Controlled functionalization of sp2 carbon allotropes for the reinforcement of diene elastomers

Barbera, V.; Bernardi, A.; Torrisi, G.; Porta, A.; Galimberti, M.

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Controlled functionalization of sp2 carbon allotropes for the reinforcement of diene elastomers

Autorzy

Barbera V. , Bernardi A. , Torrisi G. , Porta A. , Galimberti M.

Treść / Zawartość

Pełne teksty:

Pobierz

Identyfikatory

Warianty tytułu

Języki publikacji

Abstrakty

This paper reports functionalization reactions of sp² carbon allotropes, both nano- and nanostructured, able to introduce heteroatoms such as oxygen and nitrogen, without altering the bulk crystalline organization of the graphitic substrates. sp² carbon allotropes were: carbon black (CB), nanosized graphite with high surface area (HSAG), multiwalled carbon nanotubes (CNT). Reactions of carbon allotropes were performed with either KOH or hydrogen peroxide or a serinol derivative, 2-(2,5-dimethyl-1H-pyrrol-1-yl)-1,3-propanediol (serinolpyrrole, SP), in the absence of solvents or catalysts, by simply donating either thermal or mechanical energy. Sulphur cured composites with HSAG containing hydroxy groups (from the reaction with KOH) revealed better mechanical properties than composites from melt blending with pristine HSAG. CB functionalized with SP was able to promote reduction of Payne effect in compounds based on CB and silica.

W artykule przedstawiono reakcje funkcjonalizacji alotropów węgla sp sp² , zarówno nano-, jak i nanostrukturalnych, zdolnych do wprowadzania heteroatomów, takich jak tlen i azot, bez zmiany struktury krystalicznej materiałów grafitowych. Alotropami węgla sp² były: sadza (CB), grafit nanokrystaliczny o dużej powierzchni (HSAG), wielowarstwowe nanorurki węglowe (CNT). Reakcje alotropów węgla przeprowadzono za pomocą KOH lub nadtlenku wodoru lub pochodnej serinolu, 2-(2,5-dimetylo-1H-pirol-1-ylo)-1,3-propanodiolu (serinolopirolu, SP), w nieobecności rozpuszczalników lub katalizatorów, po prostu dostarczając energii cieplnej lub mechanicznej. Kompozyty utwardzane siarką z grupami hydroksylowymi HSAG (z reakcji z KOH) wykazały lepsze właściwości mechaniczne niż kompozyty uzyskane w wyniku mieszania w stanie stopionym z czystym HSAG. CB funkcjonalizowana za pomocą SP była w stanie zapewnić redukcję efektu Payne’a w mieszankach opartych na CB i krzemionce.

Słowa kluczowe

sp2 carbon allotrope functionalization NR latex

alotrop węgla sp2 funkcjonalizowanie lateks NR

Wydawca

Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Inżynierii Materiałów Polimerowych i Barwników

Czasopismo

Elastomery

Rocznik

2017

Tom

T. 21, nr 4

Strony

235--251

Opis fizyczny

Bibliogr. 46 poz., rys., wz.

Twórcy

autor

Barbera V.

Politecnico di Milano, Department of Chemistry, Materials and Chemical Engineering “G. Natta”, Via Mancinelli 7, 20131 Milano, Italy

autor

Bernardi A.

Politecnico di Milano, Department of Chemistry, Materials and Chemical Engineering “G. Natta”, Via Mancinelli 7, 20131 Milano, Italy

autor

Torrisi G.

Politecnico di Milano, Department of Chemistry, Materials and Chemical Engineering “G. Natta”, Via Mancinelli 7, 20131 Milano, Italy

autor

Porta A.

Politecnico di Milano, Department of Chemistry, Materials and Chemical Engineering “G. Natta”, Via Mancinelli 7, 20131 Milano, Italy

autor

Galimberti M.

maurizio.galimberti@polimi.it

Politecnico di Milano, Department of Chemistry, Materials and Chemical Engineering “G. Natta”, Via Mancinelli 7, 20131 Milano, Italy

Bibliografia

1. Wang M.J., Gray C.A., Reznek S.A., Mahmud K., Kutsovsky Y., Carbon Black, Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology (2003).
2. Voet A., Morawski J.C., Donnet J.B., Rubber Chem. Technol., 1977, 50, 342.
3. Maiti M., Bhattacharya M., Bhowmick A.K., Rubber Chem. Technol., 2008, 81, 384.
4. Paul D.R., Robeson L.M., Polymer, 2008, 49, 3187.
5. Galimberti M., Cipolletti V., Musto S., Cioppa S., Peli G., Mauro M., Guerra G., Agnelli S., Riccň T., Kumar V., Rubber Chem. Technol., 2014, 87,417, 3.
6. Galimberti M., Cipolletti V., Coombs M., “Applications of Clay–Polymer Nanocomposites” in Handbook of Clay Science, Elsevier, 2013.
7. Bokobza L., Polymer, 2007, 48, 4907.
8. Bhattacharya M., Maiti M., Bhowmick A.K., Polymer Engineering & Science, 2009, 49, 81.
9. Bhowmick A.K., Bhattacharya M., Mitra S., J. Elastomers Plast., 2010, 42, 517.
10. Al-Solamya F.R., Al-Ghamdib A.A., Mahmou W.E., Polymer Adv. Technol., 2012, 23, 478.
11. Galimberti M., Kumar V., Coombs M., Cipolletti V., Agnelli S., Pandini S., Conzatti L., Rubber Chem. Technol. 2014, 87, 197.
12. Maiti M., Bhattacharya M., Bhowmick A.K., Rubber Chem. Technol., 2008, 81, 384.
13. Paul D.R., Robeson L.M., Polymer, 2008, 49, 3187.
14. Galimberti M., Cipolletti V., Musto S., Cioppa S., Peli G., Mauro M., Guerra G., Agnelli S., Riccň T., Kumar V., Rubber Chem. Technol., 2014, 87, 417, 3.
15. Terrones M., Botello-Méndez A.R., Campos-Delgado J., López-Urías F., Vega-Cantú Y.I., Rodríguez-Macías F.J., Terrones H, Nano Today, 2010, 5, 351.
16. Zhang J., Terrones M., Park C.R., Mukherjee R., Monthioux M., Koratkar N., Kim Y.S., Hurt R., Frackowiak E., Enoki T., Chen Y., Chen Y., Bianc A., Carbon, 2016, 98, 708–732.
17. Galimberti M., Coombs M., Riccio P., Riccň T., Passera S., Pandini S., Conzatti L., Ravasio A., Tritto I., Macromol. Mater. Eng., 2012, 298, 241–251.
18. Galimberti M., Coombs M., Cipolletti V., Riccň T., Agnelli S., Pandini S., KGK (Kautschuk Gummi Kunstoffe), 2013, 7–8, 31–36.
19. Galimberti M., Kumar V., Coombs M., Cipolletti V., Agnelli S., Pandini S., Conzatti L., Rubber Chem. Technol., 2014, 87, 2, 197–218.
20. Galimberti M., Agnelli S., Cipolletti V., Progress in Rubber Nanocomposites, 1st Edition, Sabu Thomas Hanna Maria, Woodhead Publishing, 2016.
21. Agnelli S., Cipolletti V., Musto S., Coombs M., Conzatti L., Pandini S., Riccň T., Galimberti M., eXPRESS Polymer Letters, 2014, 8(6), 436.
22. Agnelli S., Pandini S., Serafini A., Musto S., Galimberti M., Macromolecules, 2016, 49(22), 8686–8696.
23. Agnelli S., Pandini S., Torricelli F., Romele P., Serafini A., Barbera V., Galimberti M., eXPRESS Polymers Letters, accepted for publication.
24. Galimberti M., Barbera V., Guerra S., Bernardi A., Rubber Chem. Technol., 2017, 90(2), 285–307.
25. Galimberti M., Barbera V., Sironi A., Graphene Materials – Structure, Properties and Modifications, 2017, Dr. George Kyzas (Ed.), InTech, DOI: 10.5772/67630.
26. Donnet J.B., Carbon black: science and technology, 1993.
27. Wang M.J., Kutsovsky Y., Zhang P., Murphy L.J., Laube S., Mahmud K., 2002, 75, 247.
28. Wang M.J., Mahmud K., Murphy L.J., Patterson W.J., Kautschuk Gummi Kunststoffe, 1998, 51, 348.
29. Wang W., Vidal A., Donnet J.B., Wang M.J., Kautschuk Gummi Kunststoffe, 1993, 46, 933.
30. Kinney C.R., Friedman L.D., J. Am. Chem. Soc., 1952, 57, 74.
31. Cines M.R., Can. Pat., 1956, 9, 531.
32. Rodriguez J., Ghosal R., Narayanan S.K., WO 2013098838 A3, 2013.
33. Cataldo F., Journal of nanoscience and nanotechnology, 2007, 7, 1446.
34. Wampler W., Jacobsson B.M., Nikiel L., Cameron P.D., Neilsen
J., US20150191579, 2015.
35. Belmont J.A., Tirumala V.R., Zhang P., WO 2013130099, 2013.
36. Park S.J., K.S. Cho K.S., Ryu S.K., Carbon, 2003, 41(7), 1437–1442.
37. Gozdek R., Sicinski M., Bielinski D.M., Okraska M., Szymanowski H., Piatkowska A., Elastomery, 2017, 21(1), 12–19.
38. Mauro M., Cipolletti V., Galimberti M., Longo P., Guerra G., J. Phys. Chem., 2012, C116, 24809.
39. Andreeßen B., Steinbüchel A., AMB Express, 2011, 1, 1.
40. Musto S., Barbera V., Cipolletti V., Citterio A., Galimberti M., eXPRESS Polymer Letters, 2017, 11(6), 435–448.
41. Knorr L., Chem. Ber., 1885, 18, 299.
42. Paal C., Chem. Ber., 1885, 18, 367.
43. Barbera V., Porta A., Brambilla L., Guerra S., Serafini A., Valerio A.M., Vitale A., Galimberti M., RSC Adv., 2016, 6, 87767–87777.
44. Galimberti M., Barbera V., Guerra S., Conzatti L., Castiglioni C., Brambilla L., Serafini A., RSC Adv., 2015, 5, 81142.
45. Barbera V., Bernardi A., Palazzolo A., Rosengart A., Brambilla L., Galimberti M., Pure Appl. Chem., 2017, DOI: https://doi.org/10.1515/pac-2017-0708.
46. Payne AR.., Whittaker R.E., Rubber Chem. Technol., 1971, 44, 440-478.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-409e8f8e-9bda-4b52-b90a-2800dfc35439