Kompatibilisierung von Elastomerverschnitten durch Kautschukadditive mit maßgeschneiderten Oberflächeneigenschaften

M. Tiwari, Rabin Datta, R. Guo, Auke Talma, W.J. van Ooij, Wilma K. Dierkes, Jacobus W.M. Noordermeer

Research output: Contribution to journalArticleAcademicpeer-review

Abstract

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
Original languageGerman
Pages (from-to)87-101
Number of pages15
JournalGummi, Fasern, Kunststoffe
Volume2014
Issue number2
Publication statusPublished - 2014

Keywords

  • METIS-302926
  • IR-89689

Cite this

@article{b05f378fd5eb4b0d86296d0b9b18705b,
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abstract = "Gummi ist ein herausforderndes Material, dessen Funktionalit{\"a}t stark von der Affinit{\"a}t seiner unterschiedlichen Bestand­teile und seiner Morphologie abh{\"a}ngt. Ein Weg, Polarit{\"a}t und Chemie der F{\"u}llstoffoberfl{\"a}che ma{\ss}zuschneidern, ist die Plasmabeschichtung. Werden Acetylen, Thiophen oder Pyrrol als Monomere verwendet, vermindert die Beschichtung die Polarit{\"a}t der F{\"u}llstoffe im Vergleich zu unbehandelter Kiesels{\"a}ure und an der Oberfl{\"a}che bilden sich unges{\"a}ttigte C-C-Bindungen. Dies f{\"o}rdert die Vertr{\"a}glichkeit der F{\"u}llstoff-Polymer-Gemische. Verglichen mit unbehandelter Kiesels{\"a}ure verbessert sich mit allen plasmabeschichteten F{\"u}llstoffen in einem SBR/EPDM-Verschnitt die F{\"u}llstoff-Polymer-Kompatibilit{\"a}t. Entsprechend der Messung des Payne-Effekts und der Verst{\"a}rkerwirkung wird die beste Dispersion mit einer Pyrrol-Plasmabeschichtung erzielt. Mit diesem Verschnitt erreicht man gemessen am Anteil Bound Rubber auch die h{\"o}chste Kautschuk-F{\"u}llstoff-Wechselwirkung. Erwartungsgem{\"a}{\ss} verbessern sich dadurch die Festigkeitseigenschaften. In NBR/EPDM wird die F{\"u}llstoff-F{\"u}llstoff-Wechselwirkung durch die Pyrrol-Plasmabeschichtung deutlich reduziert. Dies deutet auf eine ausgeglichene Vertr{\"a}glichkeit der pyrrolbeschichteten Kiesels{\"a}ure in beiden Polymeren hin. Die Vulkanisateigenschaften beruhen auf einem Zusammenwirken von Dispersion und F{\"u}llstoff-Polymer-Wechselwirkung, aber auch von Polymerverschlaufungen und Vernetzungsdichte. Alle mit plasmabehandelten Kiesels{\"a}uren gef{\"u}llte NBR/EPDM-Mischungen weisen eine deutlich verbesserte Zugfestigkeit gegen{\"u}ber denen mit unbehandelter Kiesels{\"a}ure auf, wobei mit polyacetylenbeschichteter Kiesels{\"a}ure die besten Ergebnisse zu erzielen waren. Werden in SBR/EPDM-Verschnitten plasmabeschichtete Vulkanisationsagenzien eingesetzt, erh{\"o}hen sich die Sicherheit der Mischungen gegen Anvulkanisation und die Rei{\ss}festigkeit. Gegen{\"u}ber 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 Ru{\ss}­dis­per­sion. Zusammenfassend ausgedr{\"u}ckt resultieren aus einer besseren Polarit{\"a}tsanpassung zwischen Additiven und Polymeren bessere Materialeigenschaften. Die gro{\ss}e Vielfalt von Monomeren f{\"u}r eine Plasmapolymerisation erm{\"o}glicht es, die Oberfl{\"a}cheneigenschaften der Additive gezielt einzustellen",
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publisher = "Dr. Gupta Verlag",
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Kompatibilisierung von Elastomerverschnitten durch Kautschukadditive mit maßgeschneiderten Oberflächeneigenschaften. / Tiwari, M.; Datta, Rabin; Guo, R.; Talma, Auke; van Ooij, W.J.; Dierkes, Wilma K.; Noordermeer, Jacobus W.M.

In: Gummi, Fasern, Kunststoffe, Vol. 2014, No. 2, 2014, p. 87-101.

Research output: Contribution to journalArticleAcademicpeer-review

TY - JOUR

T1 - Kompatibilisierung von Elastomerverschnitten durch Kautschukadditive mit maßgeschneiderten Oberflächeneigenschaften

AU - Tiwari, M.

AU - Datta, Rabin

AU - Guo, R.

AU - Talma, Auke

AU - van Ooij, W.J.

AU - Dierkes, Wilma K.

AU - Noordermeer, Jacobus W.M.

PY - 2014

Y1 - 2014

N2 - 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

AB - 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

KW - METIS-302926

KW - IR-89689

M3 - Article

VL - 2014

SP - 87

EP - 101

JO - Gummi, Fasern, Kunststoffe

JF - Gummi, Fasern, Kunststoffe

SN - 0176-1625

IS - 2

ER -