Karbon siyahı modifikasyonu ve kauçuktaki uygulaması

Karbon siyahı gevşek, hafif, son derece ince, siyah tozlu amorf bir karbondur. Kauçuk endüstrisindeki en önemli takviye dolgu maddesidir ve baskı ve boyama, kauçuk, plastik işleme ve nakliye endüstrilerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Çalışmalar, karbon siyahının kimyasal modifikasyonunun, karbon siyahı üzerine mevcut araştırmalarda da sıcak bir konu olan karbon siyahının çeşitli özelliklerini büyük ölçüde iyileştirebileceğini göstermiştir.

Bazı uygulamalarda karbon karasının performansı için özel gereksinimleri karşılamak için, karbon karasının sonradan işlenmesiyle modifikasyon amacına ulaşılabilir. Karbon siyahının element bileşimi ve yüzey fonksiyonel gruplarından başlayarak, karbon siyahının hidrofilik modifikasyonunu geliştirmenin üç yolu vardır: oksidasyon modifikasyonu, aşı modifikasyonu ve kaplama modifikasyonu.

Greft modifikasyonu

Greft modifikasyonu, en çok çalışılan kauçuk modifikasyon yöntemlerinden biridir. Greft modifikasyonu, polimer zincirlerini veya düşük moleküler bileşikleri karbon siyahının yüzeyine aşılamak ve bunları, dispersiyon amacına ulaşmak için partiküller arasında agregasyonu önlemek için karbon siyahının yüzeyine sıkıca bağlamaktır.

1. Karbon siyahı ve düşük moleküler ağırlıklı aşılama

AO-80 (organik bir antioksidan), küçük moleküler serbest radikaller oluşturmak için yüksek sıcaklık koşulları altında ayrışır. Süperkritik CO₂ sıvısında, küçük organik moleküller hazırlamak için yüzeydeki karbon siyahını aşılamak için küçük organik moleküller (AO-80) kullanılır Aşılanmış nano karbon siyahı parçacıkları. AO-80 moleküllerinin karbon karası yüzeyine aşılanmasından sonra parçacık boyutu haritasının analizi, modifiye edilmiş karbon karası kümelerinin parçacık boyutunun daha küçük ve daha dar olduğu sonucunu çıkarır.

2. Aktif karbon siyahı ve polimerin aşılanması

Çok sayıda aşırı dallanmış polimer uç gruplarının özelliklerinin kullanılması ve karbon siyahının hafif uçlu aşırı dallanmış polimerlerle modifiye edilmesi, modifiye edilmiş karbon siyahı parçacıklarının toplanmasını zayıflatabilir. Aşırı dallı polimer aşı modifiye karbon siyahı: önce karbon siyahı metillenir ve ardından karbon siyahının yüzeyine AB₃ tipi aşırı dallı poli(amid etil) aşılanır.

3. Karbon siyahı yüzeyindeki serbest radikalleri yakalamak için aşılama

Sodyum polistiren sülfonat (PSS), iyi arayüzey aktivitesine sahip suda çözünür bir polimerdir. Ultrasonik bir ortamda, monomer sodyum stiren sülfonat, serbest radikal polimerizasyonuna maruz kalır ve üretilen polimer uzun zincirli serbest radikaller, polimer aşılanmış karbon karası hazırlamak için karbon karasının yüzeyi tarafından yakalanır.

oksidasyon modifikasyonu

Karbon siyahı partikülleri, modifikasyona uğramak için bir oksidan tarafından oksitlenir. Karbon siyahının oksidasyon işlemi, karbon siyahının spesifik yüzey alanını, gözenekliliğini ve iletkenliğini değiştirebilir.

Yüzey oksidasyon işlemi (gaz fazı oksidasyonu ve sıvı faz oksidasyonu), karbon siyahı yüzeyindeki oksijen içeren fonksiyonel grupların türünü ve sayısını artırır, bu da karbon siyahının uçucu içeriğini artırabilir, pH’ı azaltabilir ve yüzey aktivitesini ve polariteyi iyileştirebilir.

1. Gaz fazı yöntemi

Karbon siyahının gaz fazında modifikasyonu, geleneksel bir modifikasyon yöntemidir. Oksijen, ozon, kuru hava ve atomik oksijen veya nemli hava ana oksidanlardır. İnert gaz kapalı koşullar altında verilir ve ardından sıcaklık reaksiyon sıcaklığına yükseltilir ve ardından modifikasyon reaksiyonunu gerçekleştirmek için oksidan verilir. Reaksiyondan sonra, inert gaz verilir. Deneysel sonuçlar, test süresi arttıkça ve reaksiyon sıcaklığı arttıkça, karbon siyahı yüzeyinde oksijen içeren gruplar ne kadar fazlaysa, kauçuk matriste dağılabilirliğin o kadar iyi olduğunu göstermektedir.

2. Sıvı faz yöntemi

Kimyasal oksidasyon yöntemi olarak da bilinen sıvı faz yöntemi, bir oksidanın karbon siyahı ile reaksiyona girerek karbon siyahının yüzeyinde birkaç radikal, karboksil radikali ve hafif radikal oluşturduğu bir modifikasyon yöntemidir. Wang Mengjiao ve diğerleri tarafından araştırılan Cabot Elastomer Composite (CEC), sürekli sıvı faz karıştırma işlemiyle üretilen ilk NR dolgu masterbatch’idir. Bu teknoloji, çevre koruma, düşük enerji tüketimi, basit işlem ve düşük işgücü tüketimini mümkün kılar. Kuru kauçuk bileşimi ile karşılaştırıldığında, bu malzeme histerezis kaybını azaltmak, kesme direncini ve esneme direncini iyileştirmek ve dolgu miktarı arttığında vulkanize kauçuğun aşınma direncini artırmak dahil olmak üzere vulkanize kauçuğun özelliklerini önemli ölçüde iyileştirebilir.

Kaplama modifikasyonu

Bir bulamaç yapmak için karbon siyahını suda dağılmış beyaz karbon siyahı ile karıştırın, uygun miktarda metanol, metil trietoksi silan, sodyum silikat ve beyaz karbon siyahının karbon siyahının yüzeyini kaplamasını sağlamak için diğer dağıtıcıları ekleyin ve elde edilen modifiye karbon siyah doldurulur Lastiklerde, taşıma bantlarında ve kauçuk silindirlerde, vulkanize kauçuğa yüksek aşınma direnci, yüksek kavrama ve düşük yuvarlanma direnci gibi mükemmel fiziksel özellikler kazandırabilir.

Modifiye karbon siyahının kauçukta uygulanması

Kauçuk endüstrisinde, karbon karası yaygın olarak bir takviye maddesi olarak kullanılmaktadır ve küresel karbon karası üretiminin %90’ı kauçuk endüstrisinde kullanılmaktadır.

• NR’de Uygulama (Doğal Kauçuk)

Piroliz gazı tarafından modifiye edilen karbon siyahı, bir takviye maddesi olarak kullanılır ve HAF ile kauçuğa eklenir. Modifiye edilmiş karbon siyahı miktarı arttıkça, vulkanize bileşiğin %300 çekme gerilimi artar, uzama azalır ve sıkıştırma seti azalır. Yırtma gücü azaltıldı.

Piroliz gazı modifikasyonu-I ve HAF’nin NR performansına etkisi

• EPDM’de uygulama (etilen propilen dien monomer kauçuk)

EPDM kauçuk (EPDM) mükemmel ozon direncine ve yaşlanma direncine sahiptir. İşleme ve mekanik özelliklerini geliştirmek için genellikle glisidil metakrilat (GMA) monomer aşılama ile modifiye edilmiş karbon siyahı ile doldurulur.

Karbon siyahı, EPDM kauçuğunun vulkanizasyonunu ve fiziksel ve mekanik özelliklerini geliştirmek için doymamış hafif yağ asidi ile modifiye edildi. Doymamış yağ asidi ilavesinin, nispeten yüksek performansı korurken, vulkanize kauçuğun yırtılma performansını ve esneme performansını önemli ölçüde iyileştirdiği bulundu. İyi termal oksijen yaşlanma performansı, şok emici kauçuk ürünlere iyi bir şekilde uygulanabilir.

• SBRL’de uygulama (vulkanize stiren bütadien kauçuk)

Stiren bütadien kauçuk, düşük maliyetli ve geniş kaynak avantajlarına sahip, yaygın olarak kullanılan bir endüstriyel latekstir. Sodyum stiren sülfonat, nano-dağılmış karbon siyahı süspansiyonu hazırlamak için karbon siyahını modifiye etmek için kullanılır ve daha sonra, lastik tamir sıvısına uygulanan modifiye karbon siyahı takviyeli SBRL’yi hazırlamak için karbon siyahı süspansiyonu SBRL ile karıştırılır.

• Poliüretan dolgu macununda uygulama

Başlatıcı benzoil peroksit varlığında, sıradan karbon siyahının yüzeyi, stiren ile organik olarak modifiye edilir.

Modifikasyon öncesi ve sonrası dolgu macununa eklenen karbon siyahının performans karşılaştırması

Modifiye edilmiş karbon siyahı bileşiğinden yapılan dolgu macunu, iyi bir çekme mukavemetine, sertliğe, uzama ve kesme mukavemetine sahiptir ve maliyeti düşürür ve inşaat ve otomobil gibi sızdırmazlık alanlarında yaygın olarak kullanılır.

Makale kaynağı: Çin Toz Ağı