Modification of calcium carbonate surface by polyisoprene for improved compatibility with natural rubber

Abstract

Calcium carbonate (CaCO3) is a low-cost inorganic filler commonly used in manufacturing of natural rubber latex products. However, the main problem of CaCO3 is the incompatibility with and low dispersibility in hydrophobic natural rubber, resulting in a decrease of mechanical properties of CaCO3-filled natural rubber products. This problem may be solved by modification of the CaCO3 surface to reduce its polarity and, hence, to improve its affinity with non-polar rubbers. In this study, the surface of CaCO3 was modified with polyisoprene using admicellar polymerization. The parameters which influence admicellar polymerization of isoprene on the surface of CaCO3 were examined. The results of FTIR and TGA testing showed that polyisoprene was successfully formed as an ultra-thin layer on the CaCO3 surface. The modified CaCO3 particles also showed increased hydrophobicity. Incorporation of the modified CaCO3 into natural rubber latex gave dried rubber film with improved mechanical properties. In addition, a lower amount of modified CaCO3 was required to achieve similar properties compared with the unmodified CaCO3

แคลเซียมคาร์บอเนตเป็นสารตัวเติมที่นิยมใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมผลิตภัณฑ์จากน้ำยางธรรมชาติ อย่างไรก็ตาม ปัญหาส่วนใหญ่ที่พบคือการแยกชั้นและการกระจายตัวต่ำของแคลเซียมคาร์บอเนต เมื่อใช้ในยางธรรมชาติ ซึ่งส่งผลให้คุณสมบัติเชิงกลของผลิตภัณฑ์จากยางธรรมชาติลดลง ปัจจุบัน ปัญหาการใช้สารตัวเติมแคลเซียมคาร์บอเนตสามารถแก้ไขได้โดยการปรับปรุงสภาพพื้นผิวของแคลเซียมคาร์บอเนตเพื่อลดความมีขั้ว ซึ่งส่งผลให้สารตัวเติมแคลเซียมคาร์บอเนตนี้สามารถเข้ากันได้ดีกับยางธรรมชาติมากขึ้น ในงานวิจัยนี้ ได้ศึกษาการปรับปรุงพื้นผิวของแคลเซียมคาร์บอเนต โดยการเคลือบผิวด้วยพอลีไอโซพรีน ผ่านกระบวนการที่เรียกว่า แอดไมเซลลาร์ พอลีเมอไรเซชั่น โดยทาการศึกษาปัจจัยต่างๆที่มีผลต่อกระบวนการนี้ด้วย จากผลของ FTIR และ TGA พบว่า กระบวนการแอดไมเซลลาร์ พอลีเมอไร-เซชั่น สามารถสังเคราะห์พอลีไอโซพรีนเคลือบผิวของสารตัวเติมแคลเซียมคาร์บอเนตได้ โดยแคลเซียมคาร์บอเนตหลังการปรับปรุงพื้นผิวนี้ มีความไม่ชอบน้าเพิ่มขึ้นและกระจายตัวได้ดีในสารลดแรงตึงผิวอีกด้วย และเมื่อนาแคลเซียมคาร์บอเนตหลังการปรับปรุงพื้นผิว ใส่ลงไปในน้ายางธรรมชาติ พบว่า สมบัติเชิงกลของยางธรรมชาติดีขึ้น ยิ่งไปกว่านั้น การใส่แคลเซียมคาร์บอเนตหลังการปรับปรุงพื้นผิวนี้ จะใช้ในปริมาณที่น้อยกว่า แต่ให้คุณสมบัติเชิงกลที่คล้ายคลึงกัน เมื่อเปรียบเทียบกับแคลเซียมคาร์บอเนตที่ไม่มีการปรับปรุงพื้นผิว