ВЛИЯНИЕ ГИБРИДНОГО НАПОЛНИТЕЛЯ ТЕХНИЧЕСКИЙ УГЛЕРОД/УГЛЕРОДНЫЕ НАНОТРУБКИ НА РЕЛАКСАЦИОННОЕ ПОВЕДЕНИЕ ВУЛКАНИЗАТОВ
Аннотация
Методами динамического механического анализа и дифференциальной сканирующей калориметрии исследован процесс стеклования в эластомерных композитах, содержащих гибридный наполнитель на основе технического углерода и углеродных нанотрубок. Модуль накопления Е' и тангенс угла механических потерь TanD регистрировали в интервале температур от –100 до 100 °С и частоте 10 Гц. Термический анализ проводили со скоростью подъема температуры 2 °С/мин. Вулканизаты изготовливали по традиционной технологии. Углеродные нанотрубки вводили в состав резиновых смесей в виде порошкообразных мастербатчей технический углерод/углеродные нанотрубки, полученных в условиях совместной ультразвуковой обработки. Содержание углеродных нанотрубок в резиновых смесях варьировали от 0,1 до 0,5 мас. ч. на 100 мас.ч. каучука. По данным динамического механического анализа установлено, что включение гибридных частиц наполнителя приводит к расширению пиков температурных зависимостей TanD для всех образцов в сторону более низких температур и смещению положения максимума TanD на величину от 4,0 до 15,6 градусов. Данные дифференциальной сканирующей калориметрии указывают на наличие дополнительных низкотемпературных α-релаксационных переходов в модифицированных вулканизатах (-123…-118 °С). Наблюдаемое релаксационное поведение обусловлено увеличением доли свободного объема в вулканизатах, повышением сегментальной подвижности части макромолекул в сравнении с контрольным образцом. В вулканизате с наибольшим содержанием частиц гибридного наполнителя снижение TanD в переходной зоне от стеклообразного к высокоэластическому состоянию и увеличение в высокоэластическом состоянии указывает на формирование дополнительных взаимодействий «наполнитель-наполнитель». Таким образом, обработка углеродных нанотрубок техуглеродом приводит к синергетическому эффекту во влиянии на динамические характеристики вулканизатов и может быть использована для снижения нижнего температурного предела эксплуатации резин.
Литература
Thomas S., Maria H. Progress in Rubber Nanocomposites. Woodhead Publishing. 2017. 598 p.
Szeluga U., Kumanek B., Trzebicka B. Synergy in hybrid polymer/nanocarbon composites. A review. Composites Pt. A: Appl. Sci. Manufact. 2015. V. 73. P. 204–231. DOI: 10.1016/j.compositesa.2015.02.021.
Ponnamma D., Sadasivuni K. K., Grohens Y., Guo Q., Thomas S. Carbon nanotubes based elastomer compositesan approach towards multifunctional materials. J. Mater. Chem. C. 2014. V. 2. N 40. P. 8446-8485. DOI: 10.1039/c4tc01037j.
Galimberti M., Infortuna G., Guerra S., Barbera V., Agnelli S., Pandini S. sp2 carbon allotropes in elastomer matrix: From master curves for the mechanical reinforcement to lightweight materials. eXPRESS Polym. Lett. 2018. V. 12. N 3. P. 265–283. DOI: 10.3144/expresspolymlett.2018.24.
Mauro M., Cipolletti V., Galimberti M., Longo P., Guerra G. Chemically reduced graphite oxide with improved shape anisotropy. J. Phys. Chem. C. 2012. V. 116. P. 24809–24813. DOI: 10.1021/jp307112k.
Hengyi Li, Lei Yang, Gengsheng Weng, Wang Xing, Jin-rong Wu, Guangsu Huang. Toughening rubbers with hybrid filler network of graphene and carbon nanotubes. J. Ma-ter. Chem. A. 2015. V. 44. P. 21949 – 22464. DOI: 10.1039/c5ta05836h.
Galimberti M., Coombs M., Riccio P., Riccó T., Passera S., Pandini S., Conzatti L., Ravasio A., Tritto I. The role of CNTs in promoting hybrid filler networking and synergism with carbon black in the mechanical behavior of filled polyisoprene. Macromolec. Mater. Eng. 2013. V. 298. N 2. P. 241–251. DOI: 10.1002/mame.201200075.
Musto S., Barbera V., Cipolletti V., Citterio A., Galimberti M. Master curves for the sulphur assisted crosslinking reac-tion of natural rubber in the presence of nano- and nano-structured sp2 carbon allotropes. eXPRESS Polym. Lett. 2017. V. 11. N 6. P. 435–448. DOI: 10.3144/expresspolymlett.2017.42.
Bin Dong, Chang Liu, Yonglai Lu, Youping Wu. Synergistic effects of carbon nanotubes and carbon black on the fracture and fatigue resistance of natural rubber composites. J. Appl. Polym. Sci. 2015. V. 132. N 25. DOI: 10.1002/app.42075.
Bin Dong, Chang Liu, Yonglai Lu, Liqun Zhang, Youping Wu. Effects of hybrid filler networks of carbon nanotubes and carbon black on fracture resistance of styrene-butadiene rubber composites. Polym. Eng. Sci. 2016. V. 56. N 12. DOI: 10.1002/pen.24379.
Ismail H., Ramly A. F., Othman N. The effect of carbon black/multiwall carbon nanotube hybrid fillers on the properties of natural rubber nanocomposites. Polym.-Plast. Technol. Eng. 2011. V. 50. P. 660–666. DOI: 10.1080/03602559.2010.551380.
Bokobza L., Ranmani M., Belin C., Bruneel J.-L., El Bounia N.-E. Blends of carbon blacks and multiwall carbon nanotubes as reinforcing fillers for hydrocarbon rubbers. J. Polym. Sci.: Part B: Polym. Phys. 2008. V. 46. P. 1939–1951. DOI: 10.1002/polb.21529.
Peddini S.K., Bosnyak C.P., Henderson N.M., Ellison C.J., Paul D.R. Nanocomposites from styreneebutadiene rubber (SBR) and multiwall carbon nanotubes (MWCNT) part 2: Mechanical properties. Polymer. 2015. V. 56. P. 443-451. DOI: 10.1016/j.polymer.2014.11.006.
Bershtein V.A., Egorov V.M. Differential scanning calorimetry in the physical chemistry of polymers. L.: Khimiya. 1990. 256 p. (in Russian). Бернштейн В.А., Егоров В.М. Дифференциальная сканирующая калориметрия в физической химии полимеров. Л .: Химия. L.: Khimiya. 1990. 256 c.
Robertson C.G., Roland C.M. Glass transition and interfacial segmental dynamics in polymer-particle composites. Rubber Chem. Technol. 2008.·V. 81. N 3. P. 506-522. DOI: 10.5254/1.3548217.
Roland C.M., Ngai K.L. Segmental relaxation and molecular structure in polybutadienes and polyisoprene. Macromolecules. 1991. V. 24. N 10. P. 5315-5319.
Mansurova I., Burkov A., Isupova O., Zagrai I., Khlebov A., Durnev E., Gavrilov K. Functionalization of carbon nanotues by carbon black or polymers to modify the dynamic mechanical properties of rubber. Inorg. Mater.: Appl. Res. 2017. N 8. P. 69-80.
Rostiashvili V.G., Irzhak V.I., Rozenberg B.A. Glass tran-sition of polymers. L.: Khimiya. 1987. 188 p. (in Russian). Ростиашвили В.Г. Иржак В.И., Розенберг Б.А. Стеклование полимеров. Л.: Химия. 1987. 188 с.
Lipatov Yu.S. Physico-chemical basis of polymer filling. M.: Khimiya. 1991. 260 p. (in Russian). Липатов Ю.С. Физическая химия наполненных полимеров. М.: Химия. 1977. 304 с.
Arrighi V., McEwen I.J., Qian H., Serrano Prieto M.B. The glass transition and interfacial layer in styrene-butadiene rubber containing silica nanofiller. Polymer. 2003. V. 44. N 20. P. 6259–6266.
Robertson C.G., Lin C.J., Rackaitis M., Roland C.M. Influence of particle size and polymer-filler coupling on viscoelastic glass transition of particle-reinforced polymers. Macromolecules. 2008. V. 41. N 7. P. 2727-2731.
González-Irún Rodríguez J., Carreira P., García-Diez A., Hui D., Artiaga R., Liz-Marzán L. M. Nanofiller effect jn the glass transition of a polyurethane. J. Therm. Anal. Calor. 2007. V. 87. N 1. P. 45–47.
Huang M., Tunnicliffe L.B., Thomas A.G., Busfield J. The glass transition, segmental relaxations and viscoelastic behaviour of particulate-reinforced natural rubber. Eur. Polym. J. 2015. V. 67. P. 232–241. DOI: 10.1016/j.eurpolymj.2015.03.024.
Stockelhuber K.W., Wießner S., Dasac A., Heinrich G. Filler flocculation in polymers - a simplified model derived from thermodynamics and game theory. Soft Matter. 2017. N 13. P. 3701-3709. DOI: 10.1039/c6sm02694j.
Meng-Jiao Wang. The Role of Filler Networking in Dynamic Properties of Filled Rubber. Rubber Chem. Technol. 1999. V. 72. N 2. P. 430-448. DOI: 10.5254/1.3538812.
