اصلاح سیاه کربنی و کاربرد آن در لاستیک

کربن سیاه یک کربن بی شکل شفاف ، سبک ، بسیار ریز ، سیاه و پودری است. این مهمترین پرکننده تقویت کننده در صنعت لاستیک است و به طور گسترده در صنایع چاپ و رنگرزی ، لاستیک ، پردازش پلاستیک و حمل و نقل استفاده می شود. مطالعات نشان داده است که اصلاح شیمیایی سیاه کربن می تواند خواص مختلف سیاه کربن را تا حد زیادی بهبود بخشد ، که این نیز یک موضوع داغ در تحقیقات کنونی در مورد سیاه کربن است.

به منظور برآوردن الزامات ویژه برای عملکرد سیاه کربن در برخی از برنامه ها ، می توان هدف از اصلاح را پس از پردازش سیاه کربن بدست آورد. با شروع از ترکیب عنصر و گروههای عملکردی سطح کربن سیاه ، سه راه برای افزایش اصلاح آبدوست سیاه کربن وجود دارد: اصلاح اکسیداسیون ، اصلاح پیوند و اصلاح پوشش.

اصلاح پیوند

اصلاح پیوند یکی از متداول ترین روشهای اصلاح لاستیک است. اصلاح پیوند عبارت است از پیوند زنجیره های پلیمری یا ترکیبات کم مولکولی در سطح کربن سیاه و محکم اتصال آنها به سطح سیاه کربن برای جلوگیری از تجمع بین ذرات برای رسیدن به هدف پراکندگی.

1.  پیوند سیاه کربن و وزن مولکولی کم

AO-80 (آنتی اکسیدان آلی) در شرایط دمای بالا تجزیه می شود تا رادیکالهای مولکولی کوچک ایجاد کند. در مایع فوق بحرانی CO₂ ، از مولکولهای آلی کوچک (AO-80) برای پیوند سیاه کربن روی سطح برای آماده سازی مولکولهای آلی کوچک پیوند شده نانو کربن سیاه استفاده می شود. تجزیه و تحلیل نقشه اندازه ذرات پس از پیوند دادن مولکولهای AO-80 روی سطح سیاه کربن به این نتیجه می رسد که اندازه ذرات سنگدانه های سیاه کربن اصلاح شده کوچکتر و باریک تر است.

2. پیوند زدن کربن سیاه و پلیمر

استفاده از ویژگی های تعداد زیادی از گروه های انتهایی پلیمرهای شاخه دار و تغییر رنگ کربن سیاه با پلیمرهای دارای شاخه های روشن بالا می تواند تجمع ذرات کربن سیاه اصلاح شده را تضعیف کند. پیوند پلیمری فوق شاخه ای سیاه کربن را اصلاح کرد: کربن سیاه ابتدا متیله می شود و سپس پلی ابر شاخه ای نوع AB₃ (آمید اتیل) روی سطح سیاه کربن پیوند زده می شود.

3. پیوند زدن برای جذب رادیکال های آزاد در سطح سیاه کربن

پلی استایرن سولفونات سدیم (PSS) یک پلیمر محلول در آب با فعالیت سطحی خوب است. در یک محیط مافوق صوت ، مونومر سدیم سولفونات سدیم تحت پلیمریزاسیون رادیکال آزاد قرار می گیرد و رادیکال های آزاد زنجیره بلند پلیمر تولید شده توسط سطح سیاه کربن جذب می شوند تا پلیمر سیاه کربنی پیوند شده را آماده کند.

اصلاح اکسیداسیون

ذرات کربن سیاه توسط یک اکسیدکننده اکسید می شوند تا اصلاح شوند. عملیات اکسیداسیون سیاه کربن می تواند مساحت سطح خاص ، تخلخل و رسانایی سیاه کربن را تغییر دهد.

درمان با اکسیداسیون سطحی (اکسیداسیون فاز گازی و اکسیداسیون فاز مایع) باعث افزایش نوع و تعداد گروه های عملکردی حاوی اکسیژن در سطح سیاه کربن می شود که می تواند میزان فرار سیاه کربن را افزایش داده ، pH را کاهش داده و فعالیت و قطبیت سطح را بهبود بخشد.

1. روش فاز گاز

اصلاح فاز گاز سیاه کربن یک روش اصلاح سنتی است. اکسیژن ، ازن ، هوای خشک و اکسیژن اتمی یا هوای مرطوب اصلی ترین اکسید کننده ها هستند. گاز بی اثر در شرایط بسته وارد می شود و سپس دما به دمای واکنش افزایش می یابد و سپس اکسیدان برای انجام واکنش اصلاح معرفی می شود. پس از واکنش ، گاز بی اثر وارد می شود. نتایج تجربی نشان می دهد که با افزایش زمان آزمایش و افزایش دمای واکنش ، هرچه گروه های حاوی اکسیژن در سطح کربن سیاه بیشتر باشد ، پراکندگی در ماتریس لاستیکی بهتر است.

2. روش فاز مایع

روش فاز مایع ، که به عنوان روش اکسیداسیون شیمیایی نیز شناخته می شود ، یک روش اصلاح است که در آن یک اکسیدان با سیاه کربن واکنش داده و چند رادیکال ، رادیکال کربوکسیل و رادیکال سبک را در سطح سیاه کربن ایجاد می کند. کامپوزیت Cabot Elastomer (CEC) که توسط Wang Mengjiao و دیگران مورد بررسی قرار گرفته است ، اولین مستربچ پرکننده NR است که توسط یک فرآیند اختلاط فاز مایع مداوم تولید شده است. این فناوری باعث حفاظت از محیط زیست ، مصرف کم انرژی ، فرآیند ساده و مصرف کم نیروی کار می شود. در مقایسه با ترکیب لاستیک خشک ، این ماده می تواند به طور قابل توجهی خواص لاستیک ولکانیزه را بهبود بخشد ، از جمله کاهش تلفات هیسترزیس ، بهبود مقاومت در برابر برش و مقاومت در برابر خم شدن و افزایش مقاومت در برابر سایش لاستیک ولکانیزه در هنگام افزایش مقدار پرکننده.

اصلاح پوشش

رنگ سیاه را با کربن سیاه سفید پراکنده در آب مخلوط کنید تا دوغاب ایجاد شود ، مقدار مناسب متانول ، متیل تری اتوکسی سیلان ، سیلیکات سدیم و سایر مواد پخش کننده را اضافه کنید تا پوشش سیاه کربنی سفید سطح کربن سیاه و کربن اصلاح شده حاصل شود. رنگ مشکی در لاستیک ها ، تسمه های نقاله و غلطک های لاستیکی پر شده است ، می تواند به لاستیک ولکانیزه خواص فیزیکی عالی مانند مقاومت در برابر سایش بالا ، چسبندگی بالا و مقاومت در برابر نورد کم بدهد.

کاربرد سیاه کربن اصلاح شده در لاستیک

در صنعت لاستیک ، کربن سیاه به طور گسترده ای به عنوان عامل تقویت کننده استفاده می شود و 90 درصد از تولید جهانی کربن سیاه در صنعت لاستیک استفاده می شود.

• کاربرد در NR (لاستیک طبیعی)

سیاه کربنی که توسط گاز پیرولیز اصلاح شده است ، به عنوان یک عامل تقویت کننده استفاده می شود و با HAF به لاستیک اضافه می شود. با افزایش مقدار سیاه کربن اصلاح شده ، تنش کششی 300٪ ترکیب ولکانیزه افزایش می یابد ، طول کشش کاهش می یابد و مجموعه فشرده سازی کاهش می یابد. قدرت پارگی کاهش یافته است.

تاثیر اصلاح گاز پیرولیز-I و HAF بر عملکرد NR

• کاربرد در EPDM (لاستیک مونومر اتیلن پروپیلن دین)

لاستیک EPDM (EPDM) دارای مقاومت عالی در برابر ازن و پیری است. اغلب با کربن سیاه اصلاح شده توسط پیوند مونومر گلیسیدیل متاکریلات (GMA) برای بهبود خواص پردازشی و مکانیکی آن پر می شود.

کربن سیاه با اسید چرب اشباع نشده غیر اشباع برای افزایش ولکانیزاسیون و خواص فیزیکی و مکانیکی لاستیک EPDM اصلاح شد. مشخص شد که افزودن اسید چرب اشباع نشده عملکرد پارگی و خم شدن لاستیک ولکانیزه را در عین حفظ عملکرد نسبتاً بالا بهبود می بخشد. عملکرد پیری اکسیژن حرارتی خوب را می توان به خوبی روی محصولات لاستیکی جذب شوک اعمال کرد.

• کاربرد در SBRL (لاستیک استایرن بوتادین ولکانیزه)

لاستیک استایرن بوتادین یک لاتکس صنعتی معمولی است که از مزایای منابع کم هزینه و گسترده برخوردار است. سولفونات سدیم سولفونات برای اصلاح سیاه کربن برای تهیه سوسپانسیون سیاه کربن نانو پراکنده استفاده می شود و سپس سوسپانسیون سیاه کربنی با SBRL مخلوط می شود تا SBRL تقویت شده با کربن سیاه اصلاح شده تهیه شود که برای مایع تعمیر لاستیک استفاده می شود.

• کاربرد در درزگیر پلی اورتان

در حضور آغازگر بنزوئیل پراکسید ، سطح سیاه کربن معمولی به طور ارگانیک با استایرن اصلاح می شود.

مقایسه عملکرد کربن سیاه اضافه شده به سیلانت قبل و بعد از اصلاح

سیلانت ساخته شده از ترکیب سیاه کربن اصلاح شده دارای استحکام کششی ، سختی ، افزایش طول و مقاومت برشی خوبی است و هزینه آن را کاهش می دهد و به طور گسترده ای در زمینه آب بندی مانند ساخت و ساز و خودرو استفاده می شود.

منبع مقاله: China Powder Network