МОДИФИКАЦИЯ СВОЙСТВ РЕЗИН УГЛЕРОДНЫМ НАНОМАТЕРИАЛОМ

Мансурова И.А., к.т.н, доцент, Копалина О.Ю., аспирант,

ФГБОУ ВПО «Вятский государственный университет», г. Киров, Россия

Свойства резин можно существенно изменять путем введения наполнителя различной химической природы, формы, размера и удельной поверхности. В настоящее время большой научный и практический интерес представляет возможность использования наноструктурированных материалов в резинах, в частности углеродных, обладающих особым комплексом свойств. Однако полноценное использование нитевидных наноструктур (нанотрубок и нановолокон) для модификации свойств эластомеров сдерживается присущей таким наноструктурам склонностью к самоассоциации. Поэтому основной задачей при создании эластомерных нанокомпозитов является дезагрегирование агломератов наноструктур и включение продуктов дезагрегирования в полимерную матрицу.

Целью настоящей работы является исследование влияния многостенных углеродных нанотрубок (МУНТ) исходных и функционализированных, а также нановолокон (УНВ) на свойства наполненных резиновых смесей и вулканизатов на основе бутадиен-нитрильного каучука при различных способах их предварительной обработки и введения в состав резиновых смесей.

УНТ серии «Таунит-М» содержат до 12 графеновых слоев, внешний диаметр трубок составляет 8 - 15 нм, внутренний 4 - 8 нм, длина нанотрубок - более 2 мкм (рис. а), материал получен методом CVD синтеза, содержит 3-4 масс. % остатков катализатора в виде оксидов магния и алюминия с примесью оксидов кобальта и молибдена. Проведенная газофазная функционализация УНТ сопровождается окислением нанотрубок. Содержание общего кислорода в окисленных трубках (УНТ-ФГФ) составляет 7,4 ат. % по данным растровой электронной микроскопии и 11,1 ат. % по данным РФЭС, при этом преимущественно кислород содержится в составе гидроксильных групп [1]. Исходные УНТ и УНТ-ФГФ предоставлены для исследований в составе резиновых смесей ООО “НаноТехЦентр”, г. Тамбов, Россия.

Материал, содержащий нановолокна также получен методом CVD синтеза, содержит до 10 % катализатора в виде оксидов никеля, меди и алюминия, величина его удельной поверхности составляет 135 м²/г, предоставлен для исследований институтом катализа им. Г.К. Борескова СО РАН, Россия. Согласно данным электронной микроскопии (рис. б) материал представляет собой смесь нитевидных наноструктур, имеющих относительно гладкую поверхность и нановолокон с разветвленной структурой, построенной из большого количества графеновых плоскостей, составляющих тело волокна.

а

б

Рисунок – УНТ “Таунит-М”– а; УНВ - б

Для максимально возможной степени диспергирования агломератов наноструктур применен метод ультразвуковой обработки наноматериала с одновременной дополнительной функционализацией поверхности наночастиц техуглеродом, известным наполнителем резин или с помощью полимеров (БНКС-28, полисахарид растительного происхождения). Цель дополнительной функционализации - стабилизация наночастиц во избежание вторичной агломерации, повышение уровня взаимодействия с компонентами резиновой смеси.

Продукты функционализации изучены методами электронной микроскопии, термического анализа, определена степень функционализации наноструктур при использовании полимеров по методике [2] .

Продукты функционализации в дозировках 1,0 – 0,01 масс.ч. на 100 масс.ч. каучука исследовали в резиновых смесях на основе бутадиен-нитрильного каучука БНКС-28 и малоактивного ТУ 803П.

Установлено, что вулканизаты, содержащие УНТ и УНВ, функционализированные техуглеродом при существенном различии в строении (внешний диаметр, способ укладки графеновых плоскостей) отличаются поведением в условиях статического и динамического нагружения. Вулканизаты, модифицированные нановолокнами характеризуются повышенной усталостной выносливостью (f=const, e=150 %), имеют меньший уровень роста теплообразования. В тоже время вулканизаты, модифицированные нанотрубками отличаются более высоким ростом модуля и твердости по сравнению с контролем. Вулканизаты, содержащие УНТ и УНВ, функционализированные полимерами характеризуются повышенной прочностью связи резины с кордом.

Литература:

1. Копалина О.Ю. Модификация резин углеродным наноматериалом. I Международная научно-практическая конференция молодых ученых АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ СОВРЕМЕННОЙ НАУКИ: СВЕЖИЙ ВЗГЛЯД И НОВЫЕ ПОДХОДЫ. Йошкар-Ола. 2012.

2. Qiuying Li, Guozhang Wu, Yulu Ma, Chifei Wu. Grafting modification of carbon black by trapping macroradicals formed by sonochemical degradation. Carbon 45 (2007) 2411–2416.