Kompatibilisierung von Elastomerverschnitten durch Kautschukadditive mit maßgeschneiderten Oberflächeneigenschaften

Gummi ist ein herausforderndes Material, dessen Funktionalität stark von der Affinität seiner unterschiedlichen Bestand­teile und seiner Morphologie abhängt. Ein Weg, Polarität und Chemie der Füllstoffoberfläche maßzuschneidern, ist die Plasmabeschichtung. Werden Acetylen, Thiophen oder Pyrrol als Monomere verwendet, vermindert die Beschichtung die Polarität der Füllstoffe im Vergleich zu unbehandelter Kieselsäure und an der Oberfläche bilden sich ungesättigte C-C-Bindungen. Dies fördert die Verträglichkeit der Füllstoff-Polymer-Gemische. Verglichen mit unbehandelter Kieselsäure verbessert sich mit allen plasmabeschichteten Füllstoffen in einem SBR/EPDM-Verschnitt die Füllstoff-Polymer-Kompatibilität. Entsprechend der Messung des Payne-Effekts und der Verstärkerwirkung wird die beste Dispersion mit einer Pyrrol-Plasmabeschichtung erzielt. Mit diesem Verschnitt erreicht man gemessen am Anteil Bound Rubber auch die höchste Kautschuk-Füllstoff-Wechselwirkung. Erwartungsgemäß verbessern sich dadurch die Festigkeitseigenschaften. In NBR/EPDM wird die Füllstoff-Füllstoff-Wechselwirkung durch die Pyrrol-Plasmabeschichtung deutlich reduziert. Dies deutet auf eine ausgeglichene Verträglichkeit der pyrrolbeschichteten Kieselsäure in beiden Polymeren hin. Die Vulkanisateigenschaften beruhen auf einem Zusammenwirken von Dispersion und Füllstoff-Polymer-Wechselwirkung, aber auch von Polymerverschlaufungen und Vernetzungsdichte. Alle mit plasmabehandelten Kieselsäuren gefüllte NBR/EPDM-Mischungen weisen eine deutlich verbesserte Zugfestigkeit gegenüber denen mit unbehandelter Kieselsäure auf, wobei mit polyacetylenbeschichteter Kieselsäure die besten Ergebnisse zu erzielen waren. Werden in SBR/EPDM-Verschnitten plasmabeschichtete Vulkanisationsagenzien eingesetzt, erhöhen sich die Sicherheit der Mischungen gegen Anvulkanisation und die Reißfestigkeit. Gegenüber der Referenzmischung erzeugen alle modifizierten Vulkanisationssysteme in NBR/EPDM-Verschnitten einen Anstieg des maximalen Drehmoments. Die mechanischen Eigenschaften der NBR/EPDM-Verschnitte werden sogar noch deutlicher verbessert als im Fall von SBR/EPDM. Dies signalisiert eine ausgewogenere Verteilung der Vernetzungsstellen auf die unterschiedlichen Kautschukphasen verbunden mit einer homogeneren Ruß­dis­per­sion. Zusammenfassend ausgedrückt resultieren aus einer besseren Polaritätsanpassung zwischen Additiven und Polymeren bessere Materialeigenschaften. Die große Vielfalt von Monomeren für eine Plasmapolymerisation ermöglicht es, die Oberflächeneigenschaften der Additive gezielt einzustellen