Modificación del negro de carbón y su aplicación en caucho.
El negro de carbón es un carbón amorfo en polvo negro suelto, ligero, extremadamente fino. Es el relleno de refuerzo más importante en la industria del caucho y se usa ampliamente en las industrias de impresión y teñido, caucho, procesamiento de plásticos y transporte. Los estudios han demostrado que la modificación química del negro de carbón puede mejorar en gran medida varias propiedades del negro de carbón, que también es un tema candente en la investigación actual sobre el negro de carbón.
Para cumplir con los requisitos especiales para el rendimiento del negro de carbón en algunas aplicaciones, el propósito de la modificación se puede lograr procesando posteriormente el negro de carbón. A partir de la composición del elemento y los grupos funcionales de la superficie del negro de humo, hay tres formas de mejorar la modificación hidrófila del negro de humo: modificación por oxidación, modificación por injerto y modificación por recubrimiento.
Modificación de injerto
La modificación por injerto es uno de los métodos de modificación del caucho más ampliamente estudiados. La modificación por injerto consiste en injertar cadenas de polímero o compuestos de bajo peso molecular en la superficie del negro de carbón y unirlos firmemente a la superficie del negro de carbón para evitar la agregación entre partículas para lograr el propósito de la dispersión.
- Injerto de negro de humo y bajo peso molecular
AO-80 (un antioxidante orgánico) se descompone en condiciones de alta temperatura para generar pequeños radicales libres moleculares. En el fluido de CO2 supercrítico, se utilizan pequeñas moléculas orgánicas (AO-80) para injertar negro de carbón en la superficie y preparar pequeñas moléculas orgánicas. Nano partículas de negro de carbón injertadas. El análisis del mapa de tamaño de partícula después de injertar moléculas de AO-80 en la superficie del negro de carbón llega a la conclusión de que el tamaño de partícula de los agregados de negro de carbón modificado es más pequeño y más estrecho.
- Injerto de polímero y negro de carbón activado
La utilización de las características de un gran número de grupos terminales de polímeros hiperramificados y la modificación del negro de humo con polímeros hiperramificados de extremos ligeros pueden debilitar la agregación de partículas de negro de humo modificadas. Negro de humo modificado con injerto de polímero hiperramificado: primero se metila el negro de humo y luego se injerta poli (amida etilo) hiperramificado de tipo AB3 sobre la superficie del negro de humo.
- Injerto para capturar radicales libres en la superficie del negro de carbón.
El poliestireno sulfonato de sodio (PSS) es un polímero soluble en agua con buena actividad interfacial. En un entorno ultrasónico, el estireno sulfonato de sodio monómero sufre una polimerización de radicales libres, y los radicales libres de cadena larga del polímero generados son capturados por la superficie del negro de humo para preparar negro de humo injertado con polímero.
Modificación de oxidación
Las partículas de negro de humo son oxidadas por un oxidante para sufrir modificaciones. El tratamiento de oxidación del negro de humo puede cambiar la superficie específica, la porosidad y la conductividad del negro de humo.
El tratamiento de oxidación superficial (oxidación en fase gaseosa y oxidación en fase líquida) aumenta el tipo y número de grupos funcionales que contienen oxígeno en la superficie del negro de carbón, lo que puede aumentar el contenido volátil del negro de carbón, reducir el pH y mejorar la actividad superficial y la polaridad.
- Método de fase gaseosa
La modificación en fase gaseosa del negro de humo es un método de modificación tradicional. El oxígeno, el ozono, el aire seco y el oxígeno atómico o el aire húmedo son los principales oxidantes. El gas inerte se introduce en condiciones cerradas, luego se eleva la temperatura a la temperatura de reacción y luego se introduce el oxidante para realizar la reacción de modificación. Después de la reacción, se introduce gas inerte. Los resultados experimentales muestran que a medida que aumenta el tiempo de prueba y aumenta la temperatura de reacción, cuanto más grupos que contienen oxígeno en la superficie del negro de humo, mejor es la dispersabilidad en la matriz de caucho.
- Método de fase líquida
El método de fase líquida, también conocido como método de oxidación química, es un método de modificación en el que un oxidante reacciona con el negro de humo para generar algunos radicales, radicales carboxilo y radicales ligeros en la superficie del negro de humo. El compuesto de elastómero Cabot (CEC) investigado por Wang Mengjiao y otros es el primer masterbatch de relleno NR producido mediante un proceso continuo de mezcla en fase líquida. Esta tecnología hace posible la protección del medio ambiente, bajo consumo de energía, proceso simple y bajo consumo de mano de obra. En comparación con el compuesto de caucho seco, este material puede mejorar significativamente las propiedades del caucho vulcanizado, incluida la reducción de la pérdida por histéresis, la mejora de la resistencia al corte y la resistencia a la flexión, y el aumento de la resistencia al desgaste del caucho vulcanizado cuando se aumenta la cantidad de relleno.
Modificación de revestimiento
Mezcle negro de humo con negro de humo blanco disperso en agua para hacer una suspensión, agregue una cantidad adecuada de metanol, metil trietoxisilano, silicato de sodio y otros dispersantes para hacer que el negro de humo blanco cubra la superficie del negro de humo y el carbono modificado resultante. El negro está relleno En neumáticos, cintas transportadoras y rodillos de caucho, puede dar al caucho vulcanizado excelentes propiedades físicas, como alta resistencia al desgaste, alto agarre y baja resistencia a la rodadura.
Aplicación de negro de humo modificado en caucho
En la industria del caucho, el negro de humo se usa ampliamente como agente de refuerzo, y el 90% de la producción mundial de negro de humo se usa en la industria del caucho.
- Aplicación en NR (caucho natural)
El negro de humo modificado por el gas de pirólisis se utiliza como agente de refuerzo y se añade al caucho con HAF. A medida que aumenta la cantidad de negro de humo modificado, aumenta la tensión de tracción del 300% del compuesto vulcanizado, disminuye el alargamiento y disminuye la deformación por compresión. Se ha reducido la resistencia al desgarro.
El efecto de la modificación del gas de pirólisis-I y HAF sobre el rendimiento de NR
| Rendimiento | HAF / negro de humo modificado con gas de pirólisis II | ||||
| 100/0 | 70/30 | 50/50 | 30/70 | 0/100 | |
| 300% tensión de alargamiento fija / MPa | 8,3 | 8,2 | 8,8 | 9,0 | 9,5 |
| Resistencia a la tracción / MPa | 32,5 | 39,7 | 27,1 | 26,5 | 23,1 |
| Alargamiento a la rotura /% | 586 | 593 | 548 | 535 | 496 |
| Deformación permanente/% | 36,4 | 30,8 | 26,8 | 22,6 | 24,0 |
| Dureza / grado Sauer A | 61,5 | 58 | 58 | 60 | 61 |
| Coeficiente de resistencia al frío (-40 ℃) | 0,8 | 0,83 | 0,84 | 0,8 | 0,8 |
- Aplicación en EPDM (caucho de monómero de etileno propileno dieno)
El caucho EPDM (EPDM) tiene una excelente resistencia al ozono y al envejecimiento. A menudo se rellena con negro de humo modificado mediante injerto de monómero de metacrilato de glicidilo (GMA) para mejorar su procesamiento y propiedades mecánicas.
El negro de carbón se modificó con ácido graso ligero insaturado para mejorar la vulcanización y las propiedades físicas y mecánicas del caucho EPDM. Se encontró que la adición de ácido graso insaturado mejoró significativamente el comportamiento de desgarro y el comportamiento de flexión del caucho vulcanizado mientras se mantenía un comportamiento relativamente alto. Un buen comportamiento de envejecimiento del oxígeno térmico se puede aplicar bien a los productos de caucho que absorben los golpes.
- Aplicación en SBRL (caucho de estireno butadieno vulcanizado)
El caucho de estireno butadieno es un látex industrial de uso común, que tiene las ventajas de bajo costo y amplias fuentes. El estireno sulfonato de sodio se usa para modificar el negro de humo para preparar una suspensión de negro de humo nano-dispersada, y luego la suspensión de negro de humo se mezcla con SBRL para preparar SBRL reforzado con negro de humo modificado, que se aplica al fluido de reparación de neumáticos.
- Aplicación en sellador de poliuretano
En presencia del iniciador peróxido de benzoílo, la superficie del negro de humo ordinario se modifica orgánicamente con estireno.
Comparación del rendimiento del negro de humo agregado al sellador antes y después de la modificación
| proyecto | Sellador antes de la modificación | Sellador modificado |
| Resistencia a la tracción / MPa | 3,2 | 4,43 |
| Alargamiento a la rotura /% | 423 | 597 |
| Resistencia al corte / MPa | 1,9 | 2,6 |
| Dureza / grado Sauer A | 40 | 42 |
| Resistencia al hundimiento / mm | 3,64 | 6,84 |
El sellador hecho de compuesto de negro de humo modificado tiene buena resistencia a la tracción, dureza, alargamiento y resistencia al corte, y reduce el costo, y se usa ampliamente en campos de sellado como la construcción y los automóviles.
Fuente del artículo: China Powder Network