Verstaerkung verschiedener Elastomere mit Kaolin und Optimierung des Schwefelvernetzungssystems - Saad Sheikh; Ali Ansarifar (2017)
Zur Verbesserung von Haerte, Zugfestigkeit, Reissdehnung, gespeicherter Energiedichte bei Riss, Weiterreisswiderstand und Youngschem Modul wurden in schwefelvernetzten Mischungen auf Basis NR, BR und EPDM grosse Mengen Kaolin (China Clay) eingesetzt. Um die Polaritaet der Kaolinoberflaeche zu reduzieren und die Absorption von Feuchtigkeit, die sich nachteilig auf die Vulkanisation haette auswirken koennen, wurde sie mit 3 Mercaptopropyl-trimethoxysilan (MPTS) vorbehandelt. Bei NR verbesserten sich mit Zugabe von Kaolin Haerte und Youngscher Modul, Zugfestigkeit sowie Weiterreisswiderstand blieben unveraendert und die uebrigen Eigenschaften verschlechterten sich. Mit Kaolin stieg auch die Mischungsviskositaet, Scorchzeit und optimale Vulkanisationszeiten nahmen jedoch ab. Aus dem Einmischen des Kaolins in das Polymer resultierte ebenfalls die hoechste jemals fuer eine schwefelvulkanisierte NR-Mischung offiziell veroeffentlichte Vulkanisationsgeschwindigkeit. Bei BR und EPDM profitierten die meisten Eigenschaften einschliesslich der Mischungsviskositaet signifikant von der Kaolinzugabe zum Polymer. Daraus ergab sich die Schlussfolgerung, dass Kaolin in NR als einfacher bzw. nicht verstaerkender, in BR und EPDM aber als hochverstaerkender Fuellstoff wirkt. Insbesondere profitierten Scorchzeit, optimale Vulkanisationszeiten und Vulkanisationsgeschwindigkeiten fuer BR sehr, waehrend Kaolin in EPDM, abgesehen von der Scorchzeit, die optimale Vulkanisationszeit und die Vulkanisationsgeschwindigkeit negativ beeinflusste. Die Kaolinzugabe steigerte die Vernetzungsdichte von NR, beeintraechtigte sie dagegen bei BR und EPDM. Nach den ersten Ergebnissen erscheint Kaolin hinsichtlich der Verstaerkung von Elastomeren als brauchbare Alternative zu Russ und Kieselsaeure/Silan-Systemen. A large amount of kaolin (China clay) was used to reinforce the hardness, tensile strength, elongation at break, stored energy density at break, tear resistance, and Young’s modulus of some sulphur-cured NR, BR and EPDM. The kaolin surface had been pre-treated with 3-mercaptopropyltrimethoxysilane (MPTS) to reduce its polarity and prevent it from adsorbing moisture which could have been detrimental to the cure of the rubbers. For NR, the hardness and Young’s modulus improved, tensile strength and tear resistance were unchanged and the remaining properties deteriorated when kaolin was added. The viscosity increased and the scorch and optimum cure times decreased with kaolin. The highest cure rate ever reported for a sulphur-cured NR-based compound was achieved when kaolin was mixed with the rubber. For BR and EPDM, most of the properties including the viscosity gained significantly from the presence of kaolin in the rubbers. It was concluded that kaolin was an extending or non-reinforcing filler for NR, and highly reinforcing for BR and EPDM. Notably, the scorch and optimum cure times and cure rate of BR benefitted so much, whereas with the exception of the scorch time, the optimum cure time and cure rate of EPDM were adversely affected by kaolin. The addition of kaolin increased the crosslink density of NR but had a detrimental effect on the crosslink density of BR and EPDM. The early indications are that kaolin is a viable alternative to carbon black and silica/silane systems in rubber reinforcement.