합성고무 NBR, SBR 핵심 원료 부타디엔(Butadiene)

 

안녕하세요. EnerTravel입니다. 

오늘의 EnergyTok에서는 '합성고무 NBR, SBR과 핵심 원료 부타디엔(Butadiene)'에 대하여 이야기해 보겠습니다.

 

부타디엔(BD, Butadiene) 이란?

 

두 개의 탄소분자가 이중결합한 형태의 부타디엔(Butadiene, BD) 

 

 

‘부타디엔(Butadiene, BD)’은 합성고무 제조에 쓰이는 주요 단량체로 무색으로 투명하며, 상온에서 독특한 냄새를 풍기는 기체로 존재합니다. 부타디엔 C4 유분은 탄소 원자 4개와 수소 원자 6개로 이뤄진 불포화 탄화수소입니다. 탄소 원자 4개가 결합할 때는, 수소 원자가 8개가 있을 때 가장 안정적인데요, 이보다 수소 원자가 모자란 불포화 탄화수소는 반응성이 높아 화학 공업의 원료로서 중요한 비중을 차지합니다. 부타디엔 역시 불에 잘 타고 압력을 주면 쉽게 화학반응이 일어난다는 특징을 갖고 있고 타이어부터 운동화까지, 합성고무의 핵심 원재료로써 그 수요처가 매우 넓습니다.

 

한편, 부타디엔은 위험물로써 적절한 물질에 대한 안전보건 관리가 필요한 위험한 물질입니다. 만약 체내로 흡입하게 된다면 유독 증상이 일어나기 때문에 신속한 대처가 필요합니다. 만약, 실수로 부타디엔이 함유된 물질을 먹었을 경우엔 위세척 등의 응급처치를 해야 하고, 부타디엔 기체를 마셨을 경우엔 즉시 신선한 공기가 있는 곳으로 움직여야 합니다.

 

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Butadiene 생산 공정

 

Butadiene 생산 공정 Diagram

 

부타디엔(Butadiene)은 나프타(Naphtha)를 분해하는 NCC 공정에서 부수적으로 만들어지는 부생물 중 탄소원자 4개를 가진 C4유분으로부터 추출하거나, 부탄(Butane)을 탈수소 반응을 시켜 탄소 이중결합을 만드는 화학 공정을 통해 만들 수 있습니다. 전체 부타디엔 상업 생산 물량 중 약 95%가량이 NCC 후단 공정인 C4 공정을 통해 생산됩니다. 

 

해당 공정은 중합 반응으로 인해 주요 설비 안에 파울링(Fouling), 즉 찌꺼기가 발생할 가능성이 높은데요. 이를 최소화하기 위해서는 중합 방지제 등을 넣어 파울링 생성을 최소화하고, 부타디엔 압축기를 비롯해 주요 설비의 정기점검을 실시해야 합니다. NCC 공정과 C4 공정 세부 Process가 궁금하신 분들은 아래 이전 발행글 링크를 참조 부탁드립니다.

 

2023.05.07 - [EnergyTok/정유·화학] - NCC(나프타 분해 공정)

NCC(나프타 분해 공정)

 

2023.05.07 - [EnergyTok/정유·화학] - 올레핀 생산공정

올레핀 생산공정

 

합성 고무 NBR, SBR

 

 

부타디엔(Butadiene)은 합성고무의 원료로 쓰이는 중요한 소재인데요. 의료용 장갑 등에 사용되는 NBR(Nitrile Butadiene Rubber), 타이어와 신발 등에 주로 사용되는 SBR(Styrene Butadiene Rubber)를 만드는 원재료로도 부타디엔이 사용됩니다. 합성고무를 만드는 공정은 우선 라텍스(Latex)를 만드는 작업부터 시작합니다. 이때 사용하는 단일체(모노머, Monomer)에 따라 부타디엔만 사용한 SBR이 될지, 아크릴로니트릴을 첨가한 NBR이 될지 정해집니다.

 

합성고무는 주로 유화중합 방식을 통해 생산되는데, NBR로 예를 들면 부타디엔과 아크릴로니트릴 모노머를 유화제, 중합개시제, 전해질, 분자량조절제등을 물과 함께 넣고, 25~50℃ 혹은 5~10℃의 저온에서 일정시간 섞어 유화중합 반응을 유도하여 생산합니다. NBR, SBR 등의 합성고무가 이처럼 많은 쓰임새를 가진 이유는 천연고무에 비해 기능성이 뛰어나기 때문인데요. NBR의 경우, 내유성과 내약품성이 뛰어나 코로나 확산 이후 특히 많은 각광을 받고 있습니다. 또한 SBR은 품질이 일정하고, 내열성과 내마모성이 우수하다는 장점이 있습니다.

 

합성고무 NBR(Nitrile Butadiene Rubber)

 

합성고무 NBR(Nitrile Butadiene Rubber)은 고무 중 하나로, 아크릴로니트릴(butadiene)과 불화탄소로 구성된 고무입니다. NBR은 다른 종류의 고무와 비교하여 우수한 내마모성, 내유성, 내기름성, 내열성 등의 물리적 및 화학적 특성을 가지고 있어 NBR은 자동차 부품, 기계 부품, 산업용 시스템, 식품 가공 기계, 석유화학 제품, 오일 시장 등 다양한 분야에서 사용됩니다. 또한 NBR은 화학적으로 안정되어 있어 다양한 유압 및 실린더 시스템, 가스 밸브, 오일 시장, 연료 시스템 등에서도 널리 사용됩니다.

한편 NBR은 일반적으로 높은 화학 내성을 가지고 있지만, 특정 화학물질에 대해서는 저항성이 낮을 수 있습니다. 따라서 특정 화학물질과의 접촉이 예상되는 경우, NBR의 저항성을 사전에 확인해야 합니다. NBR은 유연하고 내구성이 뛰어나기 때문에 가장 흔히 사용되는 고무 중 하나입니다. 다른 유형의 고무와 혼합하여 원하는 물리적 특성을 얻을 수도 있기에, 여러 고무 제품으로 활용할 수 있습니다.

 

내마모성이 우수한 NBR 수지

 

생산 측면에서는 아시아 지역은 NBR, SBR 생산의 중심지로 알려져 있습니다. 중국, 한국, 일본, 대만, 인도 등이 주요 NBR 생산 국가입니다. LG Chem, Kumho Petrochemical, Zeon Corporation, Nantex, Zibo Qilong Chemical 이 대표적인 역내 제조사입니다.  

 

합성고무 SBR(Styrene Butadiene Rubber)

 

합성고무 SBR(Styrene Butadiene Rubber)은 스티렌과 부타디엔을 주원료로 사용하여 제조되는 고무입니다. SBR은 가장 널리 사용되는 합성고무 중 하나로, 다양한 산업 분야에서 폭넓게 활용됩니다.

스티렌 모노머에 대하여 궁금하신 분들은 아래 이전 발행글을 참조 부탁드립니다.

 

2023.07.06 - [EnergyTok/정유·화학] - 일회용 식품용기 플라스틱 소재 -스티렌 모노머(Styrene Monomer)

일회용 식품용기 플라스틱 소재 -스티렌 모노머(Styrene Monomer)

 

SBR은 스티렌과 부타디엔의 비율에 따라 다른 특성을 가집니다. 일반적으로 스티렌 함량이 높을수록 SBR의 경도와 강도는 증가하며, 부타디엔 함량이 높을수록 신축성과 내마모성이 향상됩니다. 이러한 특성은 다양한 응용 분야에서 요구되는 다양한 성능 요건에 부합하도록 조절되어 자동차 타이어, 고무 컨베이어 벨트, 신발 밑창 등의 제조에 널리 사용됩니다. 또한 SBR은 기름 및 윤활제에 대한 내성이 뛰어나기 때문에 자동차 부품, 기계 부품, 식품 가공 기계 등 오일 또는 윤활제와 접촉하는 환경에서 사용되는 제품에 이상적입니다.

SBR은 일반적으로 상온에서 잘 내열성을 유지하지만, 고온 환경에서는 열안정성이 낮을 수 있습니다. 따라서 고온 환경에서 사용되는 제품의 경우, 열 저항성을 강화하기 위해 기타 첨가제나 혼합물과 결합하여 사용될 수 있습니다. 부타디엔 함량이 높은 SBR은 높은 신축성과 우수한 탄성을 가지고 있어, 타이어 및 고무 부품의 제조에 적합합니다. 이러한 특성은 타이어의 효율적인 도로 접지면과 도로 마찰력을 향상하는 데 도움을 줍니다.

한편, SBR은 상대적으로 저렴한 원가로 생산되기 때문에 다른 고무 종류보다 경제적인 선택으로 간주됩니다. 이와 같은 경제적인 이유로도 SBR은 많은 산업 분야에서 널리 사용되고 있습니다.

 

 

오늘은 '합성고무 NBR, SBR과 핵심 원료 부타디엔(Butadiene)'에 대하여 알아보았습니다!
다음 글에서는  '겨울철 아크릴 섬유 옷감 원료 - 아크릴로니트릴(Acrylonitrile)'에 대해 알아보도록 하겠습니다~