Modifikasi karbon hitam dan aplikasinya pada karet

Karbon hitam adalah karbon amorf bubuk hitam yang longgar, ringan, sangat halus. Ini adalah pengisi penguat paling penting dalam industri karet dan banyak digunakan dalam industri percetakan dan pencelupan, karet, pengolahan plastik, dan transportasi. Penelitian telah menunjukkan bahwa modifikasi kimia karbon hitam dapat sangat meningkatkan berbagai sifat karbon hitam, yang juga merupakan topik hangat dalam penelitian terbaru tentang karbon hitam.

Untuk memenuhi persyaratan khusus untuk kinerja karbon hitam di beberapa aplikasi, tujuan modifikasi dapat dicapai dengan pasca-pemrosesan karbon hitam. Mulai dari komposisi unsur dan gugus fungsi permukaan karbon hitam, ada tiga cara untuk meningkatkan modifikasi hidrofilik karbon hitam: modifikasi oksidasi, modifikasi graft, dan modifikasi pelapisan.

Modifikasi cangkok

Modifikasi graft adalah salah satu metode modifikasi karet yang paling banyak dipelajari. Modifikasi graft adalah dengan mencangkokkan rantai polimer atau senyawa bermolekul rendah pada permukaan karbon hitam dan mengikatnya dengan kuat pada permukaan karbon hitam untuk mencegah agregasi antar partikel untuk mencapai tujuan dispersi.

1. Pencangkokan karbon hitam dan berat molekul rendah

AO-80 (antioksidan organik) terurai di bawah kondisi suhu tinggi untuk menghasilkan radikal bebas molekul kecil. Dalam cairan CO₂ superkritis, molekul organik kecil (AO-80) digunakan untuk mencangkok karbon hitam di permukaan untuk menyiapkan molekul organik kecil Partikel nano karbon hitam yang dicangkokkan. Analisis peta ukuran partikel setelah penyambungan molekul AO-80 ke permukaan karbon hitam menarik kesimpulan bahwa ukuran partikel agregat karbon hitam yang dimodifikasi lebih kecil dan lebih sempit.

2. Pencangkokan karbon hitam dan polimer aktif

Memanfaatkan karakteristik sejumlah besar kelompok akhir polimer bercabang banyak, dan memodifikasi karbon hitam dengan polimer bercabang ujung ringan dapat melemahkan agregasi partikel karbon hitam termodifikasi. Cangkok polimer bercabang yang dimodifikasi karbon hitam: karbon hitam pertama-tama dimetilasi, dan kemudian poli (etil amida) tipe hipercabang AB₃ dicangkokkan ke permukaan karbon hitam.

3. Cangkok untuk menangkap radikal bebas pada permukaan karbon hitam

Sodium polystyrene sulfonate (PSS) adalah polimer yang larut dalam air dengan aktivitas antarmuka yang baik. Dalam lingkungan ultrasonik, monomer natrium stirena sulfonat mengalami polimerisasi radikal bebas, dan radikal bebas rantai panjang polimer yang dihasilkan ditangkap oleh permukaan karbon hitam untuk menyiapkan karbon hitam yang dicangkokkan polimer.

Modifikasi oksidasi

Partikel karbon hitam dioksidasi oleh oksidan untuk mengalami modifikasi. Perlakuan oksidasi karbon hitam dapat mengubah luas permukaan spesifik, porositas dan konduktivitas karbon hitam.

Perlakuan oksidasi permukaan (oksidasi fase gas dan oksidasi fase cair) meningkatkan jenis dan jumlah gugus fungsi yang mengandung oksigen pada permukaan karbon hitam, yang dapat meningkatkan kandungan volatil karbon hitam, mengurangi pH, dan meningkatkan aktivitas dan polaritas permukaan.

1. Metode fase gas

Modifikasi fasa gas karbon hitam adalah metode modifikasi tradisional. Oksigen, ozon, udara kering, dan oksigen atomik atau udara lembab adalah oksidan utama. Gas inert dimasukkan dalam kondisi tertutup, dan kemudian suhu dinaikkan ke suhu reaksi, dan kemudian oksidan dimasukkan untuk melakukan reaksi modifikasi. Setelah reaksi, gas inert dimasukkan. Hasil percobaan menunjukkan bahwa dengan bertambahnya waktu pengujian dan suhu reaksi meningkat, semakin banyak gugus yang mengandung oksigen pada permukaan karbon hitam, semakin baik dispersibilitas dalam matriks karet.

2. Metode fase cair

Metode fase cair, juga dikenal sebagai metode oksidasi kimia, adalah metode modifikasi di mana oksidan bereaksi dengan karbon hitam untuk menghasilkan beberapa radikal, radikal karboksil dan radikal ringan pada permukaan karbon hitam. Cabot Elastomer Composite (CEC) yang diteliti oleh Wang Mengjiao dan yang lainnya adalah masterbatch pengisi NR pertama yang diproduksi melalui proses pencampuran fase cair berkelanjutan. Teknologi ini memungkinkan perlindungan lingkungan, konsumsi energi rendah, proses sederhana, dan konsumsi tenaga kerja rendah. Dibandingkan dengan kompon karet kering, bahan ini dapat secara signifikan meningkatkan sifat karet vulkanisir, termasuk mengurangi kehilangan histeresis, meningkatkan ketahanan potong dan ketahanan lentur, dan meningkatkan ketahanan aus karet vulkanisir ketika jumlah pengisi meningkat.

Modifikasi pelapisan

Campur karbon hitam dengan karbon hitam putih yang terdispersi dalam air untuk membuat bubur, tambahkan metanol, metil trietoksi silan, natrium silikat dan dispersan lain dalam jumlah yang tepat untuk membuat karbon hitam putih melapisi permukaan karbon hitam, dan karbon termodifikasi yang dihasilkan hitam diisi Pada ban, ban berjalan dan rol karet, dapat memberikan karet vulkanisir sifat fisik yang sangat baik seperti ketahanan aus yang tinggi, cengkeraman yang tinggi dan hambatan gelinding yang rendah.

Penerapan karbon hitam yang dimodifikasi dalam karet

Dalam industri karet, karbon hitam banyak digunakan sebagai bahan penguat, dan 90% dari produksi karbon hitam global digunakan dalam industri karet.

• Aplikasi di NR (Karet Alam)

Karbon hitam yang dimodifikasi oleh gas pirolisis digunakan sebagai bahan penguat dan ditambahkan ke karet dengan HAF. Ketika jumlah karbon hitam yang dimodifikasi meningkat, tegangan tarik 300% dari senyawa yang divulkanisir meningkat, perpanjangan berkurang, dan set kompresi berkurang. Kekuatan sobek telah berkurang.

Pengaruh modifikasi gas pirolisis-I dan HAF terhadap kinerja NR

• Aplikasi dalam EPDM (karet monomer etilen propilen diena)

Karet EPDM (EPDM) memiliki ketahanan ozon dan ketahanan penuaan yang sangat baik. Itu sering diisi dengan karbon hitam yang dimodifikasi oleh pencangkokan monomer glisidil metakrilat (GMA) untuk meningkatkan pemrosesan dan sifat mekaniknya.

Karbon hitam dimodifikasi dengan asam lemak ringan tak jenuh untuk meningkatkan vulkanisasi dan sifat fisik dan mekanik karet EPDM. Ditemukan bahwa penambahan asam lemak tak jenuh secara signifikan meningkatkan kinerja sobek dan kinerja pelenturan karet vulkanisir sambil mempertahankan kinerja yang relatif tinggi. Kinerja penuaan oksigen termal yang baik dapat diterapkan dengan baik pada produk karet penyerap goncangan.

• Aplikasi dalam SBRL (karet stirena butadiena divulkanisir)

Karet styrene butadiene adalah lateks industri yang umum digunakan, yang memiliki keunggulan biaya rendah dan sumber yang luas. Sodium stirena sulfonat digunakan untuk memodifikasi karbon hitam untuk membuat suspensi karbon hitam terdispersi nano, dan kemudian suspensi karbon hitam dicampur dengan SBRL untuk menyiapkan SBRL yang diperkuat karbon hitam yang dimodifikasi, yang diterapkan pada cairan perbaikan ban.

• Aplikasi dalam sealant poliuretan

Dengan adanya inisiator benzoil peroksida, permukaan karbon hitam biasa dimodifikasi secara organik dengan stirena.

Perbandingan kinerja karbon hitam yang ditambahkan ke sealant sebelum dan sesudah modifikasi

Sealant yang terbuat dari senyawa karbon hitam yang dimodifikasi memiliki kekuatan tarik, kekerasan, perpanjangan dan kekuatan geser yang baik, dan mengurangi biaya, dan banyak digunakan di bidang penyegelan seperti konstruksi dan mobil.

Sumber artikel: Jaringan Bubuk China