Effect of dual fillers on the properties of acrylonitrile butadiene rubber nanocomposites in presence of compatibilizer

• Autorzy: Rajasekar R. , Nayak G.C. , Malas A. , Sahoo S. , Das C.K.

Warianty tytułu

PL

Wpływ dwuskładnikowego zespołu napełniaczy w obecności kompatybilizatora na właściwości nanokompozytów kauczuku butadienowo-akrylonitrylowego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Acrylonitrile butadiene rubber (NBR) nanocomposites containing nanoclay and carbon black were prepared in presence of compatibilizer. The nanoclay used in this study is Cloisite 20A and the compatibilizer used for dispersing nanoclay in NBR is epoxidized natural rubber (ENR). The preparation of NBR nanocomposites involves two step processes. Initially nanoclay was incorporated in ENR by solution mixing. The minimum loading of the obtained ENR-nanoclay composites (EC) were incorporated in NBR followed by the addition of carbon black. The changes obtained in the morphological, mechanical, swelling and compression set properties upon minimum loading of nanoclay in the carbon black filled NBR compounds were analysed and compared with gum and carbon black filled NBR systems. The morphological studies proved the intercalation of nanoclay in ENR. Incorporation of EC in NBR in presence of carbon black leads to partial exfoliation of nanoclay platelets in the NBR matrix. Curing studies depicted faster scorch time, cure time and increase in torque for the dual filler containing NBR compounds. Dynamic mechanical thermal analysis (DMTA) showed increase in storage modulus and lesser damping characteristics for the dual filler containing NBR compounds accompanied with significant improvement in mechanical, resistance to swelling and low compression set properties.

PL

Nanokompozyty kauczuku butadienowo-akrylonitrylowgo (NBR) zawierające nanoglinokrzemian (Cloisite 20A) i sadzę przygotowano w obecności kompatybilizatora. Jako kompatybilizatora ułatwiającego dyspergowanie nanokrzemianu w NBR użyto epoksydowanego kauczuku naturalnego (ENR). Proces przygotowania nanokompozytów NBR przebiegał dwuetapowo. Najpierw wprowadzano nanokrzemian do ENR przez mieszanie w roztworze. Niewielką ilość uzyskanych kompozytów ENR-nanokrzemian (EC) wprowadzono do NBR, a następnie dodawano sadzę. Przeanalizowano właściwości morfologiczne i mechaniczne oraz pęcznienie i odkształcenie trwałe tak zmodyfikowanych mieszanek. Uzyskane wyniki porównano z właściwościami mieszanek NBR napełnionych tylko sadzą oraz niezawierających napełniaczy. Badania morfologiczne potwierdziły interkalację nanokrzemianu w ENR Stwierdzono, że dodanie EC do NBR w obecności sadzy prowadzi do częściowej eksfoliacji płytek nanoglinokrzemianu w matrycy NBR. Mieszanki NBR zawierające obydwa napełniacze odznaczały się krótszym czasem podwulkanizacji, wulkanizacji i wzrostem momentu obrotowego. Analiza termiczna dynamiczno-mechaniczna (DMTA) wykazała wzrost składowej rzeczywistej modułu zespolonego i gorsze właściwości tłumiące mieszanek NBR zawierających dwuskładnikowy zespół napełniaczy, czemu towarzyszyła znacząca poprawa właściwości mechanicznych, odporności na pęcznienie oraz małe odkształcenie trwałe.

Słowa kluczowe

EN

nanocomposites; epoxidized natural rubber (ENR); nanoclay; acrylonitrile butadiene rubber (NBR); carbon black

PL

nanokompozyty; nanoglinokrzemian; sadza; epoksydowany kauczuk naturalny; ENR; kauczuk butadienowo-akrylonitrylowy; NBR

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Inżynierii Materiałów Polimerowych i Barwników
• Czasopismo: Elastomery
• Rocznik: 2011
• Tom: T. 15, nr 3
• Strony: 3--13
• Opis fizyczny: Bibliogr. 35 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Rajasekar R.

autor

Nayak G.C.

autor

Malas A.

autor

Sahoo S.

autor

Das C.K.

• Materials Science Centre, Indian Institute of Technology, Kharagpur-721 302, India,

Bibliografia

• 1. Pavlidou S., Papaspyrides C.D. A review on polymer-layered silicate nanocomposites. Progress in polymer science 2008, 33, 1119-1198.
• 2. Arroyo M., Lopez Manchado M.A., Herrero B. Organo-montmorillonite as substitute of carbon black in natural rubber compounds. Polymer 2003, 44, 2447-2453.
• 3. Chang Y., Yang Y., Ryu S., Nah C. Preparation and properties of EPDM/organomontmorillonite hybrid nanocomposites. Polymer International 2002, 51, 319-324.
• 4. Usuki A., Tukigase A., Kato M. Preparation and properties of EPDM-clay hybrids. Polymer 2002, 43, 2185-2189.
• 5. Duquesne S., Jama C., Le Bras M., Delobel R., Recourt P., Gloaguen J.M. Elaboration of EVA nanoclay systems - characterization, thermal behaviour and fire performance. Composites Science and Technology 2003, 63, 1141 -1 148.
• 6. Karger-Kocsis J., Zhang Z. Structure-property relationships in nanoparticle/semicrystalline thermoplastic composites, In: Balta Calleja JF, Michler GH, editors. Mechanical properties of polymers based on nanostructure and morphology, CRC Press, New York: Marcel Dekker; 2005, 547-596.
• 7. Reichert P., Nitz H., Klinke S., Brandsch R., Thomann R., Mulhaupt R.: Poly(propylene)/organoclay nanocomposite formation: influence of compatibilizer functionality and organoclay modification. Macromolecular Materials and Engineering 2000, 275, 8-17.
• 8. George K.M., Vakey J.K., Thomas K.T., Mathew N.M.: Epoxidized natural rubber as a reinforcement modifier for silica-filled nitrile rubber. Journal of Applied Polymer Science 2002, 85, 292-306.
• 9. Kantala C., Wimolmala E., Sirisinha C., Sombatsompop N.: Reinforcement of compatibilized NR/NBR blends by fly ash particles and precipitated silica. Polymers for Advanced Technologies 2009, 20, 448-458.
• 10. Noriman N.Z., Ismail H., Rashid A.A. Characterization of styrene butadiene rubber/recycled acrylonitrile-butadiene rubber (SBR/NBRr) blends: The effects of epoxidized natural rubber (ENR-50) as a compatibilizer. Polymer Testing 2010, 29, 200-208.
• 11. Arroyo M., Lopez-Manchado M.A., Valentin J. L., Carretero J.: Morphology/behavior relationship of nanocomposites based on natural rubber/epoxidized natural rubber blends. Composites Science and Technology 2007, 67, 1330-1339.
• 12. Teh P.L., Mohd Ishak Z.A., Hashim A.S., Karger-Kocsis J.: Effects of epoxidized natural rubber as a compatabilizer in melt compounded natural rubber-organoclay nanocomposites. European Polymer Journal 2004, 40, 2513-2521.
• 13. Varghese S., Karger-Kocsis J., Gatos K.G.: Melt compounded epoxidized natural rubber/layered silicate nanocomposites: structure-properties relationships. Polymer 2003, 44, 3977-3983.
• 14. Rajasekar R., Tanya Das, Kaushik Pal, Pal S.K, Zheng Peng, Ying Chen, Das C.K.: Use of ENR/Nanoclay Composites in NR gum compounds. Nano Trends: A Journal of Nanotechnology and its Applications 2007, 3, 1-15.
• 15. Rajasekar R., Kaushik Pal, Gert Heinrich, Amit Das, Das C.K.: Development of nitrile butadiene rubber-nanoclay composites with epoxidized natural rubber as compatibilizer. Materials and Design 2009, 30, 3839-3845.
• 16. Rajasekar R., Gert Heinrich, Amit Das, Das C.K. Development of SBR-nanoclay composites with epoxidized natural rubber as compatibilizer. Research letter in nanotechnology 2009, 405153, 1-5.
• 17. Rajasekar R., Das C.K. Elastomeric nanocomposites based on EPR and oil extended EPDM. Elastomery Journal 2009, ISSN PL 1427-3519, 3-11.
• 18. Zilg C., Thomann R., Mülhaupt R., Finter J.: Polyurethane nanocomposites containing laminated anisotropic nanoparticles derived from organophilic layered silicates. Advanced Materials 1999, 11, 49-52.
• 19. Ganter M., Gronski W., Reichert P., Mulhaupt R.: Rubber nanocomposites: Morphology and mechanical properties of BR and SBR vulcanizates reinforced by organophilic layered silicates. Rubber Chemistry and Technology 2001, 74, 221-235.
• 20. Teh P.L., Mohd Ishak Z.A., Hashim A.S., Karger-Kocsis J.: Effects of epoxidized natural rubber as a compatabilizer in melt compounded natural rubber - organoclay nanocomposites. European Polymer Journal 2004, 40, 2513-2521.
• 21. Zhang L.Q., Wang Y., Sui Y., Yu D.: Morphology and mechanical properties of clay/styrene-butadiene rubber nanocomposites. Journal of Applied Polymer Science 2000, 78, 1873-1878.
• 22. Vaia RA, Ginnelis E.P. Polymer Melt Intercalation in Organically-Modified Layered Silicates: Model Predictions and Experiment. Macromolecules 1997, 30, 8000-8009.
• 23. Praveen S., Chattopadhyay P.K., Albert P., Dalvi V.G., Chakraborty B.C., Chattopadhyay S.: Synergistic effect of carbon black and nanoclay fillers in styrene butadiene rubber matrix: Development of dual structure. Composites: Part A, 2009, 40, 309-316.
• 24. Franta I.: Elastomers and rubber compounding materials - Studies in polymer science. New York, NY: Elsevier Science Publishers, 1989.
• 25. Kim M.S., Kim G.H., Chowdhury S.R.: Polybutadiene rubber/organoclay nanocomposites: Effect of organoclay with various modifier concentrations on the vulcanization behavior and mechanical properties. Polymer Engineering and Science 2007, 47, 308-313.
• 26. Das A., Costa F.R., Wagenknecht U., Heinrich G.: Nanocomposites based on chloroprene rubber: Effect of chemical nature and organic modification of nanoclay on the vulcanizate properties. European Polymer Journal 2008, 44, 3456-3465.
• 27. Huang H.H., Wilkers G.L., Carlson J.G.:Structure-property behaviour of hybrid materials incorporating tetraethoxysilane with multifunctional poly(tetramethylene oxide). Polymer 1989, 30, 2001-2012.
• 28. Xie W., Hwu J.M., Jiang G.J., Buthelezi T.M., Pan W.P.: A study of the effect of surfactants on the properties of polystyrene-montmorillonite nanocomposites. Polymer Engineering and Science 2003, 43, 214-222.
• 29. Zou H., Xu W., Zhang Q., Fu Q.: Effect of alkyl ammonium salt on the dispersion and properties of poly(p-phenylene sulfide)/clay nanocomposites via melt intercalation. Journal of Applied Polymer Science 2006, 99, 1724-1731.
• 30. Manias E., Kuppa V., Yang D.K., Zax D.B.: Relaxation of polymers in 2 nm slit-pores: confinement induced segmental dynamics and suppression of the glass transition. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering aspects 2001, 187, 509-521.
• 31. Meneghett P.C.: Synthesis and properties of rubber-clay nanocomposites. Ph.D. Thesis, Case Western Reserve University, Cleveland, OH. 2005.
• 32. Abdul Kader M., Bhowmick A.K: Thermal ageing, degradation and swelling of acrylate rubber, fluororubber and their blends containing polyfunctional acrylates. Polymer degradation and stability 2003, 79, 283-295.
• 33. Othman A.B. Property profile of a laminated rubber bearing. Polymer Testing 2001, 20, 159-166.
• 34. Smith L.P. The Language of Rubber. Butterworth Heinemann: London 1993.
• 35. Hao P.T., Ismail H., Hashim A.S.: Blend of Natural Rubber with Different Types of Styrene Butadiene Rubber in Tire Tread Compounds. Paper presented at the 3rd Regional 1MT- GT Ininet Conference. Medan, Indonesia. 10-12 Oct. 2000.