Modification du noir de carbone et son application dans le caoutchouc

Le noir de carbone est un carbone amorphe poudreux noir lâche, léger, extrêmement fin. C’est la charge de renforcement la plus importante de l’industrie du caoutchouc et elle est largement utilisée dans les industries de l’impression et de la teinture, du caoutchouc, de la transformation du plastique et du transport. Des études ont montré que la modification chimique du noir de carbone peut grandement améliorer diverses propriétés du noir de carbone, qui est également un sujet brûlant dans la recherche actuelle sur le noir de carbone.

Afin de répondre aux exigences particulières de performance du noir de carbone dans certaines applications, le but de la modification peut être atteint en post-traitant le noir de carbone. En partant de la composition des éléments et des groupes fonctionnels de surface du noir de carbone, il existe trois manières d’améliorer la modification hydrophile du noir de carbone : la modification par oxydation, la modification par greffage et la modification du revêtement.

Modification du greffon

La modification du greffon est l’une des méthodes de modification du caoutchouc les plus étudiées. La modification du greffon consiste à greffer des chaînes polymères ou des composés de faible poids moléculaire à la surface du noir de carbone et à les lier fermement à la surface du noir de carbone pour empêcher l’agrégation entre les particules afin d’atteindre l’objectif de dispersion.

1. Greffage de noir de carbone et de bas poids moléculaire

L’AO-80 (un antioxydant organique) se décompose dans des conditions de température élevée pour générer de petits radicaux libres moléculaires. Dans le fluide CO₂ supercritique, de petites molécules organiques (AO-80) sont utilisées pour greffer du noir de carbone sur la surface pour préparer de petites molécules organiques Des nanoparticules de noir de carbone greffées. L’analyse de la carte granulométrique après greffage des molécules d’AO-80 sur la surface du noir de carbone permet de conclure que la granulométrie des agrégats de noir de carbone modifié est plus petite et plus étroite.

2. Greffage de noir de charbon actif et de polymère

L’utilisation des caractéristiques d’un grand nombre de groupes terminaux de polymères hyperramifiés et la modification du noir de carbone avec des polymères hyperramifiés légers peuvent affaiblir l’agrégation des particules de noir de carbone modifié. Noir de carbone modifié par greffage de polymère hyperramifié : le noir de carbone est d’abord méthylé, puis un poly(amide éthyle) hyperramifié de type AB₃ est greffé à la surface du noir de carbone.

3. Le greffage pour capturer les radicaux libres à la surface du noir de carbone

Le polystyrène sulfonate de sodium (PSS) est un polymère hydrosoluble avec une bonne activité interfaciale. Dans un environnement à ultrasons, le monomère styrène sulfonate de sodium subit une polymérisation radicalaire et les radicaux libres à longue chaîne du polymère générés sont capturés par la surface du noir de carbone pour préparer du noir de carbone greffé au polymère.

Modification de l’oxydation

Les particules de noir de carbone sont oxydées par un oxydant pour subir une modification. Le traitement d’oxydation du noir de carbone peut modifier la surface spécifique, la porosité et la conductivité du noir de carbone.

Le traitement d’oxydation de surface (oxydation en phase gazeuse et oxydation en phase liquide) augmente le type et le nombre de groupes fonctionnels contenant de l’oxygène à la surface du noir de carbone, ce qui peut augmenter la teneur en matières volatiles du noir de carbone, réduire le pH et améliorer l’activité de surface et la polarité.

1. Méthode en phase gazeuse

La modification en phase gazeuse du noir de carbone est une méthode de modification traditionnelle. L’oxygène, l’ozone, l’air sec et l’oxygène atomique ou l’air humide sont les principaux oxydants. Le gaz inerte est introduit dans des conditions fermées, puis la température est élevée jusqu’à la température de réaction, puis l’oxydant est introduit pour effectuer la réaction de modification. Après la réaction, un gaz inerte est introduit. Les résultats expérimentaux montrent qu’au fur et à mesure que la durée du test augmente et que la température de réaction augmente, plus il y a de groupes contenant de l’oxygène sur la surface du noir de carbone, meilleure est la dispersibilité dans la matrice de caoutchouc.

2. Méthode en phase liquide

La méthode en phase liquide, également connue sous le nom de méthode d’oxydation chimique, est une méthode de modification dans laquelle un oxydant réagit avec le noir de carbone pour générer quelques radicaux, radicaux carboxyles et radicaux légers à la surface du noir de carbone. Le Cabot Elastomer Composite (CEC) recherché par Wang Mengjiao et d’autres est le premier mélange maître de remplissage NR produit par un processus de mélange en phase liquide continu. Cette technologie permet la protection de l’environnement, une faible consommation d’énergie, un processus simple et une faible consommation de main-d’œuvre. Comparé au mélange de caoutchouc sec, ce matériau peut améliorer considérablement les propriétés du caoutchouc vulcanisé, notamment en réduisant la perte d’hystérésis, en améliorant la résistance à la coupe et la résistance à la flexion, et en augmentant la résistance à l’usure du caoutchouc vulcanisé lorsque la quantité de charge est augmentée.

Modification du revêtement

Mélanger du noir de carbone avec du noir de carbone blanc dispersé dans l’eau pour former une suspension, ajouter une quantité appropriée de méthanol, de méthyl triéthoxy silane, de silicate de sodium et d’autres dispersants pour que le noir de carbone blanc recouvre la surface du noir de carbone et le carbone modifié résultant le noir est rempli Dans les pneus, les bandes transporteuses et les rouleaux en caoutchouc, il peut conférer au caoutchouc vulcanisé d’excellentes propriétés physiques telles qu’une résistance élevée à l’usure, une adhérence élevée et une faible résistance au roulement.

Application de noir de carbone modifié dans le caoutchouc

Dans l’industrie du caoutchouc, le noir de carbone est largement utilisé comme agent de renforcement et 90 % de la production mondiale de noir de carbone est utilisée dans l’industrie du caoutchouc.

• Application en NR (Caoutchouc Naturel)

Le noir de carbone modifié par le gaz de pyrolyse est utilisé comme agent de renforcement et ajouté au caoutchouc avec du HAF. Au fur et à mesure que la quantité de noir de carbone modifié augmente, la contrainte de traction de 300 % du composé vulcanisé augmente, l’allongement diminue et la déformation rémanente diminue. La résistance à la déchirure a été réduite.

L’effet de la pyrolyse gaz modification-I et HAF sur la performance de NR

• Application en EPDM (caoutchouc monomère éthylène propylène diène)

Le caoutchouc EPDM (EPDM) a une excellente résistance à l’ozone et au vieillissement. Il est souvent rempli de noir de carbone modifié par greffage de monomère de méthacrylate de glycidyle (GMA) pour améliorer son traitement et ses propriétés mécaniques.

Le noir de carbone a été modifié avec un acide gras léger insaturé pour améliorer la vulcanisation et les propriétés physiques et mécaniques du caoutchouc EPDM. Il a été trouvé que l’ajout d’acide gras insaturé améliorait significativement les performances de déchirure et de flexion du caoutchouc vulcanisé tout en maintenant des performances relativement élevées. De bonnes performances de vieillissement thermique à l’oxygène peuvent être bien appliquées aux produits en caoutchouc absorbant les chocs.

• Application en SBRL (caoutchouc styrène butadiène vulcanisé)

Le caoutchouc styrène butadiène est un latex industriel couramment utilisé, qui présente les avantages d’un faible coût et de sources larges. Le styrène sulfonate de sodium est utilisé pour modifier le noir de carbone afin de préparer une suspension de noir de carbone nano-dispersée, puis la suspension de noir de carbone est mélangée avec du SBRL pour préparer du SBRL renforcé de noir de carbone modifié, qui est appliqué au liquide de réparation de pneus.

• Application en mastic polyuréthane

En présence de l’initiateur peroxyde de benzoyle, la surface du noir de carbone ordinaire est organiquement modifiée avec du styrène.

Comparaison des performances du noir de carbone ajouté au mastic avant et après modification

Le mastic fait de composé de noir de carbone modifié a une bonne résistance à la traction, dureté, allongement et résistance au cisaillement, et réduit le coût, et est largement utilisé dans les domaines d’étanchéité tels que la construction et les automobiles.

Source de l’article : China Powder Network