Modyfikacja polimerów za pomocą bombardowania jonowego. Cz. II. Modyfikacja funkcjonalnych właściwości gumy

• Autorzy: Ostaszewska U. , Pieczyńska D. , Bieliński D. M. , Jagielski J.

Warianty tytułu

EN

Modification of polymers with the application of ion beam bombardment. Part II. Modification of functional properties of rubber

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Powierzchnię gumy z kauczuków: naturalnego (NR), butadienowo-styrenowego (SBR), butadienowo-akrylonitrylowego (NBR) lub mieszanin NBR z kauczukiem chloroprenowym (NBR/CR) poddano działaniu wysokoenergetycznej wiązki jonów: He+, O+, Ar+ lub F+. Na podstawie zmiany składu chemicznego i struktury fizycznej makrocząsteczek kauczuku w warstwie wierzchniej oraz charakterystyki geometrycznej materiałów bombardowanych jonowo oceniano wpływ takiej metody modyfikacji na właściwości funkcjonalne badanych wulkanizatów. Oddziaływania wysokoenergetycznej wiązki jonów z makrocząsteczkami polimeru mają charakter bądź elastyczny (w ich wyniku następuje jonizacja i uwalnianie wodoru), bądź nieelastyczny (w efekcie których dochodzi do degradacji polimeru). Grafityzacja i większy stopień usieciowania warstwy wierzchniej wpływają na wzrost twardości gumy poddanej bombardowaniu jonowemu. Skurcz towarzyszący dosieciowaniu materiału skutkuje pojawiającą się na powierzchni wulkanizatów siatką mikropęknięć. Utlenianie oraz wzrost chropowatości zmienia zwilżalność powierzchni gumy oraz tarcie, a polaryzacja i rozwinięcie powierzchni zwiększają adhezję i bakteriostatyczność modyfikowanych wulkanizatów. Poddana bombardowaniu jonowemu warstwa wierzchnia gumy może stanowić barierę ochronną, zabezpieczającą wnętrze materiału przed działaniem różnego rodzaju czynników chemicznych lub biologicznych. W wyniku modyfikacji guma jest odporniejsza na starzenie (termiczne i ozonowe), stabilniejsza termicznie, korzystnie ogranicza się jej palność (tabela 5), zwiększa odporność na działanie paliwa a także bakterii.

EN

The surface of rubbers: natural (NR), styrene-butadiene (SBR) and acrylonitrile-butadiene (NBR) or its mixes with chloroprene rubber (NBR/CR) were subjected to high-energy He+, O+, Ar+ or F+ ion beam treatment. Based on the changes in the chemical composition and physical structure of rubber macromolecules in the surface layer and on the surface geometry of ion-irradiated materials, the effect of this modification on the functional properties of the vulcanizates was evaluated. Interactions between high energy ion beam and macromolecules are of elastic character (resulting in an ionization with release of hydrogen — Fig. 1), or inelastic, leading to the degradation of polymer. Graphitization, together with an increased degree of crosslinking of the surface layer, result in an increase in the microhardness of the rubber subjected to ion bombardment (Fig. 2). The shrinkage associated with higher crosslinking of the material causes the formation of a microcrack network on the vulcanizate surface (Fig. 3). The oxidation (Table 2) and the increased surface roughness, change the wettability of rubber surface (Fig. 7) and the friction (Fig. 4), while the polarization and surface development increase the adhesion (Table 3) and bacteriostaticity (Table 6) of the modified vulcanizates. The rubber surface layer subjected to ion bombardment can play a role of a protective barrier, which prevents the inside of material from the action of various chemical or biological factors. As a result of the modification, the rubber becomes more resistant to ageing (both thermal and ozone — Fig. 9), exhibits improved thermal stability (Table 4) and reduced flammability (Table 5) as well as the increased resistance to fuel (Fig. 10) and bacteria.

Słowa kluczowe

PL

guma; bombardowanie jonowe; warstwa wierzchnia; modyfikacja

EN

rubber; ion bombardment; surface layer; modification

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Chemii Przemysłowej
• Czasopismo: Polimery
• Rocznik: 2012
• Tom: T. 57, nr 2
• Strony: 124--134
• Opis fizyczny: Bibliogr. 30 poz.

Twórcy

autor

Ostaszewska U.

autor

Pieczyńska D.

autor

Bieliński D. M.

autor

Jagielski J.

• Instytut Inżynierii Materiałów Polimerowych i Barwników w Toruniu, Oddział Zamiejscowy Elastomerów i Technologii Gumy w Piastowie, ul. Harcerska 30, 05-820 Piastów,

Bibliografia

• 1. Bieliński D. M., Jagielski J., Lipiński P., Pieczyńska D., Ostaszewska U., Piątkowska A.: Am. Inst. Phys.: Conf. Proc. Ser. 2009, 1099, 357.
• 2. Lee E. H.: Nucl. Instr. Meth. 1999, B 151, 29.
• 3. Dong H., Bell T.: Surf. Coat. Technol. 1999, 111, 29.
• 4. Abdul-Kader A. M., Turos A., Grambole D., Jagielski J., Piątkowska A., Madi, N. K. Al-Maadeed M.: Nucl. Instr. Meth. 2005, B 240, 152.
• 5. Abdul-Kader A. M., Turos A., Jagielski J., Nowicki L., Ratajczak R., Stonert A., Al-Maadeed M.: Vacuum 2005, 78, 281.
• 6. Bieliński D. M., Tranchida D., Lipiński P., Jagielski J., Turos A.: Vacuum 2007, 81, 1256.
• 7. Jagielski J., Turos A., Abdul-Kader A. M., Piątkowska A., Bieliński D. M.: Nucl. Instr. Meth. 2007, B 261, 690.
• 8. Park J. W., Sohn C. W., Choi B. H.: Curr. Appl. Phys. 2006, 6, 188.
• 9. Jagielski J., Grambole D., Jóźwik I., Bieliński D. M., Ostaszewska U., Pieczyńska D.: Mater. Chem. Phys. 2011, 127, 342.
• 10. www.micromaterials.com
• 11. Bieliński D. M.: Kautsch. Gummi Kunstst. 2009, 62, 50.
• 12. Pieczyńska D., Ostaszewska U., Bieliński D. M., Jagielski J.: Polimery 2011, 56, 13.
• 13. Bieliński D. M., Ślusarski L., Affrossman S., Pethrick R. A.: Kautsch. Gummi Kunstst. 1998, 51, 429.
• 14. Bieliński D. M., Ślusarski L., Kleps T., Parasiewicz W.: Prog. Rubber Plast. Technol. 1999, 15, 123.
• 15. Ślusarski L., Zaborski M.: w "Advances in Polymer Blends and Alloys Technology" (red. Finlayson K.), Technomic Publishing Co., Lancaster (UK) 1993, t. IV, s. 163.
• 16. Ślusarski L., Zaborski M.: w "Polymer Blends Processing, Morphology and Properties", Plenum Press, New York -- London 1984, t. II, s. 143.
• 17. Anachkov M. P., Stefanova R. V., Rakovsky S. K.: J. Appl. Polym. Sci. 1989, 21, 429.
• 18. Ziegler J. F., Biersack J. P., Littmark U.: "The Stopping and Ranges of Ions in Solids", Pergamon Press, New York 1985, vol. 1.
• 19. Zgłosz. pat. P-383 453 (2007).
• 20. Bieliński D. M., Jagielski J., Pankiewicz D.: Gummi Fasern Kunstst. 2009, 62, 201.
• 21. Moore D.: "Friction and Lubrication of Elastomers", Pergamon Press, Oxford -- New York -- Toronto -- Sydney -- Braunschweig 1972.
• 22. Bowden F. P., Tabor D.: "Friction. An Introduction to Tribology", Anchor Press, Doubleday Garden City -- New York 1973.
• 23. Bieliński D. M.: "Tribologia elastomerów i gumy z perspektywy inżynierii materiałowej", Wyd. Naukowe Instytutu Technologii Eksploatacji -- PIB, Radom 2009.
• 24. Harrick N. J.: "Internal Reflectance Spectroscopy", Wiley -- Interscience, New York 1967.
• 25. Garbassi F., Morra M. Occhiello E.: "Polymer Surfaces. From Physics to Technology", John Wiley & Sons, Chichester -- New York -- Weinheim -- Brisbane -- Singapore -- Toronto 1998.
• 26. Borutto A., Crivellone C., Marani F.: Wear 1998, 222, 57.
• 27. Zgłosz. pat. P-392 815 (2010).
• 28. Smith L. P.: "The Language of Rubber", Butterworth -- Heinemann, Oxford 1993.
• 29. Lipiński P., Bieliński D. M., Okrój W., Jakubowski W., Klimek L., Jagielski J.: Vacuum 2009, 83, S200.
• 30. Carlson J. D., Bares J. E., Guzman A. M., Pronko P. P.: Nucl. Instr. Meth. 1985, B 7/8, 507.