تعديل الكربون الأسود وتطبيقه في المطاط

أسود الكربون هو مسحوق أسود غير متبلور فضفاض ، خفيف ، ناعم للغاية. إنه أهم حشو تقوية في صناعة المطاط ويستخدم على نطاق واسع في صناعات الطباعة والصباغة والمطاط ومعالجة البلاستيك والنقل. أظهرت الدراسات أن التعديل الكيميائي لأسود الكربون يمكن أن يحسن بشكل كبير الخصائص المختلفة لأسود الكربون ، وهو أيضًا موضوع ساخن في البحث الحالي حول أسود الكربون.

من أجل تلبية المتطلبات الخاصة لأداء أسود الكربون في بعض التطبيقات ، يمكن تحقيق الغرض من التعديل عن طريق المعالجة اللاحقة لأسود الكربون. بدءًا من تكوين العنصر والمجموعات الوظيفية السطحية لأسود الكربون ، هناك ثلاث طرق لتحسين التعديل المحب للماء لأسود الكربون: تعديل الأكسدة وتعديل الكسب غير المشروع وتعديل الطلاء.

تعديل الكسب غير المشروع

يعد تعديل الكسب غير المشروع أحد أكثر الطرق التي تمت دراستها على نطاق واسع لتعديل المطاط. تعديل الكسب غير المشروع هو تطعيم سلاسل بوليمر أو مركبات جزيئية منخفضة على سطح أسود الكربون وربطها بقوة بسطح أسود الكربون لمنع التجميع بين الجسيمات لتحقيق الغرض من التشتت.

1. تطعيم أسود الكربون والوزن الجزيئي المنخفض

يتحلل AO-80 (أحد مضادات الأكسدة العضوية) في ظل ظروف درجات الحرارة العالية لتوليد جزيئات حرة جزيئية صغيرة. في سائل ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج ، تُستخدم الجزيئات العضوية الصغيرة (AO-80) لتطعيم أسود الكربون على السطح لتحضير جزيئات عضوية صغيرة مطعمة جزيئات الكربون النانوية السوداء. تحليل خريطة حجم الجسيمات بعد تطعيم جزيئات AO-80 على سطح أسود الكربون يستنتج أن حجم الجسيمات لتجمعات أسود الكربون المعدل أصغر وأضيق.

2. تطعيم أسود الكربون المنشط والبوليمر

يمكن أن يؤدي استخدام خصائص عدد كبير من المجموعات الطرفية للبوليمرات مفرطة الامتياز ، وتعديل أسود الكربون مع البوليمرات شديدة التشعب بطرف خفيف ، إلى إضعاف تراكم جزيئات الكربون الأسود المعدلة. أسود الكربون المعدل بطعم البوليمر مفرط الامتياز: يتم ميثيل أسود الكربون أولاً ، ثم يتم تطعيم بولي مفرط الامتياز من النوع AB3 (أميد إيثيل) على سطح أسود الكربون.

3. التطعيم لالتقاط الجذور الحرة على سطح الكربون الأسود

سلفونات بوليسترين الصوديوم (PSS) عبارة عن بوليمر قابل للذوبان في الماء مع نشاط بيني جيد. في بيئة الموجات فوق الصوتية ، يخضع مونومر سلفونات ستايرين الصوديوم لبلمرة الجذور الحرة ، ويتم التقاط الجذور الحرة طويلة السلسلة للبوليمر المتولدة بواسطة سطح أسود الكربون لتحضير أسود الكربون المطعمة بالبوليمر.

تعديل الأكسدة

تتأكسد جزيئات الكربون الأسود بواسطة مادة مؤكسدة للخضوع للتعديل. يمكن أن تؤدي معالجة أكسدة أسود الكربون إلى تغيير مساحة السطح المحددة والمسامية والموصلية لأسود الكربون.

تعمل معالجة أكسدة السطح (أكسدة طور الغاز وأكسدة المرحلة السائلة) على زيادة نوع وعدد المجموعات الوظيفية المحتوية على الأكسجين على سطح أسود الكربون ، مما قد يزيد من المحتوى المتطاير لأسود الكربون ، ويقلل من درجة الحموضة ، ويحسن نشاط السطح والقطبية.

1. طريقة المرحلة الغازية

يعد تعديل الطور الغازي لأسود الكربون طريقة تعديل تقليدية. الأكسجين والأوزون والهواء الجاف والأكسجين الذري أو الهواء الرطب هي المواد المؤكسدة الرئيسية. يتم إدخال الغاز الخامل في ظروف مغلقة ، ثم ترتفع درجة الحرارة إلى درجة حرارة التفاعل ، ثم يتم إدخال مادة الأكسدة لتنفيذ تفاعل التعديل. بعد التفاعل ، يتم إدخال غاز خامل. تظهر النتائج التجريبية أنه كلما زاد وقت الاختبار وزادت درجة حرارة التفاعل ، كلما زادت المجموعات المحتوية على الأكسجين على سطح الكربون الأسود ، كلما كان التشتت أفضل في مصفوفة المطاط.

2. طريقة المرحلة السائلة

طريقة المرحلة السائلة ، والمعروفة أيضًا باسم طريقة الأكسدة الكيميائية ، هي طريقة تعديل يتفاعل فيها المؤكسد مع أسود الكربون لتوليد عدد قليل من الجذور وجذور الكربوكسيل والجذور الضوئية على سطح أسود الكربون. مركب Cabot Elastomer (CEC) الذي تم بحثه بواسطة Wang Mengjiao وآخرون هو أول حشو NR يتم إنتاجه بواسطة عملية خلط المرحلة السائلة المستمرة. هذه التكنولوجيا تجعل من الممكن حماية البيئة ، وانخفاض استهلاك الطاقة ، وعملية بسيطة ، وانخفاض استهلاك العمالة. مقارنةً بمركب المطاط الجاف ، يمكن لهذه المادة تحسين خصائص المطاط المفلكن بشكل كبير ، بما في ذلك تقليل فقد التباطؤ ، وتحسين مقاومة القطع ومقاومة الانثناء ، وزيادة مقاومة التآكل للمطاط المفلكن عند زيادة كمية الحشو.

تعديل طلاء

اخلط أسود الكربون مع أسود الكربون الأبيض المشتت بالماء لصنع ملاط ​​، أضف كمية مناسبة من الميثانول ، ميثيل ثلاثي إيثوكسي سيلان ، سيليكات الصوديوم ومشتتات أخرى لجعل أسود الكربون الأبيض يغطي سطح أسود الكربون ، والكربون المعدل الناتج يتم تعبئة الأسود في الإطارات وأحزمة النقل والبكرات المطاطية ، ويمكن أن يعطي المطاط المفلكن خصائص فيزيائية ممتازة مثل مقاومة التآكل العالية ، والتماسك العالي ومقاومة التدحرج المنخفضة.

تطبيق أسود الكربون المعدل في المطاط

في صناعة المطاط ، يستخدم أسود الكربون على نطاق واسع كعامل تقوية ، ويستخدم 90٪ من إنتاج أسود الكربون العالمي في صناعة المطاط.

• التطبيق في NR (المطاط الطبيعي)

يتم استخدام أسود الكربون المعدل بواسطة غاز الانحلال الحراري كعامل تقوية ويضاف إلى المطاط باستخدام HAF. مع زيادة كمية أسود الكربون المعدل ، يزداد إجهاد الشد بنسبة 300٪ للمركب المفلكن ، وتقل الاستطالة ، وتقل مجموعة الضغط. تم تقليل قوة التمزق.

تأثير تعديل غاز الانحلال الحراري- I و HAF على أداء NR

• التطبيق في EPDM (مطاط الإيثيلين بروبيلين ديين مونومر)

يتميز مطاط EPDM (EPDM) بمقاومة ممتازة للأوزون ومقاومة الشيخوخة. غالبًا ما يتم ملؤه بأسود الكربون المعدل عن طريق تطعيم مونومر جليسيديل ميثاكريلات (GMA) لتحسين معالجته وخصائصه الميكانيكية.

تم تعديل أسود الكربون بحمض دهني خفيف غير مشبع لتعزيز خصائص الفلكنة والفيزيائية والميكانيكية لمطاط EPDM. وجد أن إضافة الأحماض الدهنية غير المشبعة حسنت بشكل كبير من أداء التمزق وأداء الثني للمطاط المفلكن مع الحفاظ على الأداء العالي نسبيًا. يمكن تطبيق أداء شيخوخة الأكسجين الحراري الجيد بشكل جيد على منتجات المطاط الممتصة للصدمات.

• التطبيق في SBRL (مطاط ستايرين بوتادين مبركن)

مطاط الستايرين بوتادين هو مطاط صناعي شائع الاستخدام ، وله مزايا منخفضة التكلفة ومصادر واسعة. يتم استخدام سلفونات ستايرين الصوديوم لتعديل أسود الكربون لتحضير تعليق أسود الكربون مشتت بالنانو ، ثم يتم خلط المعلق الأسود الكربوني مع SBRL لتحضير SBRL المقوى باللون الأسود الكربوني ، والذي يتم تطبيقه على سائل إصلاح الإطارات.

• التطبيق في تسرب البولي يوريثين

في وجود البادئ benzoyl peroxide ، يتم تعديل سطح أسود الكربون العادي عضويًا باستخدام الستايرين.

مقارنة أداء أسود الكربون المضاف إلى مانع التسرب قبل التعديل وبعده

مادة مانعة للتسرب مصنوعة من مركب أسود الكربون المعدل لديها قوة شد جيدة ، وصلابة ، واستطالة وقوة قص ، وتقلل من التكلفة ، وتستخدم على نطاق واسع في مجالات الختم مثل البناء والسيارات.

مصدر المقال: شبكة مسحوق الصين