Analysis of morphology development during the mixing process of rubber-clay nanocomposites and correlation to their mechanical-physical properties

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wurde die Methode des während des Compoundierungsprozesses online gemessenen Leitwerts (OMEC) verwendet, um die Dispersion des Organoclays in Kautschukmischungen und Kautschukblends zu charakterisieren. Die Entwicklung der Blendmorphologie und Kinetik der Interkalierung/Exfolierung von Organoclay wurde mittels unabhängiger Untersuchungen, wie z.B. der Rubber-Layer-Bestimmung, Röntgen-Kleinwinkelmessung und AFM-Aufnahmen charakterisiert und mit dem Verlauf des Online-Leitwerts korreliert. Der physikalische Hintergrund des elektrischen Leitwerts (ionische Leitfähigkeit) wird durch die Freisetzung der Ammoniumkationen (Surfactant) aus den Zwischenschichten des Organoclays erklärt. Eine Reihe von Mischungen aus Kautschuken unterschiedlicher Polarität, Viskosität und chemischer Struktur (XHNBR, HNBR, ENR und NR) sowie verschiedener Typen von Organoclay wurde charakterisiert und verglichen. In heterogenen Blends zeigt Organoclay eine Tendenz, sich in einer höheren Blendphase zu lokalisieren. Organoclay wirkt sich stark auf die Entwicklung der Morphologie aus. Der Claytransferprozess und die Morphologieentwicklung der Blendphasen lassen sich gut mit dem OMEC beschreiben. Einen Einblick in die ablaufenden Vorgänge während des Mischprozesses kann durch die Erfassung des OMEC gewonnen. So verspricht die Methode des Online-Leitwerts, die als ein nutzbares Werkzeug bei der Mischungsherstellung eingesetzt werden kann, die Dispersionskinetik des Organoclays in Labormaßstab zu charakterisieren und die Qualität des Nanocomposites in der Produktion zu überwachen.