Reinforcement of natural rubber with silica/carbon black hybrid filler
12
Issued Date
2005
Copyright Date
2005
Resource Type
Language
eng
File Type
application/pdf
No. of Pages/File Size
xix, 148 leaves : ill.
ISBN
9740462286
Access Rights
open access
Rights
ผลงานนี้เป็นลิขสิทธิ์ของมหาวิทยาลัยมหิดล ขอสงวนไว้สำหรับเพื่อการศึกษาเท่านั้น ต้องอ้างอิงแหล่งที่มา ห้ามดัดแปลงเนื้อหา และห้ามนำไปใช้เพื่อการค้า
Rights Holder(s)
Mahidol University
Bibliographic Citation
Thesis (M.Sc. (Polymer Science and Technology))--Mahidol University, 2005
Suggested Citation
Thanunya Saowapark Reinforcement of natural rubber with silica/carbon black hybrid filler. Thesis (M.Sc. (Polymer Science and Technology))--Mahidol University, 2005. Retrieved from: https://repository.li.mahidol.ac.th/handle/123456789/106539
Title
Reinforcement of natural rubber with silica/carbon black hybrid filler
Alternative Title(s)
การเสริมแรงยางธรรมชาติโดยใช้สารตัวเติมผสมของซิลิกาและผงเขม่าดำ
Author(s)
Advisor(s)
Abstract
Carbon black (CB) and silica have been used as the main reinforcing fillers that increase the usefulness of rubbers. Since each filler possesses its own advantages, the use of silica/CB blends might enhance the mechanical and dynamic properties of natural rubber (NR) vulcanizates. However, the optimum of silica/CB ratio giving rise to the optimum properties is needed to be clarified. It is known that silica is more difficult to disperse in NR compounds
than CB. In order to enhance the dispersibility, the chemical treatments of silica surfaces by using a silane coupling agent such as bis(3-triethoxysilylpropyl)tetrasulfide or Si-69 have become a useful method. In addition, polar rubbers such as polychloroprene (CR) and epoxidized natural rubber (ENR) have been recently shown to improve silica dispersion and
hence the properties of silica-filled NR vulcanizates. In this research, reinforcement of NR with silica/CB hybrid filler at various ratios was
studied in order to determine the optimum silica/CB ratio. The total hybrid filler content was 50 phr. The mechanical and dynamic properties indicated reinforcement of NR vulcanizates, such as hardness, tensile strength, tear strength, abrasion resistance, flex-cracking resistance, heat buildup resistance and rolling resistance were determined. The appropriate filler ratio
yielding optimum properties was selected for a further study to investigate the effect of Si-69 and polar rubbers (CR and ENR) on the properties of the vulcanizate. The results reveal that the vulcanizate (S20) containing 20 and 30 phr of silica and CB, respectively, exhibits the optimum properties and it was chosen for the subsequent study. The incorporation of CR or ENR into S20 clearly improves only tensile retention and abrasion resistance while other properties are deteriorated or remain unchanged. Without Si-69, most
properties of the chosen NR vulcanizate are deteriorated owing to poor interaction between filler and NR. Comparison between the effects of Si-69 and polar rubbers (CR and ENR) reveals that the optimum properties are achieved by using Si-69 rather than the polar rubbers. The results suggest that Si-69 is essential for improving the properties of vulcanizates filled
with hybrid filler. This is because Si-69 can improve the filler-rubber interaction leading to enhanced silica dispersion. Moreover, it can also form crosslinks in the rubber. However, in the absence of Si-69, ENR serves the function of a compatibilizer for NR vulcanizates filled with hybrid filler better than CR.
ผงเขม่าดำและซิลิกาเป็นสารตัวเติมชนิดเสริมแรงที่ช่วยเพิ่มประโยชน์ในการใช้งานผลิตภัณฑ์ยาง เนื่องจากสารตัวเติมแต่ละชนิดต่างมีข้อดีเฉพาะตัว ดังนั้นการใช้สารเสริมแรงทั้งสองชนิดผสมกันน่าจะช่วยทำให้สมบัติเชิงกลและเชิงพลวัตของยางธรรมชาติดี ยิ่งขึ้น อย่างไรก็ตามจะต้องมีการศึกษาให้แน่ชัดว่าอัตราส่วนที่เหมาะสมของซิลิกาและผงเขม่าดำที่จะทำให้ได้สมบัติที่ดีนั้นเป็นเท่าใด เป็นที่ทราบกันดีว่าการกระจายตัวของซิลิกาในยางธรรมชาติยากกว่า ผงเขม่าดำ แต่จะสามารถเพิ่มความสามารถในการกระจายตัวของซิลิกาให้ดีขึ้นได้โดยการดัดแปรพื้นผิวของซิลิกาด้วยวิธีทางเคมีโดยการใช้สารตัวเชื่อม (coupling agent) เช่น bis(3-triethoxysilylpropyl)tetrasulfide หรือ Si-69 นอกจากนี้ยังพบว่ายางที่มีขั้ว เช่น ยางคลอโรพรีน (CR) และ ยางธรรมชาติอิพอกซิไดซ์ (ENR) ก็สามารถช่วยเพิ่มการกระจายตัวของซิลิกาให้ดีขึ้นได้ เนื่องจากความมีขั้วของยางทำให้เกิดแรงกระทำระหว่างยางและซิลิกามากขึ้น ดังนั้นจึงทำให้ยางธรรมชาติและซิลิกาเข้ากันได้ดีขึ้น ในงานวิจัยนี้ได้ทำการศึกษาการเสริมแรงยางธรรมชาติโดยการใช้สารตัวเติมผสมของซิลิกาและผงเขม่าดำที่อัตราส่วนต่าง ๆ เพื่อหาอัตราส่วนที่เหมาะสมโดยปรับปริมาณของซิลิกาตั้งแต่ 0 ถึง 50 ส่วน โดยปริมาณรวมของสารตัวเติมทั้งสองชนิดคือ 50 ส่วน เมื่อเทียบกับปริมาณยางทั้งหมด 100 ส่วน ในการทดลองนี้ได้ทำการทดสอบสมบัติเชิงกลและเชิงพลวัต เช่น ความแข็ง แรงดึงที่จุดขาด แรงต้านทานการฉีกขาด ความต้านทานต่อการขัดสี ความต้านทานต่อการพับงอ ความต้านทานต่อความร้อนสะสม และความด้านทานต่อการหมุน ซึ่งเป็นสมบัติที่แสดงให้เห็นถึงการเสริมแรงของสารตัวเติมที่มีต่อยางธรรมชาติ อัตราส่วนที่เหมาะสมของสารตัวเติมผสมซึ่งแสดงสมบัติที่ดีนั้นได้ถูกเลือกไปศึกษาผลของ Si-69 และยางที่มีขั้ว (CRและENR) ที่มีต่อสมบัติของยางธรรมชาติที่ใช้สารตัวเติมผสมนี้ ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่ายางธรรมชาติ ที่มีปริมาณซิลิกา 20 ส่วน และ ผงเขม่าดำ 30 ส่วน (S20) แสดงสมบัติโดย รวมดีที่สุด การเติม CR หรือ ENR ในระบบสารตัวเติมผสมนี้ทำให้แรงดึงที่จุดขาดหลังบ่มเร่งและความต้านทานต่อการขัดสีดีขึ้นอย่างชัดเจน ในขณะที่ทำให้สมบัติอื่นๆด้อยลงหรือไม่เปลี่ยนแปลง ในกรณีที่ในระบบไม่มี Si-69 พบว่าสมบัติโดยรวมด้อยลงเนื่อง จากแรงกระทำระหว่างสารตัวเติมกับยางธรรมชาติน้อยลง เมื่อเปรียบเทียบระหว่างผลของ Si-69 กับยางที่มีขั้วพบว่า การใช้ Si-69 จะให้สมบัติต่างๆ ที่ดีกว่าการใช้ยางที่มีขั้ว ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่า Si-69 เป็นสารที่จำเป็นต่อการช่วยปรับปรุงสมบัติของยางธรรมชาติที่ใช้สารตัวเติมผสมของซิลิกาและผงเขม่าดำ เนื่องจาก Si-69 ทำให้แรงกระทำระหว่างสารตัวเติมกับยางธรรมชาติเพิ่มขึ้นช่วยให้การกระจายตัวของซิลิกาดีขึ้น นอกจากนั้น Si-69 ยังช่วยเพิ่มปริมาณโครงสร้างร่างแหในยางธรรมชาติด้วย อย่างไรก็ตามในกรณีที่ในระบบไม่มีการใช้ Si-69 พบว่า ENR ทำหน้าที่เป็นสารช่วยเพิ่มความเข้ากันได้ระหว่างยางธรรมชาติและสารตัวเติมผสมในยางธรรมชาติได้ดีกว่า CR
ผงเขม่าดำและซิลิกาเป็นสารตัวเติมชนิดเสริมแรงที่ช่วยเพิ่มประโยชน์ในการใช้งานผลิตภัณฑ์ยาง เนื่องจากสารตัวเติมแต่ละชนิดต่างมีข้อดีเฉพาะตัว ดังนั้นการใช้สารเสริมแรงทั้งสองชนิดผสมกันน่าจะช่วยทำให้สมบัติเชิงกลและเชิงพลวัตของยางธรรมชาติดี ยิ่งขึ้น อย่างไรก็ตามจะต้องมีการศึกษาให้แน่ชัดว่าอัตราส่วนที่เหมาะสมของซิลิกาและผงเขม่าดำที่จะทำให้ได้สมบัติที่ดีนั้นเป็นเท่าใด เป็นที่ทราบกันดีว่าการกระจายตัวของซิลิกาในยางธรรมชาติยากกว่า ผงเขม่าดำ แต่จะสามารถเพิ่มความสามารถในการกระจายตัวของซิลิกาให้ดีขึ้นได้โดยการดัดแปรพื้นผิวของซิลิกาด้วยวิธีทางเคมีโดยการใช้สารตัวเชื่อม (coupling agent) เช่น bis(3-triethoxysilylpropyl)tetrasulfide หรือ Si-69 นอกจากนี้ยังพบว่ายางที่มีขั้ว เช่น ยางคลอโรพรีน (CR) และ ยางธรรมชาติอิพอกซิไดซ์ (ENR) ก็สามารถช่วยเพิ่มการกระจายตัวของซิลิกาให้ดีขึ้นได้ เนื่องจากความมีขั้วของยางทำให้เกิดแรงกระทำระหว่างยางและซิลิกามากขึ้น ดังนั้นจึงทำให้ยางธรรมชาติและซิลิกาเข้ากันได้ดีขึ้น ในงานวิจัยนี้ได้ทำการศึกษาการเสริมแรงยางธรรมชาติโดยการใช้สารตัวเติมผสมของซิลิกาและผงเขม่าดำที่อัตราส่วนต่าง ๆ เพื่อหาอัตราส่วนที่เหมาะสมโดยปรับปริมาณของซิลิกาตั้งแต่ 0 ถึง 50 ส่วน โดยปริมาณรวมของสารตัวเติมทั้งสองชนิดคือ 50 ส่วน เมื่อเทียบกับปริมาณยางทั้งหมด 100 ส่วน ในการทดลองนี้ได้ทำการทดสอบสมบัติเชิงกลและเชิงพลวัต เช่น ความแข็ง แรงดึงที่จุดขาด แรงต้านทานการฉีกขาด ความต้านทานต่อการขัดสี ความต้านทานต่อการพับงอ ความต้านทานต่อความร้อนสะสม และความด้านทานต่อการหมุน ซึ่งเป็นสมบัติที่แสดงให้เห็นถึงการเสริมแรงของสารตัวเติมที่มีต่อยางธรรมชาติ อัตราส่วนที่เหมาะสมของสารตัวเติมผสมซึ่งแสดงสมบัติที่ดีนั้นได้ถูกเลือกไปศึกษาผลของ Si-69 และยางที่มีขั้ว (CRและENR) ที่มีต่อสมบัติของยางธรรมชาติที่ใช้สารตัวเติมผสมนี้ ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่ายางธรรมชาติ ที่มีปริมาณซิลิกา 20 ส่วน และ ผงเขม่าดำ 30 ส่วน (S20) แสดงสมบัติโดย รวมดีที่สุด การเติม CR หรือ ENR ในระบบสารตัวเติมผสมนี้ทำให้แรงดึงที่จุดขาดหลังบ่มเร่งและความต้านทานต่อการขัดสีดีขึ้นอย่างชัดเจน ในขณะที่ทำให้สมบัติอื่นๆด้อยลงหรือไม่เปลี่ยนแปลง ในกรณีที่ในระบบไม่มี Si-69 พบว่าสมบัติโดยรวมด้อยลงเนื่อง จากแรงกระทำระหว่างสารตัวเติมกับยางธรรมชาติน้อยลง เมื่อเปรียบเทียบระหว่างผลของ Si-69 กับยางที่มีขั้วพบว่า การใช้ Si-69 จะให้สมบัติต่างๆ ที่ดีกว่าการใช้ยางที่มีขั้ว ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่า Si-69 เป็นสารที่จำเป็นต่อการช่วยปรับปรุงสมบัติของยางธรรมชาติที่ใช้สารตัวเติมผสมของซิลิกาและผงเขม่าดำ เนื่องจาก Si-69 ทำให้แรงกระทำระหว่างสารตัวเติมกับยางธรรมชาติเพิ่มขึ้นช่วยให้การกระจายตัวของซิลิกาดีขึ้น นอกจากนั้น Si-69 ยังช่วยเพิ่มปริมาณโครงสร้างร่างแหในยางธรรมชาติด้วย อย่างไรก็ตามในกรณีที่ในระบบไม่มีการใช้ Si-69 พบว่า ENR ทำหน้าที่เป็นสารช่วยเพิ่มความเข้ากันได้ระหว่างยางธรรมชาติและสารตัวเติมผสมในยางธรรมชาติได้ดีกว่า CR
Description
Polymer Science and Technology (Mahidol University 2005)
Degree Name
Master of Science
Degree Level
Master's degree
Degree Department
Faculty of Science
Degree Discipline
Polymer Science and Technology
Degree Grantor(s)
Mahidol University