Ultrasonic Preparation of Reinforced Rubber
- Reinforced rubbers menunjukkan kekuatan tarik yang lebih tinggi, elongasi, ketahanan abrasi dan stabilitas penuaan yang lebih baik.
- Pengisi seperti karbon hitam (misalnya CNT, MWNT), graphene, atau silika harus terdistribusi secara homogen dalam matriks untuk memberikan sifat material yang diinginkan.
- Kekuatan ultrasonik memberikan kualitas distribusi yang superior dari nanopartikel monodispersi dengan sifat penguat yang sangat tinggi.
Dispersi Ultrasonik
Ultrasonik banyak digunakan untuk menyebarkan bahan nano seperti nanopartikel monodispersi dan nanotube, karena ultrasonics meningkatkan pemisahan dan fungsionalisasi partikel dan tabung dengan sangat banyak.
Peralatan pendispersi ultrasonik menciptakan Kavitasi dan kekuatan shear yang tinggi untuk mengganggu, deaglomerat, detangle dan mendispersi dan nanopartikel. Intensitas sonikasi dapat disesuaikan dan dikontrol dengan tepat sehingga parameter pemrosesan ultrasonik dapat diadaptasi dengan sempurna, dengan konsentrasi, aglomerasi, dan alignment/entanglement bahan nano. Dengan demikian, bahan nano dapat diproses secara optimal berkenaan dengan persyaratan bahan spesifik mereka. Kondisi dispersi optimal karena parameter proses ultrasonik yang disesuaikan secara individual menghasilkan karet nanokomposit karet berkualitas tinggi dengan karakteristik penguat nano-aditif dan -filler yang superior.
Karena kualitas dispersi ultrasonik yang superior dan dispersi seragam yang dicapai, pemuatan pengisi yang sangat rendah cukup untuk mendapatkan karakteristik material yang sangat baik.
Sistem Industri dengan Ultrasonik
Ultrasonically Carbon Black-Reinforced Rubber
Karbon hitam adalah salah satu pengisi yang paling penting dikaret, terutama untuk ban, untuk memberi ketahanan abrasi bahan karet dan kekuatan tarik. Partikel karbon hitam sangat rentan membentuk agregat yang sulit dibubarkan secara homogen. Karbon hitam biasanya digunakan dalam cat, enamel, tints cetak, pewarna nylon dan plastik, campuran lateks, campuran lilin, pelapis foto dan banyak lagi.
Dispersi ultrasonik memungkinkan untuk deagglomerat dan berbaur secara seragam dengan monodispersitas partikel yang sangat tinggi.
Klik di sini untuk mempelajari lebih lanjut tentang ultrasonik dispersi untuk diperkuat komposit!
Ultrasonically CNT - / MWCNT-Reinforced Rubber
Homogenizer Ultrasonik adalah sistem pendispersi yang kuat, yang dapat dikontrol dan disesuaikan dengan proses dan persyaratan material secara tepat. Kontrol yang tepat dari parameter proses ultrasonik sangat penting untuk menyebarkan nanotube seperti MWNT atau SWNT karena tabung nano harus dilepaskan ke dalam tabung tunggal tanpa mengalami kerusakan (hingga 132.000.000:1) sehingga memberi kekuatan dan kekakuan yang luar biasa saat diformulasi menjadi komposit. Sonikasi yang kuat dan tepat disesuaikan untuk mengatasi gaya Van der Walls dan menyebarkan sera merintangi nanotube yang menghasilkan bahan karet berkinerja tinggi dengan kekuatan tarik dan modulus elastisitas yang luar biasa.
Selain itu, ultrasonik funksionalisasi digunakan untuk memodifikasi nanotube karbon untuk mencapai sifat yang diinginkan yang dapat digunakan dalam aplikasi manifold.
Ultrasonicators untuk dispersi terus menerus dari bahan nano, karbon hitam, atau arang aktif.
Ultrasonically Nano-Silica-Reinforced Rubber
Ultrasonik dispersers memberikan distribusi sangat seragam partikel silika (SiO2) nanopartikel dalam larutan polimer karet. Silika (SiO2) nanopartikel harus terdistribusi secara homogen sebagai partikel berpolarisasi mono dalam stirena-butadiena berprinsip dan karet lainnya. Mono-disperse nano-Sio2 bertindak sebagai agen penguat, yang meningkatkan ketangguhan, kekuatan, pemanjangan, kinerja lentur dan anti penuaan, secara signifikan. Untuk partikel nano berlaku: Semakin kecil ukuran partikelnya, semakin besar luas permukaan partikelnya. Dengan rasio luas permukaan / volume (S / V) yang lebih tinggi, diperoleh efek struktural dan penguatan yang lebih baik, yang meningkatkan kekuatan tarik dan kekerasan produk karet.
Ultrasonik dispersi nanopartikel memungkinkan untuk mengendalikan parameter process yang persis sehingga suatu mofologi bola, ukuran partikel yang diseuaikan persis, dan distribusi ukuran yang sangat sempit diperoleh.
Silika yang terdispersi secara ultrasonik menghasilkan kinerja yang tinggi sehingga memperkuat karet
Klik di sini untuk mempelajari lebih lanjut tentang dispersing ultrasonik dari SiO2!
Dispersi Ultrasonik Aditif Penguat
Sonikasi telah terbukti mendispersi banyak bahan nanopartikulasi lainnya untuk memperbaiki modulus, kekuatan tarik, dan sifat kelelahan dari komposit karet. Karena ukuran partikel, bentuk, luas permukaan dan aktivitas permukaan pengisi dan aditif penstabil sangat penting untuk kinerja mereka, pendispersi ultrasonik yang andal dan salah satu metode yang paling sering digunakan untuk memformulasi partikel berukuran mikro dan nano menjadi produk karet.
Tipikal aditif dan fillers, yang digabungkan oleh sonikasi sebagai partikel terdistribusi atau partikel yang dipolarisasi secara merata dan matriks karet, adalah calcium carbonate, kaolin clay, fumed silica, precipitated silica, graphite oxide, graphene, mica, talc, barite, wollastonite, precipitated silicates, fumed silica dan diatomite.
Bila oleic acid mengfunsionalisasikan TiO2 nanopartikel tersebar secara pada styrene-butadiene rubber, bahkan sejumlah kecil oleic-Sio2 menghasilkan modulus secara signifikan meningkatkan, kekuatan tarik, dan sifat fatigue yang meningkat secara signifikan, dan berfungsi sebagai pelindung terhadap degradasi foto dan termo.
- Alumina trihidrat (Al2O3) ditambahkan sebagai flame retardant, untuk meningkatkan konduktivitas termal, dan untuk ketahanan tracking dan erosi perlawanan.
- Zinc oxide (ZnO) filler menigkatkan permitivitas relatif serta konduktivitas termal
- Titanium Dioksida (TiO2meningkatkan konduktif thermal dan listrik
- Kalsium karbonat (CaCO3) digunakan sebagai aditif karena sifat mekanik, rheological dan sifa flame retarding.
- Titanate barium (BaTiO3) meningkatkan stabilitas termal.
- Grafena dan graphene oxide (GO) memberikan karakteristik material mekanik, elektrikal, termal dan optik yang superior.
- nanotubes karbon (CNT) memperbaiki sifat mekanik seperti kekuatan tarik, konduktivitas listrik dan thermal secara signifikan.
- Multi-walled carbon nanotube (MWNTs) meningkatkan Young's modulus dan menghasilkan kekuatan. Sebagai contoh, sebanyak 1wt% MWTN menjadi hasil epoxy ada Young's modulus dan peningkatan kekuatan masing-masing, 100% dan 200%, dibandingkan dengan matriks murni.
- Nanotubes karbon berdinding tunggal (SWNTs) meningkatkan sifat mekanik dan konduktivitas termal.
- Serat nano karbon (CNF) menambah kekuatan, tahan panas, dan daya tahan.
- Nanopartikel logam esprit, nikel, bese, tembaga, zinc, aluminium dan perak ditambahkan untuk meningkatkan konduktivitas listrik dan panas.
- Organik nanomaterials seperti mineral montmorilonite meningkatkan sifat mekanik dan tahan api.
Sistem Dispersi dengan Ultrasonik
Hielscher Ultrasonics menawarkan berbagai produk peralatan ultrasonik – dari sistem bench-top kecil untuk uji kelayakan sampai tugas berat unit ultrasonicator industri dengan hingga 16 kW per unit. Kekuatan, keandalan, pengendalian yang tepat serta ketahanan mereka membuat Hielscher's ultrasonik sistem dispersing “work horse” dalam garis produksi formulasi mikron - dan nano-particulated. Ultrasonicators kami dapat melakukan proses berbasis pelarut yang berair dan dispersi hingga viskositas yang tinggi (hingga 10, 000cp) dengan mudah. Berbagai sonotrodes (ultrasonik horn), boosters (intensifier/decreaser), flow cell geometri dan aksesoris lainnya yang memungkinkan untuk adaptasi disperser ultrasonik untuk produk dan persyaratan proses yang optimal.
Hielscher Ultrasonics’ ultrasonik industri prosesor dapat memberikan amplitudo yang sangat tinggi. Amplitudo hingga 200μm dapat terus dijalankan dalam 24/7 operasi segera. Untuk amplitudo yang lebih tinggi lagi, sonotrodes ultrasonik yang disesuaikan tersedia. Ketahanan peralatan ultrasonik Hielscher memungkinkan untuk pengoperasian 24/7 untuk operasi tugas yang berat dan dalam lingkungan yang menuntut. Hielscher's ultrasonik dispersers dipasang di seluruh dunia untuk produksi komersial skala besar.
Disesuaikan ultrasonik setup untuk nano-dispersi
| Batch Volume | Flow Rate | Direkomendasikan perangkat |
|---|---|---|
| 10-2000mL | 20 hingga 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 hingga 20L | 0.2 sampai 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 sampai 100L | 2-10L/min | UIP4000 |
| n.a. | 10 sampai 100L/menit | UIP16000 |
| n.a. | kristal yang lebbig | cluster UIP16000 |
Literatur / Referensi
- 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.
Fakta-fakta yang Patut Diketahui
Karet Sintetis
Karet sintetis adalah elastomer buatan. Karet sintetis terutama polimer yang disintesis dari produk sampingan minyak bumi dan dibuat, seperti polimer lainnya, dari berbagai monomer berbasis minyak bumi. Karet sintetis yang paling umum adalah styrene-butadiene rubber (SBR) yang berasal copolymerization dari styrene dan 1,3-butadiene. Karet sintetis lainnya dibuat dari isoprene (2-methyl-1,3-butadiene), chloroprene (2-chloro-1,3-butadiene), dan isobutylene (methylpropene) dengan persentase kecil isoprene untuk cross-linking. Monomer ini dan lainnya dapat dicampur dalam berbagai proporsi untuk dikopolimerisasi untuk menghasilkan produk dengan berbagai sifat fisik, mekanik, dan kimia. Monomer dapat diproduksi murni dan penambahan impurities atau aditif dapat dikendalikan dengan desain untuk memberikan sifat optimal. Polimerisasi monomer murni dapat dikontrol dengan lebih baik untuk memberikan proporsi yang diinginkan dari ikatan rangkap cis dan trans.
Karet sintetis, seperti karet alam, banyak digunakan di industri otomotif untuk ban, profil pintu dan jendela, selang, ikat pinggang, anyaman, dan lantai.
Karet alam
Karet alam ini juga dikenal sebagai India karet atau caoutchouc. Karet alam diklasifikasikan sebagai elastomer dan terdiri dari polimer organik senyawa Poli-cis-isoprena dan air. Mengandung sisa impurities seperti protein, kotoran dll. Karet alam, yang diturunkan sebagai lateks dari pohon karet Hevea Brasiliensis, menunjukkan sifat mekanik yang sangat baik. Namun jika dibandingkan dengan karet sintetis, karet alam memiliki kinerja material yang lebih rendah terutama berkenaan dengan stabilitas termalnya dan kompatibilitasnya dengan produk minyak bumi. Karet alam memiliki berbagai macam aplikasi, baik sendiri atau kombinasi dengan bahan lainnya. Sebagian besar, ini digunakan karena rasio peregangan yang besar, ketahanan tinggi, dan watertightness yang sangat tinggi. Titik leleh karet kira-kira 180 ° C (356 ° F).
Tabel berikut memberikan gambaran atas berbagai jenis karet:
| ISO | Technical Name | Common Name |
|---|---|---|
| ACM | Polyacrylate Rubber | |
| AEM | Ethylene-acrylate Rubber | |
| AU | Poliester Urethane | |
| BIIR | Bromo Isobutylene Isoprene | Bromobutyl |
| BR | Polibutadiene | Buna CB |
| CIIR | Chloro Isobutylene Isoprene | Chlorobutyl, Butyl |
| CR | Polychloroprene | Chloroprene, Neoprene |
| CSM | Chlorosulphonated Polyethylene | Hypalon |
| ECO | Epichlorohydrin | ECO, Epiklorohidrin, Epiklor, Epikloridrin, Herclor, Hidrin |
| EP | Ethylene Propylene | |
| EPDM | Ethylene Propylene Diene Monomer | EPDM, Nordel |
| UNI EROPA | Polyether Urethane | |
| FFKM | Perfluorocarbon Rubber | Kalrez, Chemraz |
| FKM | Fluoronated Hydrocarbon | Viton, Fluorel |
| FMQ | Fluoro Silicone | FMQ, Silicone Rubber |
| FPM | Fluorocarbon Rubber | |
| HNBR | Hydrogenated Nitrile Butadiene | HNBR |
| IR | Polyisoprene | (Sintetis) Karet Alam |
| IIR | Isobutylene Isoprene Butyl | Butyl |
| NBR | Acrylonitrile Butadiene | NBR, Nitrile, Perbunan, Buna-N |
| PU | Polyurethane | PU, Polyurethane |
| SBR | Styrene Butadiene | SBR, Buna-S, GRS, Buna VSL Buna SE |
| SEBS | Styrene Ethylene Butylene Styrene Copolymer | SEBS karet |
| SI | Polisiloksan | Karet silikon |
| VMQ | Vinyl Methyl Silicone | Karet silikon |
| XNBR | Acrylonitrile Butadiene Carboxy Monomer | XNBR, Carboxylated Nitrile |
| XSBR | Styrene Butadiene Carboxy Monomer | |
| YBPO | Thermoplastic Polyether-ester | |
| YSBR | Styrene Butadiene Block Copolymer | |
| YXSBR | Styrene Butadiene Carboxy Block Copolymer |
SBR
Styrene-butadiene atau styrene-butadiene rubber (SBR) menggambarkan karet sintesis yang berasal dari styrene dan butadiene. Reinforced styrene-butadiene ditandai dengan ketahanan abrasi yang tinggi dan sifat anti penuaan yang baik. Rasio antara stirena dan butadiena menentukan sifat polimer: dengan kandungan stirena yang tinggi, karet menjadi lebih keras dan kurang kenyal.
Keterbatasan non-diperkuat SBR disebabkan oleh kekuatannya yang rendah tanpa penguatan, ketahanan rendah, kekuatan sobek rendah (terutama pada suhu tinggi), dan poor tack. Oleh karena itu, bahan penguat dan pengisi diperlukan untuk memperbaiki sifat SBR. misalnya, pengisian karbon hitam digunakan untuk kekuatan dan ketahanan abrasi.
Styrene
Styrene (C8.H8.) dikenal dengan berbagai istilah seperti ethenylbenzene, vinylbenzene, phenylethene, phenylethylene, cinnamene, styrol, diarex HF 77, styrolene, dan styropol. Ini adalah senyawa organik dengan rumus kimia C6H5CH = CH2. Styrene adalah prekursor polystyrene dan beberapa copolymer.
Itu adalah benzena derivatif dan muncul sebagai cairan berminyak tidak berwarna, yang mudah menguap. Styrene memiliki aroma manis, yang ternyata pada konsentrasi yang tinggi menghasilkan bau yang kurang menyenangkan.
Dengan adanya vinyl group, styrene membentuk polymer. Styrene-based polymers diproduksi secara komersial untuk mendapatkan produk seperti pilystyrene, ABS, styrene-butadiene (SBR) rubber, styrene-butadiene latex, SIS (styrene-isoprene-styrene), S-EB-S (styrene-ethylene/butylene-styrene), styrene-divinylbenzene (S-DVB), styrene-acrylonitrile resin (SAN) dan poliester tak jenuh yang digunakan dalam senyawa resin dan thermosetting. Bahan-bahan ini merupakan komponen penting untuk produksi karet, plastik, insulasi, fiberglass, pipa, bagian mobil dan kapal, wadah makanan, dan dukungan karpet.
Aplikasi Karet
Karet memiliki banyak karakteristik materi seperti kekuatan, tahan lama, tahan air dan tahan panas. Properti-properti membuat karet sangat fleksibel sehingga hal ini digunakan di banyak industri. Penggunaan utama karet berada di industri otomotif, terutama untuk produksi ban. Karakteristik lebih lanjut karena sifatnya yang tidak licin, lembut, tahan lama, dan tahan lama membuat karet menjadi komposit yang sangat sering digunakan untuk produksi sepatu, floorings, perlengkapan medis dan kesehatan, produk rumah tangga, mainan, barang olahraga dan banyak produk karet lainnya.
Nano-aditif dan Pengisi
Pengisi dan aditif berukuran nano pada karet bertindak sebagai bahan penguat dan pelindung untuk meningkatkan kekuatan tarik, ketahanan abrasi, ketahanan sobek, dan menjaga degradasi foto dan termal karet.
Silika
Silika (SiO2silikon dioksida) digunakan dalam berbagai bentuk seperti amorphous silica, misalnya. fumed silica, silica fume, precipitated silica untuk memperbaiki karakteristik material mengenai sifat mekanik dinamis, ketahanan penuaan termal, dan morfologi. Senyawa yang mengandung silika menunjukkan kepadatan viskositas dan kerapatan silang yang meningkat masing-masing terhadap kandungan pengisi yang meningkat. Kekerasan, modulus, kekuatan tarik, dan karakteristik keausan ditingkatkan secara progresif dengan meningkatkan jumlah silika-filler.
Karbon Hitam
Hitam karbon adalah bentuk karbon paracrystalline dengan kompleks chemisorbed oksigen (seperti kelompok karboksilat, quinonic, lactonic, fenolik dan lain-lain) yang melekat pada permukaannya. Kelompok oksigen permukaan ini biasanya dikelompokkan berdasarkan istilah “volatile complexes”. Karena kandungan volatil ini, karbon hitam adalah bahan yang tidak konduktif. Dengan kompleks karbon-oksigen difungsikan partikel karbon hitam lebih mudah untuk dispersi.
Rasio permukaan-area-ke-volume karbon hitam yang tinggi menjadikannya reinforcing filler yang umum. Hampir semua produk dari karet yang memiliki daya tarik yang kuat dan abrasi sangat penting menggunakan karbon hitam. Silika yang diendapkan atau diperas digunakan sebagai pengganti karbon hitam, bila diperlukan penguatan karet tetapi warna hitam harus dihindari. Namun, pengisi berbasis silika mendapatkan pangsa pasar ban otomotif, juga karena penggunaan pengisi silika menghasilkan penurunan yang lebih rendah dibandingkan ban yang mengandung karbon hitam.
Tabel di bawah ini memberikan gambaran tentang jenis carbonblack yang digunakan pada ban
| Nama | Abbrev. | ASTM | Partikel ukuran nm | Kekuatan tarik MPa | Relative laboratory abrasion | Relative roadwear abrasion |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Super Abrasion Furnace | SAF | N110 | 20-25 | 25.2 | 1,35 | 1,25 |
| Intermediate SAF | ISAF | N220 | 24-33 | 23,1 | 1,25 | 1,15 |
| High Abrasion Furnace | HAF | N330 | 28 – 36 | 22.4 | 1,00 | 1,00 |
| Easy Processing Channel | EPC | N300 | 30 – 35 | 21,7 | 0.80 | 0.90 |
| Fast Extruding Furnace | DANAU | N550 | 39-55 | 18.2 | 064 per | 0.72 |
| High Modulus Furnace | HMF | N660 | 49-73 | 16.1 | 0.56 | 0.66 |
| Semi-Reinforcing Furnace | SRF | N770 | 70-96 | 14.7 | 0.48 | 0.60 |
| Fine Thermal | FT | N880 | 180-200 | 12,6 | 0.22 | – |
| Medium Thermal | MT | N990 | 250-350 | 9.8 | 0.18 | – |
Grafena oksida
Graphene oxide yang terdispersi dalam SBR menghasilkan kekuatan tarik dan kekuatan sobek yang tinggi serta ketahanan aus yang luar biasa dan ketahanan bergulir rendah, yang merupakan sifat material penting untuk pembuatan ban. Graphene oxide-silica reinforced SBR menawarkan alternatif yang kompetitif untuk produksi ban ramah lingkungan serta untuk produksi komposit karet kinerja tinggi. Graphene dan graphene oxide dapat berhasil, andal dan mudah dikelupas saat sonikasi. Klik di sini untuk mempelajari lebih lanjut tentang fabrikasi ultrasonik graphene!