou a qualquer outro líquido, traduz-se num menor aumento de volume (menor inchamento) dos provetes de NBR quando mergulhados nos líquidos referidos.

Analisando em particular o aumento de volume da borracha de NBR, podemos referir que quanto maior for o conteúdo aromático do óleo ou do combustível no qual o vulcanizado de NBR é mergulhado maior será o inchamento (variação de volume) por ele sofrido. Devemos ter também em consideração que a maioria dos plastificantes usados para melhorar a resistência a baixa temperatura é extraível, o que pode influenciar bastante o inchamento que, para além dos factores anteriormente referidos, depende também da densidade de reticulação do vulcanizado.

A borracha de NBR combinada com cargas reforçantes, negro de carbono ou sílica, permite a obtenção de vulcanizados com excelentes propriedades físicas. As propriedades mecânicas dependem da temperatura de vulcanização.

A resistência à deformação por compressão depende principalmente do conteúdo em ACN do tipo de NBR usado e do sistema de vulcanização escolhido, conseguindo-se obter excelentes valores para esta propriedade. Quanto maior for a resistência à deformação por compressão, menor será, óbviamente, o valor obtido nos ensaios de “compression set”.

A elasticidade do NBR é consideravelmente menor do que a de vulcanizados comparáveis de NR ou SBR, conseguindo-se obter uma elasticidade relativamente elevada usando misturas de borracha baseadas em graus de NBR com um baixo teor em ACN, negros de carbono semi-reforçantes (por exemplo, N 772) e plastificantes “tipo ester” ou “baseados em ester”.

A resistência à abrasão dos vulcanizados de NBR formulados com cargas reforçantes é cerca de 30% superior à de vulcanizados comparáveis de NR e cerca de 15% superior à de vulcanizados comparáveis baseados em SBR.

A dureza dos vulcanizados de NBR com baixo e médio teor em ACN, mantém-se constante num intervalo grande de temperatura (70°C a 130°C) enquanto a tensão de rotura diminui significativamente com o aumento da temperatura.

Relativamente à resistência eléctrica e dado que a borracha nitrilica é considerada um semi- condutor, os seus vulcanizados são pouco adaptáveis para serem usados quando é necessário um isolamento eléctrico.

A borracha nitrilica tem uma fraca resistência ao ozono, ao envelhecimento e à intempérie, embora superior à da borracha natural (NR).

Na tabela I mostramos a variação de algumas propriedades do NBR em função do aumento do teor em acrilonitrilo (ACN) da borracha nitrilica.

Particularizando um pouco relativamente à resistência química, referimos que os vulcanizados de NBR apresentam:

Os vulcanizados de NBR/PVC apresentam melhor resistência ao ozono e à intempérie do que os de NBR. O bom estado da superfície obtida é outra vantagem dos mesmos vulcanizados. Todavia, a elasticidade, a flexibilidade a baixa temperatura e a resistência à deformação por compressão, pioram.

As misturas de NBR são formuladas de uma forma semelhante às de NR e SBR, sendo a selecção do polímero e consequentemente o teor em ACN importante para a obtenção do melhor balanço entre a resistência ao óleo e a flexibilidade a baixa temperatura. Como já anteriormente referido, quanto mais ACN, maior a resistência ao óleo e ao fuel, ou seja, menor é o aumento de volume (inchamento) verificado, mas pior a flexibilidade a baixa temperatura.

Os antioxidantes devem ser escolhidos em função do uso da peça de borracha a produzir, devendo ser considerados nessa escolha pormenores como resistência ao calor, resistência à extracção e a possibilidade de ser ou não usado um antioxidante “manchante”. Se tal for possível, podemos usar antioxidantes tipo amina; se o antioxidante tiver que ser “não manchante” , então devemos usar fosfatos ou derivados do fenol. A borracha nitrilica não é resistente ao ozono, pelo que necessita de um antiozonante para ficar protegida.

Os plastificantes são normalmente utilizados para melhorar o processo e as propriedades a baixa temperatura, sendo tipicamente do tipo éster, óleos aromáticos e derivados polares, podendo ser extraíveis ou não. Os plastificantes melhoram ainda a resiliência e diminuem a dureza. São normalmente usados três tipos de plastificantes: ésteres orgânicos para obter a melhor flexibilidade a baixa temperatura, derivados de “coal tar” tais como resina de cumarona para manter a tensão de rotura e melhorar a adesividade, e ésteres poliméricos quando é necessária resistência a alta temperatura. Este último tipo referido tem baixa volatilidade e é difícil de extrair. Há plastificantes especiais que conferem aos vulcanizados a característica eléctrica de serem antiestáticos.

A borracha de NBR também necesita da adição de negro de carbono ou de sílica para que propriedades como a tensão de rotura, o rasgamento e a resistência à abrasão possam atingir valores razoáveis ou bons.

Os sistemas de vulcanização usados com o NBR podem ser sistemas baseados em enxofre, em dadores de enxofre ou em peróxidos. Devido à rápida velocidade de vulcanização da borracha nitrílica é comum usar-se sómente um acelerador, frequentemente da classe das sulfanamidas. Podemos aplicar ao NBR as mesmas linhas de orientação que para o SBR. Contudo, e por comparação, para além do enxofre que é menos solúvel no NBR do que no SBR, os dadores de enxofre, e particularmente os sistemas de vulcanização semi-eficiente (SEV) e eficientes (EV), desempenham um papel muito importante na obtenção de uma elevada resistência ao calor e de uma boa resistência à deformação por compressão dos vulcanizados (baixos valores de “compression set”). Os melhores resultados têm sido obtidos com os aceleradores convencionais, MBTS, sulfanamidas, tiurames, ditiocarbamatos e guanidinas.

A mistura de NBR com outras borrachas tem por finalidade a obtenção de maior resistência ao ozono, melhor flexibilidade a baixa temperatura, melhor resistência ao envelhecimento, maior resistência à abrasão, melhor comportamento ao inchamento (para as borrachas com ele misturadas) e menor preço para uma dada mistura.

A compatibilidade do NBR com outra borracha depende fundamentalmente da polaridade desta última [4]. As combinações mais frequentes são de NBR com SBR, de NBR com BR, de NBR com CR e também, por vezes, de NBR com EPDM.

O NBR combinado com SBR apresenta uma perda das características mecânicas, usando-se todavia por razões económicas, desde que o aumento de volume permitido quando mergulhado em óleo, seja elevado.

O NBR também pode ser combinado com CR. Utiliza-se esta combinação, não por razões económicas, mas para combinar a inflamabilidade e a boa resistência ao ozono e à intempérie do policloropreno com a boa resistência ao inchamento do NBR.