Nanokompozyty elastomerowe zawierające glinokrzemiany warstwowe

• Autorzy: Kunert, A. , Zaborski, M.

Warianty tytułu

EN

Nanocomposites of elastomer and phyllosilicates

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Celem pracy było otrzymanie wzmocnionych nanokompozytów zawierających minerały warstwowe typu montmorylonitów. Wybrano montmorylonity pochodzenia naturalnego oraz syntetycznego. Określono wpływ następujących parametrów na właściwości kompozytów: rodzaj modyfikatora, obecność grup funkcyjnych w kauczuku, substancje dyspergujące, obróbka mechaniczna napełniacza, sposób sporządzania mieszanek oraz rodzaj przyśpieszacza. Sporządzono kompozyty z udziałem kauczuku butadienowo-akrylonitrylowego (NBR) oraz jego pochodnej, zawierającej grupy funkcyjne-karboksylowanego kauczuku butadienowo-akrylonitrylowego (XNBR). Wpływ montmorylonitów na właściwości kauczuków określono, oznaczając kinetykę wulkanizacji mieszanek, gęstość usieciowania wulkanizatów, ich wytrzymałość mechaniczną na rozciąganie, właściwości histerezyjne i relaksacyjne oraz właściwości dynamiczne. Wulkanizaty scharakteryzowano również za pomocą dyfrakcji promieni rentgena, analizy SEM z EDS oraz AFM. Wykazano, iż większą aktywnością odznaczają się montmorylonity naturalne, w porównaniu z syntetycznymi. Prawdopodobnie mniejszy efekt wzmacniający glinokrzemianów syntetycznych związany jest z obecnością w ich strukturach kwarcu. Na zwiększenie aktywności tego typu napełniaczy ma wpływ odpowiednia modyfkacja solą amoniową z dwoma dominującymi łańcuchami oktadecylowymi. Tak zmodyfkowane montmorylonity odznaczają się zwiększoną adhezją do kauczuku butadienowo-akrylonitrylowego usieciowanego wobec dibutyloditiokarbaminianu cynku. Sporządzanie mieszanek jednoetapowo, z wykorzystaniem walcarki, daje lepsze rezultaty niż dwuetapowo, za pomocą mieszarki zamkniętej i walcarki. Zwiększenie wytrzymałości mechanicznej wulkanizatów ma miejsce również wobec małych zawartości montmorylonitu syntetycznego niemodyfkowanego oraz substancji dyspergującej – bromku dimetylobenzyloalkilowego. Montmorylonit naturalny, interkalowany solą dimetylohydroalkiloamoniową, z dominującymi łańcuchami oktadecylowymi, użytą w odpowiednim stężeniu (C > CEC, kationowa zdolność wymienna) zwiększa ponad 2,5-krotnie wytrzymałość mechaniczną kauczuku butadienowo-akrylonitrylowego. Efekt wzmacniający zwiększa się dodatkowo wobec grup karboksylowych w kauczuku. Otrzymane nanokompozyty odznaczają się bardzo równomierną dyspersją i dystrybucją napełniacza. Za znaczne wzmocnienie wytrzymałości mechanicznej na rozciąganie odpowiedzialna jest również dobra adhezja do elastomeru z jednej strony, z drugiej zaś drugorzędowa „struktura” płytkowego napełniacza, zapewniająca rozpraszanie naprężeń. Nanokompozyty elastomerowe zawierające napełniacze warstwowe charakteryzują się również dobrymi właściwościami barierowymi.

EN

The aim of the present study was to obtain reinforced elastomeric nanocomposites filled with layered phyllosilicates – montmorillonites. The fillers were of synthetic and natural origin. The effect of the modifer type of montmorillonite, the present of functional groups in elastomer, dispersing agent, milling of the filler, the way of mixing and the kind of sulfur accelerator on the properties of filled acrylonitrile-butadiene rubber (NBR) were assessed. Carboxyated acrylonitrile-butadiene rubber (XNBR) was choosed as polymer with functional groups. The effect of montmorillonites was assesed by rheometric properties, density of vulcanizate cross-linking, dynamic mechanical properties, mechanical properties – tensile strength and hysteresis and relaxation properties. The vulcanizates were also characterized by SEM with EDS and AFM analysis. Montmorillonites of natural origin are more active fillers than phyllosilicates of sythetic origin. Lesser reinforcening effect of the last one is probably connected with the presence of quartz (max. at 9°2O – fig. 2, 3, 5, 6). But the proper modifcation with dimethylodialkylammonium salt with two oktadecyl chains increases the activity of synthetic montmorillonite (Table 6). Appropriate accelerator – zinc dibuthylditiocarbamate (ZDBC) boosts the adhesion between this kind of modifed fller and acrylonitrile-butadiene rubber (fig. 9). Moreover, it has been shown, that one stage process of mixing, with the use of a laboratory two-roll mill is more effective way of composite synthesis, than two-stage process, using at frst internal mixer (fig. 12, Table 9). Dispersive agent – dimethylobenzylalkylammonium bromide also inreases the tensile strength of vulcanizates, filled with unmodifed sythetic montmorillonite (fig. 11, Table 7). Natural montmorillonite, modifed with dimethyldihydroalkylammonium chloride, used in the proper concentration (C > CEC), in a content of 20 parts by wt. improves to the highest extent the tensile strength of NBR vulcanizates (2,5 times) (fig. 14). The presence of functional groups in elastomer increases the reinforcening effect of modifed natural montmorillonite (fig. 19). Obtained composites are distinguished by very well dispersion and distribution of modifed filler (fig. 15, 16, 21). Very excellent adhesion and tendency to form lattice in the elastomer seem to be responsible for reinforcening effect. Composites with natural montmorillonites also exhibit very well barrier properties (Table 11).

Słowa kluczowe

PL

nanokompozyty; glikokrzemiany; kompozyty

• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2006
• Tom: Vol. 27, nr 6
• Strony: 1306-1314
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kunert, A.

autor

Zaborski, M.

• Politechnika Łódzka, Instytut Technologii Polimerów i Barwników,

Bibliografia

• [1] A. Usuki, Y. Kojima, M. Kawasumi, A. Okada, Y. Fukushima, T. Kurauchi, O. Kamigatio: J. Mater. Res., 8 (1993) 1179
• [2] A. Usuki, A. Koiwai, Y. Kojima, M. Kawasumi, A. Okada, T. Kurauchi, O. Kamigatio: J. Appl. Polym. Sci., 55 (1995) 119
• [3] M. Alexandre, P. Dubois: Mat. Sci. Eng., Reports: Rev. J., 28 (2000) 1.
• [4] S. S. Ray, M. Okamoto: Prog. Polym. Sci., 28 (2003) 1539
• [5] M. Okamoto: „Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology”, (H.S. Nalwa, ed.), vol. 8, American Scintific Publishers 2004
• [6] G . Beyer: Plast. Additiv. Compound., 10 (2002) 22
• [7] S. J. Ahmadi, Y. D. Huang, W. Li: J. Mat. Sci., 39 (2004) 1919
• [8] United States patent No. 4,739,007, 1998
• [9] F R patent No. 10023647, 2005
• [10] F R patent No. 0005872, 2004
• [11] A. Kunert, M. Zaborski: Elastomery, 57 (2006) 3
• [12] A. Kunert, M. Zaborski: Elastomery, 58 (2006) 3
• [13] M. Zaborski, A. Kunert: Wpływ zespołu sieciującego na aktywność warstwowych glinokrzemianów w kauczuku butadienowo-akrylonitrylowym, Przem. Chem. 85/8-9 (2006)