Plazmochemiczna modyfikacja powierzchni sadzy jako napełniacza mieszanek gumowych

• Autorzy: Bieliński D. M. , Parys G. , Szymanowski H.

Warianty tytułu

EN

Plasma-assisted chemical modification of carbon black as a filler for rubber compounds

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedstawiono wyniki badań plazmochemicznej modyfikacji powierzchni sadzy N330 w obrotowym reaktorze laboratoryjnym, przez który przepływała mieszanina reakcyjna argonu i 1,3-butadienu, inicjowanej wyładowaniem radiowym o częstotliwości 13,56 MHz. Badano wpływ parametrów procesu na stopień modyfikacji powierzchni sadzy. Oznaczono zmianę składu warstwy wierzchniej cząstek sadzy metodą spektroskopii jonów wtórnych z analizą czasu przelotu (ToF-SIMS), wielkość powierzchni właściwej cząstek sadzy metodą adsorpcji azotu (BET) oraz energię swobodną powierzchni sadzy i jej składowe za pomocą tensjometru metodą sorpcyjną. Największy stopień modyfikacji uzyskano w przypadku obróbki powierzchni sadzy za pomocą plazmy w butadienie, trwającej 5 min, po której kontynuowano przemywanie napełniacza gazem reakcyjnym przez kolejne 3 min w celu wysycenia centrów aktywnych na jego powierzchni. Tak zmodyfikowanej sadzy użyto jako napełniacza mieszanki z kauczuku naturalnego (NR). Porównano morfologię wulkanizatów (SEM, AFM, spektroskopia czasu życia pozytonów PALS) sporządzonych z udziałem sadzy przed i po obróbce plazmochemicznej oraz ich właściwości mechaniczne. Analiza mikroskopowa oraz widma PALS potwierdzają korzystny wpływ modyfikacji sadzy z punktu widzenia wzrostu oddziaływań na granicy faz oraz poprawy stopnia dyspersji i dystrybucji napełniacza w matrycy NR. Nie przejawiło się to niestety we wzroście wytrzymałości mechanicznej wulkanizatów, z uwagi na mniejszy stopień usieciowania kauczuku, spowodowany utlenieniem powierzchni cząstek sadzy w następstwie modyfikacji.

EN

Com. C black was treated with radio-frequency plasma (13.56 MHz) in Ar or 1,3-butadiene flow in a rotary lab. plasma reactor to activate its surface. The product was studied for surface grafting and oxidn., sp. surface area and surface energy and then used as filler for natural rubber. The highest degree of C black modification was reached after the butadiene plasma activation for 5 min followed by the monomer flowing through the reactor for another 3 min, in order to sat. active centers on its surface. After vulcanization, the rubber was studied for surface morphol. and mech. properties. The plasma-assisted modification of C black resulted in an improvement of interphase interactions and the degree of filler dispersion and distribution in the rubber matrix. No improvement of mech. properties of the rubber vulcanizates was, however, obsd.

Słowa kluczowe

PL

modyfikacja plazmochemiczna; sadza; mieszanka gumowa; wulkanizat; napełniacz; modyfikacja powierzchni

EN

plasma-assisted chemical modification; carbon black; rubber compounds; vulcanizates; filler; modification of surface

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przemysł Chemiczny
• Rocznik: 2012
• Tom: T. 91, nr 8
• Strony: 1508--1512
• Opis fizyczny: Bibliogr. 27 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Bieliński D. M.

• Instytut Inżynierii Materiałow Polimerowych i Barwników, Oddział Zamiejscowy Elastomerów i Technologii Gumy, Piastów
• Politechnika Łódzka

autor

Parys G.

• Instytut Inżynierii Materiałów Polimerowych i Barwników, Oddział Zamiejscowy Elastomerów i Technologii Gumy, Piastów

autor

Szymanowski H.

• Politechnika Łódzka

Bibliografia

• 1. D.M. Bieliński, O. Dobrowolski, G. Przybytniak, J. Appl. Polym. Sci. 2008, 110, 55.
• 2. S. Wolff, M.-J. Wang, Rubber Chem. Technol. 1992, 65, 329.
• 3. A. Chityala, W.J. van Ooij, Surf. Eng. 2000, 16, 299.
• 4. D. Shi, S.X. Wang, W.J. van Ooij, L.M. Wang, J. Zhao, M. Yu, Appl. Phys. Lett. 2001, 78, 1243.
• 5. G. Mathew, M.-Y. Huh, J.M. Rhee, M.-H. Lee, C. Nah, Polym. Adv. Technol. 2004, 15, 400.
• 6. M. Tiwari, W.K. Dierkes, J.W.M. Noordermeer, W.J. van Ooij, Polym. Adv. Technol. 2008, 19, 1672.
• 7. M. Tiwari, J.W.M. Noordermeyer, W.K. Dierkes, W.J. van Ooij, Rubber Chem. Technol. 2008, 81, 286.
• 8. M. Tiwari, R.N. Datta, A.G. Talma, J.W.M. Noordermeer, W.K. Dierkes, W.J. van Ooij, Rubber Chem. Technol. 2009, 82, 473.
• 9. W.K. Dierkes, M. Tiwari, R.N. Datta, A.G. Talma, J.W.M. Noordermeer, W.J. van Ooij, Rubber Chem. Technol. 2010, 83, 404.
• 10. M. Tiwari, W.K. Dierkes, R.N. Datta, A.G. Talma, J.W.M. Noordermeer, W.J. van Ooij, J. Adhes. Sci. Technol. 2011, 25, 2755.
• 11. T. Mathew, R.N. Datta, W.K. Dierkes, A.G. Talma, W.J. van Ooij, J.W.M. Noordermeer, Macromol. Mater. Eng. 2011, 296, nr 1, 42.
• 12. W.K. Dierkes, R. Guo, T. Mathew, M. Tiwari, R.N. Datta, A.G. Talma, J.W.M. Noordermeer, W.J. van Ooij, Kautsch. Gummi Kunstst. 2011, 64, nr 1–2, 28.
• 13. W.K. Dierkes, M. Tiwari, R.N. Datta, A.G. Talma, J.W.M. Noordermeer, W.J. Van Ooij, Gummi Fasern Kunstst. 2011, 64, nr 3, 153.
• 14. W.K. Dierkes, M. Tiwari, R.N. Datta, A.G. Talma, J.W.M. Noordermeer, W.J. van Ooij, Rubber Fibers Plastics 2011, 6, 21.
• 15. J.W.M. Noordermeer, R.N. Datta, W.K. Dierkes, R. Guo, T. Mathew, A.G. Talma, M. Tiwari, W. van Ooij, Surface modification of fillers and curatives by plasma polymerization for enhanced performance of single rubbers and dissimilar rubber/rubber blends [w:] Advanced Rubber Composites, (red. G. Heinrich), Advances in Polymer Science 2011, 239, 167.
• 16. H. Szymanowski, M. Gazicki-Lipman, M. Kaczmarek, L. Klimek, B. Woźniak, Surf. Coat. Technol. 2005, 200, 539.
• 17. Praca zbiorowa, Guma. Poradnik Inżyniera i Technika, (red. R. Gaczyński), WNT, Warszawa 1981 r.
• 18. S.J. Tao, J. Chem. Phys. 1972, 56, 5491.
• 19. D. Eldrup, D. Lightbody, J.N. Sherwood, J. Chem. Phys. 1981, 63, 51.
• 20. D.M. Bieliński, L. Ślusarski, O. Dobrowolski, P. Głąb, E. Dryzek, J. Dryzek, Kautsch. Gummi Kunstst. 2005, 58, 239.
• 21. P.J. Flory, J. Chem. Phys. 1943, 11, 521.
• 22. P.J. Flory, Principles of polymer chemistry, Cornell Univ. Press, Ithaca (NY), 1953 r.
• 23. A. Schröder, M. Klüppel, R.H. Schuster, J. Heidberg, Kautsch. Gummi Kunstst. 2001, 54, 260.
• 24. A. Schröder, M. Klüppel, R.H. Schuster, J. Heidberg, Carbon 2002, 40, 207.
• 25. R. Cotten, Rubber Chem. Technol. 1972, 45, 129.
• 26. G. Cotten, B.B. Bonstra, D. Rivin, F.R. Williams, Kautsch. Gummi Kunstst. 1979, 9, 477.
• 27. S.J. Park, M.K. Seo, Ch. Nah, J. Colloid Interface Sci. 2005, 291, 229.