Παρασκευή ενισχυμένου καουτσούκ με υπερήχους
- Τα ενισχυμένα καουτσούκ παρουσιάζουν υψηλότερη αντοχή σε εφελκυσμό, επιμήκυνση, αντοχή στην απότριψη και καλύτερη σταθερότητα έναντι γήρανσης.
- Τα πληρωτικά υλικά, όπως η αιθάλη (π.χ. CNTs, MWNTs), το γραφένιο ή η πυριτία, πρέπει να διασπείρονται ομοιογενώς στη μήτρα ώστε να παρέχουν τις επιθυμητές ιδιότητες του υλικού.
- Οι υπέρηχοι ισχύος παρέχουν ανώτερη ποιότητα κατανομής μονοδιασπαρμένων νανοσωματιδίων με ιδιαίτερα ενισχυτικές ιδιότητες.
Διασπορά με υπερήχους
Η κατεργασία με υπερήχους χρησιμοποιείται ευρέως για τη διασπορά νανοϋλικών, όπως μονοδιασπαρμένα νανοσωματίδια και νανοσωλήνες, καθώς οι υπέρηχοι ενισχύουν σημαντικά τον διαχωρισμό και τη λειτουργικοποίηση των σωματιδίων και των σωλήνων.
Ο εξοπλισμός διασποράς με υπερήχους δημιουργεί σπηλαίωση και υψηλές δυνάμεις διάτμησης για τη διάσπαση, την αποσυσσωμάτωση, την αποπλοκή και τη διασπορά νανοσωματιδίων και νανοσωλήνων. Η ένταση της κατεργασίας με υπερήχους μπορεί να ρυθμίζεται και να ελέγχεται με ακρίβεια, ώστε οι παράμετροι της επεξεργασίας με υπερήχους να προσαρμόζονται ιδανικά, λαμβάνοντας υπόψη τη συγκέντρωση, τη συσσωμάτωση και την ευθυγράμμιση/εμπλοκή του νανοϋλικού. Έτσι, τα νανοϋλικά μπορούν να υποβάλλονται σε βέλτιστη επεξεργασία σύμφωνα με τις ειδικές απαιτήσεις του εκάστοτε υλικού. Οι βέλτιστες συνθήκες διασποράς, χάρη στις εξατομικευμένα ρυθμισμένες παραμέτρους της διεργασίας υπερήχων, οδηγούν σε ένα τελικό νανοσύνθετο καουτσούκ υψηλής ποιότητας, με ανώτερα ενισχυτικά χαρακτηριστικά των νανοπροσθέτων και των νανοπληρωτικών υλικών.
Λόγω της ανώτερης ποιότητας διασποράς των υπερήχων και της ομοιόμορφης διασποράς που επιτυγχάνεται με αυτόν τον τρόπο, αρκεί μια πολύ χαμηλή περιεκτικότητα σε πληρωτικό υλικό για την επίτευξη εξαιρετικών χαρακτηριστικών του υλικού.
Βιομηχανικό σύστημα υπερήχων
Καουτσούκ ενισχυμένο με αιθάλη μέσω υπερήχων
Η αιθάλη είναι ένα από τα σημαντικότερα πληρωτικά υλικά στα καουτσούκ, ιδιαίτερα για ελαστικά οχημάτων, προσδίδοντας στο καουτσούκ αντοχή στην απότριψη και στον εφελκυσμό. Τα σωματίδια αιθάλης έχουν έντονη τάση να σχηματίζουν συσσωματώματα που είναι δύσκολο να διασπαρούν ομοιογενώς. Η αιθάλη χρησιμοποιείται συνήθως σε χρώματα, σμάλτα, μελάνια εκτύπωσης, χρωστικές για νάιλον και πλαστικά, μείγματα λάτεξ, μείγματα κεριών, φωτογραφικές επιστρώσεις και άλλα.
Η διασπορά με υπερήχους επιτρέπει την αποσυσσωμάτωση και την ομοιόμορφη ανάμειξη με πολύ υψηλό βαθμό μονοδιασποράς των σωματιδίων.
Κάντε κλικ εδώ για να μάθετε περισσότερα σχετικά με τη διασπορά με υπερήχους για ενισχυμένα σύνθετα υλικά!
Καουτσούκ ενισχυμένο με CNT / MWCNT μέσω υπερήχων
Οι ομογενοποιητές υπερήχων είναι ισχυρά συστήματα διασποράς που μπορούν να ελέγχονται με ακρίβεια και να προσαρμόζονται στις απαιτήσεις της διεργασίας και του υλικού. Ο ακριβής έλεγχος των παραμέτρων της διεργασίας υπερήχων είναι ιδιαίτερα σημαντικός για τη διασπορά νανοσωλήνων, όπως οι MWNTs ή οι SWNTs, καθώς οι νανοσωλήνες πρέπει να αποπλέκονται σε μεμονωμένους σωλήνες χωρίς να υφίστανται βλάβες (π.χ. θραύση). Οι άθικτοι νανοσωλήνες παρέχουν υψηλό λόγο μήκους προς διάμετρο (έως 132.000.000:1), προσδίδοντας έτσι εξαιρετική αντοχή και ακαμψία όταν ενσωματώνονται σε ένα σύνθετο υλικό. Η ισχυρή, με ακρίβεια ρυθμισμένη κατεργασία με υπερήχους υπερνικά τις δυνάμεις Van der Waals και διασπείρει και αποπλέκει τους νανοσωλήνες, με αποτέλεσμα ένα υλικό καουτσούκ υψηλών επιδόσεων με εξαιρετική αντοχή σε εφελκυσμό και εξαιρετικό μέτρο ελαστικότητας.
Επιπλέον, η λειτουργικοποίηση με υπερήχους χρησιμοποιείται για την τροποποίηση των νανοσωλήνων άνθρακα, προκειμένου να επιτευχθούν επιθυμητές ιδιότητες που μπορούν να αξιοποιηθούν σε ποικίλες εφαρμογές.
Συσκευές υπερήχων για τη συνεχή διασπορά νανοϋλικών, αιθάλης ή ενεργού άνθρακα.
Καουτσούκ ενισχυμένο με νανοπυριτία μέσω υπερήχων
Οι διασπορείς υπερήχων παρέχουν εξαιρετικά ομοιόμορφη κατανομή νανοσωματιδίων πυριτίας (SiO2) σε διαλύματα πολυμερών καουτσούκ. Τα νανοσωματίδια πυριτίας (SiO2) πρέπει να κατανέμονται ομοιογενώς ως μονοδιασπαρμένα σωματίδια σε πολυμερισμένο στυρένιο-βουταδιένιο και άλλα καουτσούκ. Η μονοδιασπαρμένη νανοπυριτία SiO2 δρα ως ενισχυτικός παράγοντας, βελτιώνοντας σημαντικά τη δυσθραυστότητα, την αντοχή, την επιμήκυνση, τη συμπεριφορά σε κάμψη και την αντοχή στη γήρανση. Για τα νανοσωματίδια ισχύει το εξής: όσο μικρότερο είναι το μέγεθος των σωματιδίων, τόσο μεγαλύτερη είναι η ειδική επιφάνειά τους. Με υψηλότερο λόγο επιφάνειας προς όγκο (S/V), επιτυγχάνονται καλύτερα δομικά και ενισχυτικά αποτελέσματα, γεγονός που αυξάνει την αντοχή σε εφελκυσμό και τη σκληρότητα των προϊόντων καουτσούκ.
Η διασπορά νανοσωματιδίων πυριτίας με υπερήχους επιτρέπει τον ακριβή έλεγχο των παραμέτρων της διεργασίας, ώστε να επιτυγχάνονται σφαιρική μορφολογία, μέγεθος σωματιδίων ρυθμισμένο με ακρίβεια και πολύ στενή κατανομή μεγέθους.
Η πυριτία που διασπείρεται με υπερήχους εξασφαλίζει την υψηλότερη απόδοση υλικού για το καουτσούκ που ενισχύεται με αυτόν τον τρόπο.
Κάντε κλικ εδώ για να μάθετε περισσότερα σχετικά με τη διασπορά με υπερήχους του SiO2!
Διασπορά ενισχυτικών προσθέτων με υπερήχους
Η κατεργασία με υπερήχους έχει αποδειχθεί ότι διασπείρει πολλά άλλα νανοσωματιδιακά υλικά, βελτιώνοντας το μέτρο ελαστικότητας, την αντοχή σε εφελκυσμό και τις ιδιότητες κόπωσης των σύνθετων υλικών καουτσούκ. Καθώς το μέγεθος, το σχήμα, η επιφάνεια και η επιφανειακή δραστικότητα των σωματιδίων των πληρωτικών και των ενισχυτικών προσθέτων είναι καθοριστικά για την απόδοσή τους, η χρήση ισχυρών και αξιόπιστων διασπορέων υπερήχων αποτελεί μία από τις συχνότερα χρησιμοποιούμενες μεθόδους ενσωμάτωσης σωματιδίων μικρομετρικού και νανομετρικού μεγέθους σε προϊόντα καουτσούκ.
Τυπικά πρόσθετα και πληρωτικά, τα οποία ενσωματώνονται με κατεργασία με υπερήχους ως ομοιόμορφα κατανεμημένα ή μονοδιεσπαρμένα σωματίδια σε μήτρες καουτσούκ, είναι το ανθρακικό ασβέστιο, η άργιλος καολίνη, η πυρογενής πυριτία, η καταβυθισμένη πυριτία, το οξείδιο του γραφίτη, το γραφένιο, ο μαρμαρυγίας, ο τάλκης, ο βαρίτης, ο βολλαστονίτης, τα καταβυθισμένα πυριτικά άλατα, η πυρογενής πυριτία και ο διατομίτης.
Όταν νανοσωματίδια TiO2 λειτουργικοποιημένα με ελαϊκό οξύ διασπείρονται με υπερήχους σε καουτσούκ στυρενίου-βουταδιενίου, ακόμη και μια πολύ μικρή ποσότητα oleic-SiO2 οδηγεί σε σημαντικά βελτιωμένο μέτρο ελαστικότητας, αντοχή σε εφελκυσμό και ιδιότητες κόπωσης και λειτουργεί ως προστατευτικός παράγοντας έναντι της φωτοαποικοδόμησης και της θερμικής αποικοδόμησης.
- Η τριένυδρη αλουμίνα (Al2O3) προστίθεται ως επιβραδυντικό φλόγας, για τη βελτίωση της θερμικής αγωγιμότητας και για την αντοχή στον σχηματισμό αγώγιμων ιχνών και στη διάβρωση.
- Τα πληρωτικά οξειδίου του ψευδαργύρου (ZnO) αυξάνουν τη σχετική διηλεκτρική σταθερά καθώς και τη θερμική αγωγιμότητα.
- Το διοξείδιο του τιτανίου (TiO2) βελτιώνει τη θερμική και την ηλεκτρική αγωγιμότητα.
- Το ανθρακικό ασβέστιο (CaCO3) χρησιμοποιείται ως πρόσθετο λόγω των μηχανικών, ρεολογικών και επιβραδυντικών της φλόγας ιδιοτήτων του.
- Το τιτανικό βάριο (BaTiO3) αυξάνει τη θερμική σταθερότητα.
- Το γραφένιο και το οξείδιο του γραφενίου (GO) προσδίδουν ανώτερα μηχανικά, ηλεκτρικά, θερμικά και οπτικά χαρακτηριστικά στο υλικό.
- Οι νανοσωλήνες άνθρακα (CNTs) βελτιώνουν σημαντικά μηχανικές ιδιότητες όπως η αντοχή σε εφελκυσμό, η ηλεκτρική και η θερμική αγωγιμότητα.
- Οι πολυτοιχωματικοί νανοσωλήνες άνθρακα (MWNTs) βελτιώνουν το μέτρο Young και το όριο διαρροής. Για παράδειγμα, μόλις 1 wt.% MWNTs σε μια εποξειδική ρητίνη οδηγεί σε αύξηση του μέτρου Young και του ορίου διαρροής κατά 100% και 200%, αντίστοιχα, σε σύγκριση με την καθαρή μήτρα.
- Οι μονοτοιχωματικοί νανοσωλήνες άνθρακα (SWNTs) βελτιώνουν τις μηχανικές ιδιότητες και τη θερμική αγωγιμότητα.
- Οι νανοΐνες άνθρακα (CNF) προσδίδουν αντοχή, θερμοαντοχή και ανθεκτικότητα.
- Μεταλλικά νανοσωματίδια όπως το νικέλιο, ο σίδηρος, ο χαλκός, ο ψευδάργυρος, το αλουμίνιο και ο άργυρος προστίθενται για τη βελτίωση της ηλεκτρικής και της θερμικής αγωγιμότητας.
- Οργανικά νανοϋλικά όπως ο μοντμοριλλονίτης βελτιώνουν τις μηχανικές ιδιότητες και τις ιδιότητες επιβράδυνσης της φλόγας.
Συστήματα διασποράς με υπερήχους
Η Hielscher Ultrasonics προσφέρει μια ευρεία γκάμα εξοπλισμού υπερήχων – από μικρότερα επιτραπέζια συστήματα για δοκιμές σκοπιμότητας έως βιομηχανικές μονάδες υπερήχων βαρέος τύπου με ισχύ έως και 16kW ανά μονάδα. Η ισχύς, η αξιοπιστία, η δυνατότητα ακριβούς ελέγχου καθώς και η στιβαρότητά τους καθιστούν τα συστήματα διασποράς με υπερήχους της Hielscher τον «στυλοβάτη» της γραμμής παραγωγής σκευασμάτων με σωματίδια μικρομετρικού και νανομετρικού μεγέθους. Οι συσκευές υπερήχων μας μπορούν να επεξεργάζονται υδατικές διασπορές και διασπορές με βάση διαλύτες έως και σε υψηλά ιξώδη (έως και 10.000cp) εύκολα. Διάφορα ηχοτρόδια (κεφαλές υπερήχων), ενισχυτές (αύξησης/μείωσης πλάτους), γεωμετρίες κυψελίδων ροής και άλλα εξαρτήματα επιτρέπουν τη βέλτιστη προσαρμογή του διασπορέα υπερήχων στο προϊόν και στις απαιτήσεις της διεργασίας του.
Οι βιομηχανικοί επεξεργαστές υπερήχων της Hielscher Ultrasonics μπορούν να παρέχουν πολύ υψηλά πλάτη. Πλάτη έως 200µm μπορούν να εφαρμοστούν χωρίς καθυστέρηση σε συνεχή λειτουργία 24/7. Για ακόμη υψηλότερα πλάτη, διατίθενται ειδικά προσαρμοσμένα ηχοτρόδια υπερήχων. Η ανθεκτικότητα του εξοπλισμού υπερήχων της Hielscher επιτρέπει τη 24/7 λειτουργία υπό συνθήκες βαριάς καταπόνησης και σε απαιτητικά περιβάλλοντα. Οι διασπορείς υπερήχων της Hielscher είναι εγκατεστημένοι παγκοσμίως για εμπορική παραγωγή μεγάλης κλίμακας.
Ειδικά προσαρμοσμένη διάταξη υπερήχων για νανοδιασπορές
| Όγκος παρτίδας | Παροχή | Συνιστώμενες συσκευές |
|---|---|---|
| 10 έως 2000mL | 20 έως 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 έως 20L | 0,2 έως 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 έως 100L | 2 έως 10L/min | UIP4000 |
| n.a. | 10 έως 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | μεγαλύτερη | συστοιχία μονάδων UIP16000 |
Βιβλιογραφία / Αναφορές
- Bitenieks, Juris; Meria, Remo Merijs; Zicans, Janis; Maksimovs, Roberts; Vasilec, Cornelia; Musteata, Valentina Elena (2012): Styrene–acrylate/carbon nanotube nanocomposites: mechanical, thermal, and electrical properties. Proceedings of the Estonian Academy of Sciences, 2012, 61, 3, 172–177.
- Kaboorani, Alireza; Riedl, Bernard; Blanchet, Pierre (2013): Ultrasonication Technique: A Method for Dispersing Nanoclay in Wood Adhesives. Journal of Nanomaterials 2013.
- Momen, G.; Farzaneh, M. (2011): Survey of Micro/Nano Filler Use to improve Silicone Rubber For Outdoor Insulators. Review of Advanced Materials Science 27, 2011. 1-3.
- Sharma, S.D.; Singh, S. (2013): Synthesis and Characterization of Highly Effective Nano Sulfated Zirconia over Silica: Core-Shell Catalyst by Ultrasonic Irradiation. American Journal of Chemistry 2013, 3(4): 96-104.
Χρήσιμες πληροφορίες
Συνθετικό καουτσούκ
Συνθετικό καουτσούκ είναι κάθε τεχνητό ελαστομερές. Τα συνθετικά καουτσούκ είναι κυρίως πολυμερή που συντίθενται από παραπροϊόντα πετρελαίου και παρασκευάζονται, όπως και άλλα πολυμερή, από διάφορα μονομερή πετρελαϊκής προέλευσης. Το πιο διαδεδομένο συνθετικό καουτσούκ είναι το καουτσούκ στυρενίου–βουταδιενίου (SBR), που προκύπτει από τον συμπολυμερισμό στυρενίου και 1,3-βουταδιενίου. Άλλα συνθετικά καουτσούκ παρασκευάζονται από ισοπρένιο (2-μεθυλο-1,3-βουταδιένιο), χλωροπρένιο (2-χλωρο-1,3-βουταδιένιο) και ισοβουτυλένιο (μεθυλοπροπένιο) με μικρό ποσοστό ισοπρενίου για τον σχηματισμό σταυροδεσμών. Αυτά και άλλα μονομερή μπορούν να αναμειχθούν σε διάφορες αναλογίες και να συμπολυμεριστούν, ώστε να παραχθούν προϊόντα με ένα εύρος φυσικών, μηχανικών και χημικών ιδιοτήτων. Τα μονομερή μπορούν να παραχθούν σε καθαρή μορφή και η προσθήκη προσμείξεων ή προσθέτων μπορεί να ελεγχθεί βάσει σχεδιασμού, ώστε να επιτευχθούν βέλτιστες ιδιότητες. Ο πολυμερισμός καθαρών μονομερών μπορεί να ελεγχθεί καλύτερα, ώστε να επιτευχθεί η επιθυμητή αναλογία διπλών δεσμών cis και trans.
Το συνθετικό καουτσούκ, όπως και το φυσικό καουτσούκ, χρησιμοποιείται ευρέως στην αυτοκινητοβιομηχανία για ελαστικά, προφίλ θυρών και παραθύρων, εύκαμπτους σωλήνες, ιμάντες, τάπητες και επιστρώσεις δαπέδων.
Φυσικό καουτσούκ
Το φυσικό καουτσούκ είναι επίσης γνωστό ως ινδικό καουτσούκ ή καουτσούκ. Το φυσικό καουτσούκ ταξινομείται ως ελαστομερές και αποτελείται κυρίως από πολυμερή της οργανικής ένωσης πολυ-cis-ισοπρένιο και νερό. Περιέχει ίχνη προσμείξεων, όπως πρωτεΐνες, ρύπους κ.λπ. Το φυσικό καουτσούκ, το οποίο λαμβάνεται ως λάτεξ από το καουτσουκόδεντρο Hevea Brasiliensis, παρουσιάζει εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες. Ωστόσο, σε σύγκριση με τα συνθετικά καουτσούκ, το φυσικό καουτσούκ έχει χαμηλότερες επιδόσεις ως υλικό, ιδίως όσον αφορά τη θερμική του σταθερότητα και τη συμβατότητά του με πετρελαϊκά προϊόντα. Το φυσικό καουτσούκ έχει ευρύ φάσμα εφαρμογών, είτε μόνο του είτε σε συνδυασμό με άλλα υλικά. Χρησιμοποιείται κυρίως λόγω του μεγάλου λόγου επιμήκυνσης, της υψηλής ελαστικής επαναφοράς και της εξαιρετικά υψηλής στεγανότητάς του στο νερό. Το σημείο τήξης του καουτσούκ είναι περίπου 180°C (356°F).
Ο παρακάτω πίνακας παρέχει μια επισκόπηση των διαφόρων τύπων καουτσούκ:
| ISO | Τεχνική ονομασία | Κοινή ονομασία |
|---|---|---|
| ACM | Πολυακρυλικό καουτσούκ | |
| AEM | Καουτσούκ αιθυλενίου–ακρυλικού εστέρα | |
| AU | Πολυεστερική ουρεθάνη | |
| BIIR | Βρωμιωμένο ισοβουτυλένιο–ισοπρένιο | Βρωμοβουτυλικό καουτσούκ |
| BR | Πολυβουταδιένιο | Buna CB |
| CIIR | Χλωριωμένο ισοβουτυλένιο–ισοπρένιο | Χλωροβουτυλικό καουτσούκ, βουτυλικό καουτσούκ |
| CR | Πολυχλωροπρένιο | Χλωροπρένιο, Neoprene |
| CSM | Χλωροσουλφονωμένο πολυαιθυλένιο | Hypalon |
| ECO | Επιχλωρυδρίνη | ECO, επιχλωρυδρίνη, Epichlore, Epichloridrine, Herclor, Hydrin |
| EP | Αιθυλένιο–προπυλένιο | |
| EPDM | Μονομερές αιθυλενίου–προπυλενίου–διενίου | EPDM, Nordel |
| EU | Πολυαιθερική ουρεθάνη | |
| FFKM | Υπερφθορανθρακικό καουτσούκ | Kalrez, Chemraz |
| FKM | Φθοριωμένος υδρογονάνθρακας | Viton, Fluorel |
| FMQ | Φθοριοσιλικόνη | FMQ, καουτσούκ σιλικόνης |
| FPM | Φθορανθρακικό καουτσούκ | |
| HNBR | Υδρογονωμένο νιτρίλιο–βουταδιένιο | HNBR |
| IR | Πολυισοπρένιο | (Συνθετικό) φυσικό καουτσούκ |
| IIR | Βουτυλικό καουτσούκ ισοβουτυλενίου–ισοπρενίου | Βουτυλικό καουτσούκ |
| NBR | Ακρυλονιτρίλιο–βουταδιένιο | NBR, νιτρίλιο, Perbunan, Buna-N |
| PU | Πολυουρεθάνη | PU, πολυουρεθάνη |
| SBR | Στυρένιο–βουταδιένιο | SBR, Buna-S, GRS, Buna VSL, Buna SE |
| SEBS | Συμπολυμερές στυρενίου–αιθυλενίου–βουτυλενίου–στυρενίου | Καουτσούκ SEBS |
| SI | Πολυσιλοξάνιο | Καουτσούκ σιλικόνης |
| VMQ | Βινυλομεθυλοσιλικόνη | Καουτσούκ σιλικόνης |
| XNBR | Μονομερές ακρυλονιτριλίου–βουταδιενίου με καρβοξυλομάδες | XNBR, καρβοξυλιωμένο νιτρίλιο |
| XSBR | Μονομερές στυρενίου–βουταδιενίου με καρβοξυλομάδες | |
| YBPO | Θερμοπλαστικός πολυαιθέρας–εστέρας | |
| YSBR | Συμπολυμερές στυρενίου–βουταδιενίου κατά συστάδες | |
| YXSBR | Συμπολυμερές στυρενίου–βουταδιενίου κατά συστάδες με καρβοξυλομάδες |
SBR
Ο όρος στυρένιο–βουταδιένιο ή καουτσούκ στυρενίου–βουταδιενίου (SBR) περιγράφει συνθετικά καουτσούκ που προέρχονται από στυρένιο και βουταδιένιο. Το ενισχυμένο καουτσούκ στυρενίου–βουταδιενίου χαρακτηρίζεται από υψηλή αντοχή στην τριβή και καλές ιδιότητες αντοχής στη γήρανση. Η αναλογία στυρενίου προς βουταδιένιο καθορίζει τις ιδιότητες του πολυμερούς: με υψηλή περιεκτικότητα σε στυρένιο, το καουτσούκ γίνεται σκληρότερο και λιγότερο ελαστικό.
Οι περιορισμοί του μη ενισχυμένου SBR οφείλονται στη χαμηλή αντοχή του χωρίς ενίσχυση, στη χαμηλή ελαστική επαναφορά, στη χαμηλή αντοχή στο σχίσιμο (ιδιαίτερα σε υψηλές θερμοκρασίες) και στην ανεπαρκή κολλητικότητα. Επομένως, απαιτούνται ενισχυτικοί παράγοντες και πληρωτικά για τη βελτίωση των ιδιοτήτων του SBR. Για παράδειγμα, τα πληρωτικά αιθάλης χρησιμοποιούνται για τη σημαντική αύξηση της αντοχής και της αντοχής στην τριβή.
Στυρένιο
Το στυρένιο (C8H8) είναι γνωστό με διάφορες ονομασίες, όπως αιθενυλοβενζόλιο, βινυλοβενζόλιο, φαινυλαιθένιο, φαινυλαιθυλένιο, κινναμένιο, στυρόλη, diarex HF 77, στυρολένιο και styropol. Είναι μια οργανική ένωση με χημικό τύπο C6H5CH=CH2. Το στυρένιο είναι η πρόδρομη ένωση του πολυστυρενίου και αρκετών συμπολυμερών.
Είναι παράγωγο του βενζολίου και εμφανίζεται ως άχρωμο ελαιώδες υγρό, το οποίο εξατμίζεται εύκολα. Το στυρένιο έχει γλυκιά οσμή, η οποία σε υψηλές συγκεντρώσεις μετατρέπεται σε λιγότερο ευχάριστη οσμή.
Παρουσία βινυλομάδας, το στυρένιο σχηματίζει πολυμερές. Τα πολυμερή με βάση το στυρένιο παράγονται εμπορικά για την παρασκευή προϊόντων όπως το πολυστυρένιο, το ABS, το καουτσούκ στυρενίου–βουταδιενίου (SBR), το λάτεξ στυρενίου–βουταδιενίου, το SIS (στυρένιο–ισοπρένιο–στυρένιο), το S-EB-S (στυρένιο–αιθυλένιο/βουτυλένιο–στυρένιο), το στυρένιο–διβινυλοβενζόλιο (S-DVB), η ρητίνη στυρενίου–ακρυλονιτριλίου (SAN) και οι ακόρεστοι πολυεστέρες που χρησιμοποιούνται σε ρητίνες και θερμοσκληρυνόμενες συνθέσεις. Αυτά τα υλικά αποτελούν σημαντικά συστατικά για την παραγωγή καουτσούκ, πλαστικών, μονωτικών υλικών, υαλονημάτων, σωλήνων, εξαρτημάτων αυτοκινήτων και σκαφών, δοχείων τροφίμων και υποστρωμάτων χαλιών.
Εφαρμογές του καουτσούκ
Το καουτσούκ διαθέτει πολλά χαρακτηριστικά υλικού, όπως αντοχή, μεγάλη διάρκεια ζωής, αντοχή στο νερό και αντοχή στη θερμότητα. Αυτές οι ιδιότητες καθιστούν το καουτσούκ ιδιαίτερα ευέλικτο, με αποτέλεσμα να χρησιμοποιείται σε πολλούς βιομηχανικούς κλάδους. Η κύρια χρήση του καουτσούκ είναι στην αυτοκινητοβιομηχανία, κυρίως για την παραγωγή ελαστικών. Πρόσθετα χαρακτηριστικά, όπως η αντιολισθητικότητα, η μαλακότητα, η ανθεκτικότητα και η ελαστική επαναφορά του, καθιστούν το καουτσούκ ένα ευρέως χρησιμοποιούμενο σύνθετο υλικό για την παραγωγή υποδημάτων, δαπέδων, ιατρικών και υγειονομικών εφοδίων, οικιακών προϊόντων, παιχνιδιών, αθλητικών ειδών και πολλών άλλων προϊόντων από καουτσούκ.
Νανοπρόσθετα και πληρωτικά
Τα πληρωτικά και τα πρόσθετα νανομετρικού μεγέθους στα καουτσούκ δρουν ως ενισχυτικοί και προστατευτικοί παράγοντες για τη βελτίωση της αντοχής σε εφελκυσμό, της αντοχής στην τριβή, της αντοχής στο σχίσιμο και της υστέρησης, καθώς και για την προστασία του καουτσούκ από τη φωτοαποδόμηση και τη θερμική αποδόμηση.
Πυριτία
Η πυριτία (SiO2, διοξείδιο του πυριτίου) χρησιμοποιείται σε πολλές μορφές, όπως η άμορφη πυριτία, π.χ. η πυρογενής πυριτία, η πυριτική παιπάλη και η καταβυθισμένη πυριτία, για τη βελτίωση των χαρακτηριστικών του υλικού όσον αφορά τις δυναμικές μηχανικές ιδιότητες, την αντοχή στη θερμική γήρανση και τη μορφολογία. Οι συνθέσεις με πληρωτικό πυριτίας εμφανίζουν αύξηση του ιξώδους και της πυκνότητας διασταυρούμενων δεσμών καθώς αυξάνεται η περιεκτικότητα σε πληρωτικό. Η σκληρότητα, το μέτρο ελαστικότητας, η αντοχή σε εφελκυσμό και τα χαρακτηριστικά φθοράς βελτιώθηκαν προοδευτικά με την αύξηση της ποσότητας του πληρωτικού πυριτίας.
Αιθάλη
Η αιθάλη είναι μια μορφή παρακρυσταλλικού άνθρακα με χημειοροφημένα σύμπλοκα οξυγόνου (όπως καρβοξυλικές, κινονικές, λακτονικές, φαινολικές ομάδες και άλλες) συνδεδεμένα στην επιφάνειά της. Αυτές οι επιφανειακές ομάδες οξυγόνου συνήθως ομαδοποιούνται υπό τον όρο «πτητικά σύμπλοκα». Λόγω αυτής της περιεκτικότητας σε πτητικά συστατικά, η αιθάλη είναι μη αγώγιμο υλικό. Τα σωματίδια αιθάλης που έχουν υποστεί λειτουργική τροποποίηση με σύμπλοκα άνθρακα–οξυγόνου διασπείρονται ευκολότερα.
Ο υψηλός λόγος επιφάνειας προς όγκο της αιθάλης την καθιστά συνηθισμένο ενισχυτικό πληρωτικό υλικό. Σχεδόν όλα τα προϊόντα καουτσούκ για τα οποία η αντοχή σε εφελκυσμό και η αντοχή στην τριβή είναι απαραίτητες χρησιμοποιούν αιθάλη. Η καταβυθισμένη ή η πυρογενής πυριτία χρησιμοποιείται ως υποκατάστατο της αιθάλης όταν απαιτείται ενίσχυση του καουτσούκ, αλλά πρέπει να αποφεύγεται το μαύρο χρώμα. Ωστόσο, τα πληρωτικά υλικά με βάση την πυριτία κερδίζουν μερίδιο αγοράς και στα ελαστικά αυτοκινήτων, επειδή η χρήση πληρωτικών πυριτίας επιφέρει χαμηλότερες απώλειες κύλισης σε σύγκριση με τα ελαστικά με πληρωτικό αιθάλης.
Ο παρακάτω πίνακας παρέχει μια επισκόπηση των τύπων αιθάλης που χρησιμοποιούνται στα ελαστικά
| Ονομασία | Συντομ. | ASTM | Μέγεθος σωματιδίων nm | Αντοχή σε εφελκυσμό MPa | Σχετική εργαστηριακή φθορά από τριβή | Σχετική φθορά από τριβή στο οδόστρωμα |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Αιθάλη καμίνου εξαιρετικά υψηλής αντοχής στην τριβή | SAF | N110 | 20–25 | 25,2 | 1,35 | 1,25 |
| Ενδιάμεση αιθάλη SAF | ISAF | N220 | 24–33 | 23,1 | 1,25 | 1,15 |
| Αιθάλη καμίνου υψηλής αντοχής στην τριβή | HAF | N330 | 28–36 | 22,4 | 1,00 | 1,00 |
| Αιθάλη καναλιού εύκολης επεξεργασίας | EPC | N300 | 30–35 | 21,7 | 0,80 | 0,90 |
| Αιθάλη καμίνου ταχείας εξώθησης | FEF | N550 | 39–55 | 18,2 | 0,64 | 0,72 |
| Αιθάλη καμίνου υψηλού μέτρου ελαστικότητας | HMF | N660 | 49–73 | 16,1 | 0,56 | 0,66 |
| Ημιενισχυτική αιθάλη καμίνου | SRF | N770 | 70–96 | 14,7 | 0,48 | 0,60 |
| Λεπτόκοκκη θερμική αιθάλη | FT | N880 | 180–200 | 12,6 | 0,22 | – |
| Θερμική αιθάλη μεσαίου μεγέθους σωματιδίων | MT | N990 | 250–350 | 9,8 | 0,18 | – |
Οξείδιο του γραφενίου
Το οξείδιο του γραφενίου διασπαρμένο σε SBR προσφέρει υψηλή αντοχή σε εφελκυσμό και σε σχίσιμο, καθώς και εξαιρετική αντοχή στη φθορά και χαμηλή αντίσταση κύλισης, οι οποίες αποτελούν σημαντικές ιδιότητες υλικών για την κατασκευή ελαστικών. Το SBR ενισχυμένο με οξείδιο του γραφενίου και πυριτία προσφέρει μια ανταγωνιστική εναλλακτική λύση για την παραγωγή ελαστικών με τρόπο φιλικό προς το περιβάλλον, καθώς και για την παραγωγή σύνθετων υλικών καουτσούκ υψηλών επιδόσεων. Το γραφένιο και το οξείδιο του γραφενίου μπορούν να αποφλοιωθούν επιτυχώς, αξιόπιστα και εύκολα με κατεργασία με υπερήχους. Κάντε κλικ εδώ για να μάθετε περισσότερα για την παραγωγή γραφενίου με υπερήχους!