等离子体表面改性在橡胶中的应用


炭黑(Carbon black)是橡胶的一个重要组成部分,它在橡胶中的分布决定了整体材料的物理性能。炭黑对不同类型弹性体(elastomer)的相容特性,尤其是在混合的弹性体中,对交联橡胶化合物(crosslinked rubber compounds)的性能有至关重要的影响。

来自荷兰特温特大学的Noordermeer和同事们尝试利用乙炔的等离子体聚合(plasma polymerization of acetylene)对炭黑进行表面改性,以降低其表面能,通过这种途径来增加它与不同弹性体的相容性。他们使用了一种在制备富勒烯时产生的炭黑残留,因为该材料具有良好的表面活性。普通的强化炭黑由于表面活性较差,很难被用来进行表面改性。通过在炭黑的表面生成一层几个nm厚度的多乙炔(poly-acetylene)壳层,它的表面能由70mJ/m^2降低到了50mJ/m^2 – 与大部分的弹性体的数值接近。而且这样的表面改性处理并不会影响到团聚中颗粒的次级表面。

该研究表明了对炭黑的表面改性处理的确使炭黑在不同的橡胶材料中得到更均匀的分布。尤其是对于不同弹性体的混合材料,表面能的降低确保了炭黑在不同高分子中的更加平衡的分布。因为低表面能的炭黑可以更为容易地进入混合物中的某些相。

J. W. M. Noordermeer et al., Macromol. Mater. Eng., 2010 ; DOI: 10.1002/mame.201000252