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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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
Представление | Сажа-II, модифицированная газом HAF / пиролизом | ||||
100/0 | 70/30 | 50/50 | 30/70 | 0/100 | |
300% фиксированное напряжение при удлинении / МПа | 8,3 | 8,2 | 8,8 | 9,0 | 9,5 |
Предел прочности на разрыв / МПа | 32,5 | 39,7 | 27,1 | 26,5 | 23,1 |
Относительное удлинение при разрыве/% | 586 | 593 | 548 | 535 | 496 |
Постоянная деформация /% | 36,4 | 30,8 | 26,8 | 22,6 | 24.0 |
Твердость по Зауэру A / градус | 61,5 | 58 | 58 | 60 | 61 |
Коэффициент хладостойкости (-40 ℃) | 0,8 | 0,83 | 0,84 | 0,8 | 0,8 |
- 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
проект | Герметик перед доработкой | Модифицированный герметик |
Предел прочности на разрыв / МПа | 3,2 | 4,43 |
Относительное удлинение при разрыве/% | 423 | 597 |
Прочность на сдвиг / МПа | 1,9 | 2,6 |
Твердость по Зауэру A / градус | 40 | 42 |
Сопротивление провисанию / мм | 3,64 | 6,84 |
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