Модификация технического углерода и ее применение в резине

Технический углерод — это рыхлый, легкий, очень мелкий порошкообразный аморфный углерод черного цвета. Это самый важный армирующий наполнитель в резиновой промышленности и широко используется в полиграфической и красящей, резиновой, пластиковой и транспортной отраслях. Исследования показали, что химическая модификация технического углерода может значительно улучшить различные свойства технического углерода, что также является горячей темой в текущих исследованиях технического углерода.

Чтобы удовлетворить особые требования к характеристикам технического углерода в некоторых областях применения, цель модификации может быть достигнута путем последующей обработки технического углерода. Исходя из элементного состава и поверхностных функциональных групп технического углерода, существует три способа усиления гидрофильной модификации технического углерода: модификация окислением, модификация прививки и модификация покрытия.

Модификация трансплантата

Модификация прививки — один из наиболее изученных методов модификации резины. Модификация прививки заключается в прививке полимерных цепей или низкомолекулярных соединений на поверхность углеродной сажи и их прочном связывании с поверхностью углеродной сажи для предотвращения агрегации между частицами для достижения цели диспергирования.

1. Прививка сажи и низкомолекулярной массы.

АО-80 (органический антиоксидант) разлагается в условиях высоких температур с образованием небольших молекулярных свободных радикалов. В сверхкритическом флюиде CO₂ небольшие органические молекулы (AO-80) используются для прививки углеродной сажи на поверхность с целью получения небольших органических молекул. Привитые наночастицы углеродной сажи. Анализ карты размеров частиц после прививки молекул АО-80 на поверхность технического углерода позволяет сделать вывод о том, что размер частиц модифицированных агрегатов технического углерода меньше и уже.

2. Прививка активированной сажи и полимера.

Использование характеристик большого количества концевых групп гиперразветвленных полимеров и модификация углеродной сажи гиперразветвленными полимерами с легкими концами может ослабить агрегацию модифицированных частиц сажи. Сверхразветвленный полимер, модифицированный привитой углеродной сажей: сначала сажа метилируется, а затем гиперразветвленный поли (амидэтил) типа AB3 прививается на поверхность сажи.

3. Прививка для захвата свободных радикалов на поверхности технического углерода.

Полистиролсульфонат натрия (PSS) — водорастворимый полимер с хорошей межфазной активностью. В ультразвуковой среде мономерный стиролсульфонат натрия подвергается свободнорадикальной полимеризации, и образовавшиеся длинноцепочечные свободные радикалы полимера захватываются поверхностью углеродной сажи для получения сажи с привитым полимером.

Модификация окисления

Частицы сажи окисляются окислителем для модификации. Окислительная обработка технического углерода может изменить удельную поверхность, пористость и проводимость технического углерода.

Обработка поверхности окислением (окисление в газовой фазе и окисление в жидкой фазе) увеличивает тип и количество кислородсодержащих функциональных групп на поверхности углеродной сажи, что может увеличить содержание летучих в углеродной саже, снизить pH и улучшить поверхностную активность и полярность.

1. Газофазный метод

Газофазная модификация технического углерода — традиционный метод модификации. Кислород, озон, сухой воздух и атомарный кислород или влажный воздух являются основными окислителями. Инертный газ вводят в закрытых условиях, затем температуру повышают до температуры реакции, а затем вводят окислитель для проведения реакции модификации. После реакции вводят инертный газ. Результаты экспериментов показывают, что по мере увеличения времени испытания и повышения температуры реакции, чем больше кислородсодержащих групп на поверхности сажи, тем лучше диспергируемость в резиновой матрице.

2. Жидкофазный метод.

Жидкофазный метод, также известный как метод химического окисления, представляет собой метод модификации, при котором окислитель реагирует с углеродной сажей с образованием нескольких радикалов, карбоксильных радикалов и легких радикалов на поверхности углеродной сажи. Эластомерный композит Cabot (CEC), исследованный Ван Мэнцзяо и другими, является первой маточной смесью наполнителя NR, полученной путем непрерывного процесса смешивания жидкой фазы. Эта технология обеспечивает защиту окружающей среды, низкое энергопотребление, простой процесс и низкую трудоемкость. По сравнению с сухой резиновой смесью этот материал может значительно улучшить свойства вулканизированной резины, включая уменьшение потерь на гистерезис, улучшение сопротивления резанию и изгибу, а также повышение износостойкости вулканизированной резины при увеличении количества наполнителя.

Модификация покрытия

Смешайте технический углерод с вододисперсной белой сажей, чтобы получить суспензию, добавьте необходимое количество метанола, метилтриэтоксисилана, силиката натрия и других диспергаторов, чтобы белая сажа покрыла поверхность сажи, и полученный модифицированный углерод черный заполнен В шинах, конвейерных лентах и ​​резиновых роликах он может придавать вулканизированной резине превосходные физические свойства, такие как высокая износостойкость, хорошее сцепление и низкое сопротивление качению.

Применение модифицированной сажи в резине

В резиновой промышленности технический углерод широко используется в качестве армирующего агента, и 90% мирового производства технического углерода используется в резиновой промышленности.

• Применение в NR (натуральный каучук)

Сажа, модифицированная пиролизным газом, используется в качестве усиливающего агента и добавляется к резине с помощью HAF. По мере увеличения количества модифицированной углеродной сажи 300% -ное растягивающее напряжение вулканизированной смеси увеличивается, удлинение уменьшается, а остаточная деформация при сжатии уменьшается. Снижена прочность на разрыв.

Влияние модификации пиролизного газа-I и HAF на производительность NR

• Применение в EPDM (этиленпропилендиеновый мономерный каучук)

Резина EPDM (EPDM) обладает отличной стойкостью к озону и старению. Его часто заполняют сажей, модифицированной прививкой мономера глицидилметакрилата (GMA) для улучшения ее технологических и механических свойств.

Технический углерод был модифицирован ненасыщенной легкой жирной кислотой для улучшения вулканизации и улучшения физико-механических свойств каучука EPDM. Было обнаружено, что добавление ненасыщенной жирной кислоты значительно улучшило характеристики раздира и изгиба вулканизированного каучука при сохранении относительно высоких характеристик. Хорошие характеристики термического кислородного старения могут быть применены к амортизирующим резиновым изделиям.

• Применение в SBRL (вулканизированный бутадиенстирольный каучук)

Бутадиен-стирольный каучук — это широко используемый промышленный латекс, преимущества которого заключаются в низкой стоимости и большом количестве источников. Сульфонат стирола натрия используется для модификации углеродной сажи для приготовления нанодисперсной суспензии углеродной сажи, а затем суспензия сажи смешивается с SBRL для получения модифицированного армированного углеродной сажей SBRL, который применяется в жидкости для ремонта шин.

• Применение в полиуретановых герметиках

В присутствии инициатора бензоила пероксида поверхность обычной углеродной сажи органически модифицирована стиролом.

Сравнение характеристик технического углерода, добавленного в герметик до и после модификации

Герметик, изготовленный из модифицированного компаунда сажи, имеет хорошие показатели прочности на разрыв, твердость, относительное удлинение и сопротивление сдвигу, а также снижает стоимость и широко используется в таких областях герметизации, как строительство и автомобили.

Источник статьи: China Powder Network