Biến đổi muội than và ứng dụng của nó trong cao su

Carbon black là một loại carbon vô định hình dạng bột màu đen, nhẹ, cực kỳ mịn. Nó là chất độn gia cường quan trọng nhất trong ngành công nghiệp cao su và được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp in và nhuộm, cao su, chế biến nhựa và giao thông vận tải. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng biến đổi hóa học của muội than có thể cải thiện đáng kể các tính chất khác nhau của muội than, đây cũng là một chủ đề nóng trong nghiên cứu hiện nay về muội than.

Để đáp ứng các yêu cầu đặc biệt về tính năng của muội than trong một số ứng dụng, mục đích của việc sửa đổi có thể đạt được bằng cách xử lý muội muội than. Bắt đầu từ thành phần nguyên tố và các nhóm chức bề mặt của muội than, có ba cách để tăng cường biến tính ưa nước của muội than: sửa đổi quá trình oxy hóa, sửa đổi phần ghép và sửa đổi lớp phủ.

Sửa đổi ghép

Biến tính ghép là một trong những phương pháp biến tính cao su được nghiên cứu rộng rãi nhất. Điều chỉnh ghép là ghép các chuỗi polyme hoặc các hợp chất phân tử thấp trên bề mặt của muội than và liên kết chúng chắc chắn với bề mặt muội than để ngăn chặn sự kết tụ giữa các hạt để đạt được mục đích phân tán.

1. Ghép cacbon đen và khối lượng phân tử thấp

AO-80 (một chất chống oxy hóa hữu cơ) bị phân hủy trong điều kiện nhiệt độ cao để tạo ra các gốc tự do phân tử nhỏ. Trong chất lỏng CO₂ siêu tới hạn, các phân tử hữu cơ nhỏ (AO-80) được sử dụng để ghép carbon đen trên bề mặt để chuẩn bị các phân tử hữu cơ nhỏ Được ghép các hạt nano carbon đen. Việc phân tích bản đồ kích thước hạt sau khi ghép các phân tử AO-80 lên bề mặt của muội than rút ra kết luận rằng kích thước hạt của các tập hợp muội than biến tính nhỏ hơn và hẹp hơn.

2. Ghép than hoạt tính đen và polyme

Việc sử dụng các đặc điểm của một số lượng lớn các nhóm cuối của polyme siêu phân nhánh và biến đổi cacbon đen bằng polyme siêu phân nhánh cuối nhẹ có thể làm suy yếu sự kết hợp của các hạt cacbon đen đã biến đổi. Ghép polyme siêu phân nhánh thay đổi carbon đen: carbon đen đầu tiên được metyl hóa, sau đó poly (amide ethyl) siêu phân nhánh loại AB₃ được ghép lên bề mặt của carbon đen.

3. Ghép để bắt các gốc tự do trên bề mặt muội than

Natri polystyren sulfonat (PSS) là một polyme hòa tan trong nước có hoạt tính bề mặt tốt. Trong môi trường siêu âm, monome natri styren sulfonat trải qua quá trình trùng hợp gốc tự do, và các gốc tự do chuỗi dài polyme được tạo ra sẽ bị bắt giữ bởi bề mặt của muội than để chuẩn bị muội than ghép polyme.

Điều chỉnh quá trình oxy hóa

Các hạt đen carbon được oxy hóa bởi một chất oxy hóa để trải qua quá trình sửa đổi. Quá trình xử lý oxy hóa của muội than có thể thay đổi diện tích bề mặt cụ thể, độ xốp và độ dẫn của muội than.

Xử lý oxy hóa bề mặt (oxy hóa pha khí và oxy hóa pha lỏng) làm tăng loại và số lượng nhóm chức chứa oxy trên bề mặt của muội than, có thể làm tăng hàm lượng dễ bay hơi của muội than, giảm pH, cải thiện hoạt tính và độ phân cực của bề mặt.

1. Phương pháp pha khí

Phương pháp biến tính cacbon đen theo pha khí là một phương pháp biến tính truyền thống. Ôxy, ôzôn, không khí khô và ôxy nguyên tử hoặc không khí ẩm là những chất ôxy hóa chính. Khí trơ được đưa vào trong điều kiện kín, và sau đó nhiệt độ được nâng lên đến nhiệt độ phản ứng, và sau đó chất oxy hóa được đưa vào để thực hiện phản ứng điều chế. Sau phản ứng, khí trơ được đưa vào. Kết quả thực nghiệm cho thấy khi tăng thời gian thử nghiệm và tăng nhiệt độ phản ứng, càng có nhiều nhóm chứa oxy trên bề mặt cacbon đen thì khả năng phân tán trong nền cao su càng tốt.

2. Phương pháp pha lỏng

Phương pháp pha lỏng, còn được gọi là phương pháp oxy hóa hóa học, là một phương pháp biến đổi trong đó chất oxy hóa phản ứng với muội than để tạo ra một vài gốc, gốc cacboxyl và gốc ánh sáng trên bề mặt muội than. Cabot Elastomer Composite (CEC) do Wang Mengjiao và những người khác nghiên cứu là masterbatch chất độn NR đầu tiên được sản xuất bằng quy trình trộn pha lỏng liên tục. So với hỗn hợp cao su khô, vật liệu này có thể cải thiện đáng kể các đặc tính của cao su lưu hóa, bao gồm giảm tổn thất từ ​​trễ, cải thiện khả năng chống cắt và chống uốn, và tăng khả năng chống mài mòn của cao su lưu hóa khi lượng chất độn được tăng lên.

Sửa đổi lớp phủ

Trộn cacbon đen với cacbon đen trắng đã phân tán trong nước để tạo thành một loại bùn, thêm một lượng thích hợp metanol, metyl triethoxy silan, natri silicat và các chất phân tán khác để làm cho lớp phủ cacbon đen trắng trên bề mặt của cacbon đen, và kết quả là cacbon biến tính Màu đen được lấp đầy Trong lốp xe, băng tải và con lăn cao su, nó có thể cung cấp cho cao su lưu hóa các đặc tính vật lý tuyệt vời như khả năng chống mài mòn cao, độ bám cao và khả năng chống lăn thấp.

Ứng dụng của carbon đen biến tính trong cao su

Trong ngành công nghiệp cao su, muội than được sử dụng rộng rãi như một chất gia cố và 90% sản lượng muội than toàn cầu được sử dụng trong ngành công nghiệp cao su.

• Ứng dụng trong NR (Cao su tự nhiên)

Carbon đen được biến tính bởi khí nhiệt phân được sử dụng làm chất gia cố và thêm HAF vào cao su. Khi lượng carbon đen biến tính tăng lên, ứng suất kéo 300% của hợp chất lưu hóa tăng lên, độ giãn dài giảm và bộ nén giảm. Độ bền xé đã được giảm xuống.

Ảnh hưởng của biến đổi khí nhiệt phân-I và HAF đến hiệu suất của NR

• Ứng dụng trong EPDM (cao su monome ethylene propylene diene)

Cao su EPDM (EPDM) có khả năng kháng ôzôn và chống lão hóa tuyệt vời. Nó thường chứa đầy carbon đen được biến tính bằng cách ghép monome glycidyl methacrylate (GMA) để cải thiện quá trình xử lý và tính chất cơ học của nó.

Muội than được biến tính bằng axit béo nhẹ không bão hòa để tăng cường khả năng lưu hóa và các tính chất cơ lý của cao su EPDM. Người ta thấy rằng việc bổ sung axit béo không bão hòa đã cải thiện đáng kể hiệu suất xé và hiệu suất uốn của cao su lưu hóa trong khi vẫn duy trì hiệu suất tương đối cao. Hiệu suất lão hóa oxy nhiệt tốt có thể được áp dụng tốt cho các sản phẩm cao su hấp thụ sốc.

• Ứng dụng trong SBRL (cao su styren butadien lưu hóa)

Cao su styren butadien là một loại cao su công nghiệp được sử dụng phổ biến, có ưu điểm là giá thành rẻ và nguồn hàng rộng rãi. Natri styren sulfonate được sử dụng để điều chỉnh muội than để điều chế huyền phù muội than phân tán nano, và sau đó huyền phù muội than được trộn với SBRL để điều chế SBRL gia cố muội muội đã sửa đổi, được áp dụng cho chất lỏng sửa chữa lốp xe.

• Ứng dụng trong chất trám khe polyurethane

Với sự có mặt của chất khơi mào benzoyl peroxide, bề mặt của muội than thông thường được biến tính hữu cơ bằng styren.

So sánh hiệu suất của muội than được thêm vào chất trám trét trước và sau khi sửa đổi

Chất bịt kín được làm bằng hợp chất carbon đen biến tính có độ bền kéo, độ cứng, độ giãn dài và độ bền cắt tốt, giảm chi phí, được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực bịt kín như xây dựng và ô tô.

Nguồn bài viết: China Powder Network