CC BY
146
УДК 678.06:544.77
СВОЙСТВА ЭЛАСТОМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИЙ, ПОЛУЧЕННЫХ НА ОСНОВЕ БУТАДИЕН-СТИРОЛЬНОГО ЛАТЕКСА С ДОБАВКАМИ ДИСПЕРСИЙ
УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК
С.А. БОГДАНОВА, канд. хим. наук, профессор А.Р. ГАТАУЛЛИН, аспирант А.П. РАХМАТУЛЛИНА, д-р техн. наук, профессор Ю.Г. ГАЛЯМЕТДИНОВ, д-р хим. наук, профессор Казанский национальный исследовательский технологический университет (Российская Федерация, Татарстан, 420015, Казань, ул. К. Маркса, 68)
E-mail: [email protected]
Разработаны оптимальные условия дезагрегации многостенных углеродных нанотрубок в воде в присутствии неионогенного ПАВ — оксиэтилированного нонилфенола в качестве диспергатора и стабилизатора. Показано, что полученные стабильные дисперсии хорошо совместимы с бутадиен-стирольным латексом СКС-30 АРКПН. Установлено, что введение углеродного наномодификатора в каучук на стадии латекса способствует увеличению плотности химически связанных цепей сетки резин на его основе, что приводит к повышению упруго-прочностных свойств вулканизатов.
Ключевые слова: углеродные нанотрубки, диспергирование, размер частиц, поверхностно-активные вещества, бутадиен-стирольный латекс, наномодифицированный каучук, физико-механические свойства резин.
Последние два десятилетия были ознаменованы интенсивным исследованием углеродных нанотрубок (УНТ) в различных фундаментальных и прикладных областях естественных наук: от биомедицины и микроэлектроники до полимерной химии и материаловедения [1]. Пристальный интерес мировой научной общественности обусловлен, прежде всего, необычными свойствами углеродных нанотрубок — цилиндрических углеродных наноструктур, обладающих большим отношением длины к диаметру, характеризующихся высокой удельной поверхностью, электропроводностью и модулем Юнга [2]. Материалы с такими характеристиками и структурой могут быть прекрасными армирующими наполнителями для полимерных композиционных материалов. Для достижения значительного положительного эффекта в свойствах полимерного композита требуется равномерное ориентированное (или неориентированное) высокодисперсное распределение нанонаполнителя в объёме полимерной матрицы [3]. При этом максимальное эффективное содержание УНТ в композите может варьироваться в пределах 0,001-0,1% мас., что связано с низким значением порога перколяции, свидетельствующим об образовании в объёме полимерной матрицы непрерывной сетчатой структуры из нанотрубок, имеющей большую поверхность контакта с полимером [4,5].
Это открывает новые возможности по созданию облегченных полимерных композиционных материалов с улучшенными физико-механическими свойствами взамен традиционным методам, направленным в основном на увеличение плотности композита, что крайне нежелательно [6]. Большой интерес вызывает разработка полимерных композитов, полученных совместным модифицированием полимерных материалов на нано- и микроуровне — углеродными нанотрубками, и на макроуровне типичными наполнителями — угле-волокнами или стекловолокнами, как с научной точки зрения, так и с позиции их потенциального использования в качестве конструкционных материалов в
авиационной, автомобильной и судостроительной промышленности [7].
О введении УНТ в эластомеры сообщается в большом количестве работ, которые преимущественно посвящены исследованию влияния добавок многостенных УНТ на свойства композитов на основе натуральных [8], бутадиен-стирольных [8-10], силиконовых [8], бутадиен-нитрильных [11] каучуков, полиурета-новых эластомеров [12]. Отмечено существенное улучшение физико-механических, электрических, трибо-логических характеристик, твердости, термостойкости и огнестойкости. УНТ проявляют свойства усиливающих наполнителей, изучается их взаимодействие с макромолекулами полимеров, влияние анизотропности, функционализации поверхности, способов совмещения с полимерной матрицей. В работах Е.Г. Мох-наткиной с сотр. [13,14] показано сильное влияние функционализации однослойных углеродных нано-трубок (ОУНТ) на основные технологические, вулка-низационные свойства протекторной резиновой смеси и физико-механические показатели протектора легковой шины.
Тем не менее, существует ряд проблем, связанных с неравномерностью распределения и диспергирования УНТ, их неоднородностью по форме, отсутствием контроля ориентации в композитах. Это связано с высокой степенью агломерации углеродных наноструктур. Как правило, даже в исходных продуктах синтеза нанотрубки собираются в агрегаты. Важнейшей проблемой является разработка методов и способов введения наномодификаторов в полимерный материал и обеспечение равномерного бездефектного распределения в полимерной матрице или в граничном слое. Нанотрубки вводятся в растворы каучуков с последующим испарением растворителя в расплавы.
Одним из перспективных способов получения нано-модифицированных эластомеров является совмещение дисперсий УНТ с синтетическими и натуральными ла-тексами с последующим выделением полимера [15-18].
При этом рассматриваются различные механизмы взаимодействия УНТ и латексных частиц: водородное связывание [15], формирование сетки УНТ в латексе [16], самоассоциация [17]. Несмотря на обширную информацию об использовании поверхностно-активных веществ (ПАВ) для нековалентной модификации УНТ и дезинтеграции агломератов, систематические исследования влияния неионогенных ПАВ на эти процессы, а также на свойства эластомеров, полученных на основе латексных технологий введения УНТ в композиты, весьма ограничены. В основном имеются сведения об использовании анионных ПАВ [18].
Ранее в работах авторов найдены условия получения стабильных дисперсий многослойных УНТ и фул-леренов в растворах неионогенных ПАВ, успешно используемых для получения некоторых полимерных материалов [19-21].
Целью данной работы являлось исследование на-номодифицированных резиновых смесей и вулкани-затов, полученных на основе бутадиен-стирольного каучука, модифицированного методом жидкофазного совмещения его латекса с углеродными нанотрубка-ми, диспергированными в водных растворах неионо-генного ПАВ.
Объекты и методы исследования
В работе использовали многостенные углеродные нанотрубки марки «Таунит» производства ООО «Нано-ТехЦентр» (г. Тамбов), полученные методом газофазного химического осаждения в процессе каталитического пиролиза углеводородов. Значения некоторых параметров УНТ «Таунит» приведены ниже [22]:
Характеристика Значение
Наружный диаметр, нм........................20-40
Внутренний диаметр, нм......................5-10
Длина, мкм............................................>2
Общий объём примесей (%), ................<1
в том числе аморфный углерод . . . . 0,3-0,5
Насыпная плотность, г/см3..................0,4-0,5
Удельная поверхность, м2/г ................>120
Термостабильность, °С..........................<700
Средний объём пор, см3/г ....................0,22
Средний размер пор, А..........................70
В качестве ПАВ использовался оксиэтилирован-ный изононилфенол со средней степенью оксиэтили-рования п =12 Неонол АФ 9-12 производства ОАО «Нижнекамскнефтехим» (ТУ-2483-077-05766801-98), и предварительно очищенный по методике, предложенной в работе [23].
Поверхностное натяжение растворов ПАВ было определено на тензиометре К6 KRUSS по методу отрыва кольца Дю-Нуи при 25°С. Критическая концентрация мицеллообразования (ККМ) соответствовала литературным данным [24].
В качестве исходного материала в данной работе использовался латекс бутадиен-стирольного синтети-
ческого каучука СКС-30 АРКПН, предоставленного ОАО «Синтез-каучук» (ГОСТ 23492-83). Представляет собой жидкость белого цвета, рН = 10,4, с содержанием сухого остатка 19,8% мас.
Получение дисперсий УНТ и их анализ
Дисперсии УНТ были получены введением нано-трубок в раствор ПАВ при концентрации СПАВ = 1,6107,210-5 моль/л с последующей ультразвуковой (УЗ) обработкой при оптимальных условиях в ультразвуковой ванне YX2100 в течение 30 мин при частоте 42 кГц и мощности 60 Вт, которая проводилась через сутки для достижения адсорбционного равновесия.
Интенсивность диспергирования и устойчивость системы оценивались методом абсорбционной спектроскопии на спектрофотометре Perkin-Elmer Lambda 35 при длине волны 500 нм, нашедшей широкое применение при оценке концентрации УНТ в объёме дисперсий. При этой длине волны поглощение ПАВ не оказывает влияния на спектр УНТ. При этом дисперсии нанотрубок прекрасно подчиняются закону Бугера-Ламберта-Бера. Структура дисперсий анализировалась методами конфокальной микроскопии на инвертированном микроскопе LSM 510 META (Carl Zeiss) и электронной сканирующей микроскопии на автоэмиссионном сканирующем электронном микроскопе Merlin (Carl Zeiss).
Средний гидродинамический диаметр и электрокинетический потенциал частиц УНТ и латексов были определены методами динамического и электрофо-ретического рассеяния света на анализаторе частиц Malvern Zetasizer Nano ZS. Источником лазерного излучения служил He-Ne газовый лазер мощностью 4 мВт и длиной волны 633 нм.
Модификация латекса СКС-30АРКПН дисперсиями УНТ
Модификацию латекса СКС-30АРКПН дисперсиями УНТ проводили методом жидкофазного совмещения при комнатной температуре при перемешивании со скоростью 300 об/мин. в течение 5 мин на перемешивающем устройстве ПЭ-8100. УНТ вводились в виде дисперсии в латекс в количестве 0,04% мас. в пересчёте на сухой каучук. Выделение каучуков из ла-тексов проводили традиционным способом, подробно описанным в [25].
Получение резиновых смесей и их вулканизатов, испытание резин
Резиновые смеси из полученных каучуков были приготовлены в резиносмесителе фирмы Brabender по следующей рецептуре (в % мас.): бутадиен-стироль-ный каучук (100,0), сера (2,0), альтакс (3,0), оксид цинка (5,0), стеариновая кислота (1,5), технический углерод К354 (40,0). Резиновые смеси готовили при температуре роторов 70°С и скорости вращения роторов 60 об/мин в течение 6 мин.
Кинетику вулканизации определяли на вибрационном реометре Monsanto 100S при 151°С. Вулканизацию проводили в гидравлическом прессе с электрическим подогревом плит АПВМ-901.
Определение упруго-прочностных свойств вулка-низатов при растяжении проводили по ГОСТ 270-75, сопротивление раздиру — по ГОСТ 262-93. Поведение
образцов резин при повышенных температурах исследовано методами дифференциального термического анализа (ДТА) и термогравиметрического анализа (ТГА) на совмещённом термическом анализаторе Perkin Elmer TA-6000 со скоростью нагрева 3°С/мин в атмосфере воздуха. Температурный диапазон испытания 25-500С.
Исследование набухания образцов в толуоле проводилось на приборе Догадкина по методике [26] и на основании определения золь-фракций по известным методикам [27].
Плотность химически связанных цепей сетки резин (Пхим) определяли методом равновесного набухания в толуоле с использованием уравнения Флори-Ренера [28].
Температуру стеклования вулканизатов определяли с использованием метода термомеханического анализа (ТМА). Термомеханические испытания проводили на приборе ТMA 402 F фирмы Netzsch (Германия). Из вулканизованных пластин вырубали образцы в виде цилиндрических таблеток диаметром 3,5 мм и толщиной 3 мм. Образец помещали в камеру прибора и подвергали сначала охлаждению до минус 80°С, а затем нагреванию до 300°С, прикладывая постоянную нагрузку 0,1 Н со скоростью сканирования по температуре 3°С/мин. Термомеханические кривые снимали методом пенетрации кварцевого полусферического зонда в охлажденный образец.
Результаты и обсуждение
В результате ультразвукового диспергирования УНТ в воде и водных растворах ПАВ были получены и проанализированы дисперсии, которые отличались содержанием ПАВ и соотношением ПАВ:УНТ. Одной из важнейших характеристик коллоидной системы является содержание углеродного наноматериала в объёме дисперсионной среды. На рис. 1 показана зависимость оптической плотности дисперсий с различным
исходным содержанием нанотрубок от концентрации ПАВ, полученная на основании данных абсорбционной спектроскопии. Анализ свидетельствует о том, что введение ПАВ способствует повышению стабильности дисперсий и увеличению фракции нанотрубок, перешедших в объём дисперсии, в 1,5-2 раза. Стоит отметить наличие диапазона оптимальных концентраций ПАВ, при которых наблюдается максимум оптической плотности коллоидных систем, смещение которого с увеличением содержания УНТ говорит о наличии некоторого соотношения УНТ:ПАВ, позволяющего получить максимальное содержание УНТ в объёме дисперсии. Данные, представленные на рис. 2, показывают изменение оптической плотности дисперсий А в процессе длительного хранения (концентрация УНТ 0,1%). Снижение величины А обусловлено, очевидно, оседанием крупных частиц. При этом, в присутствии малых концентраций ПАВ отмечено положительное влияние на стабильность системы — уменьшение оптической плотности менее выражено по сравнению с дисперсией, полученной в отсутствии ПАВ.
8 10 СПАВ-104, моль/л
Рис. 2. Стабильность коллоидной системы (Су^у _ 0,1% мас
Рис. 1. Смещение максимального значения оптической плотности дисперсий от концентрации УНТ
Результаты исследования влияния ПАВ на размеры частиц УНТ показаны на рис. 3. Представлена 3D-зависимость среднего гидродинамического диаметра частиц дисперсий УНТ от концентрации ПАВ и содержания УНТ. Можно отметить, что с увеличением концентрации ПАВ размер частиц уменьшается. Сопоставляя изменение концентрации и размера частиц УНТ в объёме дисперсии с концентрацией ПАВ, можно говорить, что максимумы оптической плотности, отмеченные ранее и свидетельствующие в основном о стабилизирующей способности ПАВ, коррелируют с их эффективным диспергирующим действием в данном диапазоне концентраций.
Структура полученных дисперсий была исследована методом конфокальной микроскопии. Этот метод
Рис. 3. Зависимость среднего гидродинамического диаметра частиц дисперсий нанотрубок от исходного содержания УНТ и концентрации АФ9-12
позволяет визуально оценить качество диспергирования углеродных наноструктур в воде и водных растворах ПАВ, проанализировать полидисперсность полученных коллоидных систем. Исходная концентрация нанотрубок составляла 0,1%. На рис. 4 представлены микрофотографии дисперсий углеродных нанотрубок в воде и в водном растворе ПАВ. Из представленных данных видно, что дисперсии характеризуются существенной полидисперсностью — наряду с малыми час-
тицами в системе присутствуют и агломераты нано-трубок. Частицы плотные, преимущественно близкие к сферической форме, хотя присутствуют и частицы неправильной конфигурации. Большое количество частиц имеет средний размер 500-1000 нм.
Следует отметить, что по данным исследований методом динамического рассеяния света СГД частиц УНТ не превышает 400 нм. Тем не менее, здесь нет противоречия, поскольку система, видимо, содержит
Рис. 5. Микрофотография дисперсии углеродных нанотрубок в водном растворе ПАВ. Увеличение в 50000 раз
значительное число частиц меньшего размера, зафиксировать которые на фотографиях не позволяет разрешающая способность конфокального микроскопа. Диспергирование делится на два типа — макродиспергирование до отдельных тяжей, лент и матов из нанотрубок, и второй — это нано-диспергирование до малых тяжей и отдельных нанотрубок. Очевидно, что конфокальная микроскопия может быть полезна при изучении макродиспергирования коллоидных систем.
Стоит отметить, использование ПАВ приводит к получению достаточно однородной дисперсии нанотрубок, которая, наряду с малыми агрегатами содержит и индивидуальные УНТ, что свидетельствует об эффективности диспергирующего действия Неонола АФ 9-12. На это указывают результаты, полученные методом электронной сканирующей микроскопии (рис. 5). Из рисунка видно, что диаметр многослойных углеродных нанотрубок находится в диапазоне от 20-40 нм, что соответствует заявленной производителем характеристике углеродного наноматериала.
Методом динамического рассеяния света был определен диаметр частиц латекса СКС-30 АРКПН (табл. 1), что согласуется с литературными данными.
Важной частью исследования являлось определение электрокинетического потенциала частиц латексов и дисперсий УНТ. Очевидно, что одинаковый заряд частиц УНТ и латексных частиц не приводит к возможной гетерокоагуляции в смеси латекс — дисперсия УНТ. Отрицательный заряд частиц УНТ может быть
Таблица 1
Результаты исследования дисперсии УНТ и латекса методом динамического и электрофоретического рассеяния света
Система Средний гидродинамический диаметр, d, нм Средний электрокинетический потенциал
Латекс бутадиен-сти-рольного синтетического каучука СКС-30 АРКПН 65,6 -81,3
Дисперсия УНТ «Таунит» (0,1% мас.) 311 -30,8
Дисперсия УНТ + ПАВ (3,310-5 моль/л) 297 -30,6
Дисперсия УНТ + ПАВ (6,710-5 моль/л) 290 -30,6
Дисперсия УНТ + ПАВ (1010-5 моль/л) 280 -30,4
Дисперсия УНТ + ПАВ (53,610-5 моль/л) 235 -28,8
Дисперсия УНТ + ПАВ (80,410-5 моль/л) 234 -28,0
обусловлен стандартной кислотной обработкой продуктов синтеза нанотрубок, в результате которого на поверхности УНТ присутствуют гидроксильные и карбоксильные группы. Сами по себе углеродные нанотрубки
являются неионными с электрокинетическим потенциалом близким к нулю при pH = 7 [29].
При получении наномодифицированного каучука методом жидкофазного смешения его латекса с водной дисперсией УНТ установлено, что латекс СКС-30 АРКПН хорошо совмещается с дисперсиями УНТ с сохранением стабильности системы. Коагуляцию контрольного и опытных латексов проводили в одинаковых условиях по традиционной технологии. Из выделенных ка-учуков получены резиновые смеси и вулканизаты на их основе.
Исследование кинетики вулканизации показало (табл. 2), что введение углеродных нанотрубок в резиновые смеси приводит к увеличению скорости вулканизации (Rv) и сокращению оптимального времени вулканизации (t^)). Это может быть связано с присутствием ПАВ в системе [30]. Таблица 2
Вулканизационные характеристики резиновых смесей на основе каучуков СКС-30 АРКПН, модифицированных углеродными нанотрубками
Таблица 3
Свойства резин на основе каучуков СКС-30 АРКПН, модифицированных углеродными нанотрубками
Определение прочностных свойств резин при растяжении показало, что введение УНТ в резину приводит к увеличению условной прочности вулканиза-тов в 1,4 раза и повышению сопротивления раздиру (табл. 3). Исследование стойкости вулканизатов к термоокислительной деструкции показало, что темпе-
ратура начала потери массы для образцов одинакова и составляет 200°С, но при 5% потере массы (Т5) опытная резина с УНТ является более термостойкой по сравнению с контрольным образцом (см. табл. 3).
Важную информацию о структуре наномодифици-рованных резин можно получить на основе анализа набухания образцов в толуоле и термомеханических кривых. Установлено, что в присутствии УНТ (0,04%) отмечено снижение константы набухания более чем в 2 раза, увеличение плотности химически связанных цепей сетки резин в 1,2 раза (см. табл. 3). Повышение температуры стеклования наномодифицированного образца указывает на изменение его надмолекулярной структуры, связанное, возможно, с более плотной упаковкой макромолекул (см. табл. 3).
О влиянии добавок УНТ на процесс набухания свидетельствуют кинетические кривые ограниченного набухания (рис. 6). Очевидно, что степень набухания резины в присутствии добавок УНТ существенно снижается.
т, мин
Рис. 6. Изменение степени набухания образцов в толуоле во времени:
1 - контрольный, 2 - 0,04% УНТ
Заключение
Приведённые результаты показывают, что введение УНТ, нековалентно модифицированных неионогенным ПАВ — Неонолом АФ, в бутадиен-стирольный каучук на стадии латекса в малых количествах приводит к улучшению комплекса свойств эластомеров. Это может быть обусловлено армированием полимерной матрицы сетчатой структурой из нанотрубок и их кластеров, имеющей большую поверхность контакта с полимером. Образование такой структуры связано, очевидно, со склонностью к п-п взаимодействию между многостенными УНТ (МУНТ) и фенильными группами бутадиен-стирольного каучука, а также с химическим связыванием МУНТ и полибутадиеновых сегментов [9], что приводит к высокой адгезии УНТ
Показатели Концентрация УНТ в каучуке, % мас.
0 0,04
Минимальный крутящий момент, Мъ, дН-м 27 25
Максимальный крутящий момент, Мн, дН-м 77 77
Время начала вулканизации, мин 4,6 2,8
Оптимальное время вулканизации, "с(90), мин 19,0 11,6
Скорость вулканизации, К. мин 1 6,9 11,4
Показатели Резина
контрольная с УНТ
Условная прочность при растяжении, МПа 8,8 12,0
Относительное удлинение при разрыве, % 300 310
Сопротивление раздиру, кН/м 17 21
Температура стеклования, °С -55,1 -50,7
Температура потери массы (Т^ °С 318 331
Плотность химически связанных цепей сетки, •Ю4, моль/см3 9,25 11,34
Константа набухания 0,19 0,08
к каучуку [15]. Важную роль в проявлении усиливающего эффекта играет и фактор анизотропности УНТ [8], а также эффективная дезагрегациия УНТ при получении дисперсий в присутствии ПАВ, приводящая к равномерному распределению наномодификатора в объёме полимера.
Полученные результаты указывают на перспективность использования разработанных стабильных дисперсий УНТ, полученных с использованием неионо-генного ПАВ — оксиэтилированного изононилфенола АФ 9-12, для получения наномодифицированных полимерных композитов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Раков Э.Г. Нанотрубки и фуллерены. — М.: Университетская книга, Логос, 2006. — 376 с.
2. Ma P.C., Siddiqui NA., Marom G., Kim J.K. Dispersion and functionalization of carbon nanotubes for polymer-based nanocomposites: a review // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. — 2010. — V. 41, № 10. — P. 1345-1367.
3. Бадамшина Э.Р., Гафурова М.П., Эстрин Я.И. Модифицирование углеродных нанотрубок и синтез полимерных композитов с их участием // Успехи химии. — 2010. — Т. 79, № 11. — С. 1027-1064.
4. Акатенков Р.В., Алдошин С.М., Алексашин В.Н. и др. Влияние малых добавок тонких многослойных углеродных нанотрубок на структуру и свойства стеклообразных полимеров // Доклады Академии наук. — 2010. — Т. 441, № 6. — С. 767-770.
5. Кондрашов С.В., Грачев В.П., Акатенков Р.В. и др. Модифицирование эпоксидных полимеров малыми добавками многослойных углеродных нанотрубок // Высокомолекулярные соединения. Серия А. — 2014. — Т. 56, № 3. — С. 316-318.
6. Wang B.W., Ciselli P., Kuznetsov E., Peijs T., Barber A.H. Effective reinforcement in carbon nanotube-polymer composites // Phil. Trans. R. Soc. A. — 2008. — V. 366. — P. 16131626.
7. Смердов АА., Таирова Л.П., Селезенев ВА. и др. Исследование влияния углеродного наноматериала на свойства композиционного материала на основе стекловолокна и эпоксидного связующего // Конструкции из композиционных материалов. — 2013. — Т. 132, № 4. — С. 34-40.
8. Cataldo F, Ursini O., Angelini G. MWCNTs elastomer nanocomposite, part 1: the addition of MWCNTs to a natural rubber-based carbon black-filled rubber compound // Fullere-nes, Nanotubes and Carbon Nanostructures. — 2009. — V. 17, № 1. — P. 38-54.
9. Lu L., Zhou Z, Zhang Y, Wang S., Zhang Y. Reinforcement of styrene—butadiene—styrene tri-block copolymer by multi-walled carbon nanotubes via melt mixing // Carbon. — 2007. — V. 45, № 13. — P. 2621-2627.
10. Laoui T. Mechanical and thermal properties of styrene butadiene rubber-functionalized carbon nanotubes nanocompo-sites // Fullerenes, Nanotubes and Carbon Nanostructures. — 2013. — V. 21, № 2. — P. 89-101.
11. Mansurova IA., Kopalina O.Yu., Fomin S.V. et al. Influence of structure and chemistry of surface of carbon na-nostructures on properties of elastomeric compositions on base of butadiene-nitrile rubber // Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Seriya Khimiya i Khimicheskaya Tekhnologiya. — 2013. — V. 56, № 5. — P. 77-81.
12. Alimardani M., Abbassi-Sourki F., Bakhshandeh G.R. Preparation and characterization of carboxylated styrene butadiene rubber (XSBR)/multiwall carbon nanotubes (MWCNTs) nanocomposites // Iranian Polymer Journal. — 2012. — V. 21, № 11. — P. 809-820.
13. Мухтаров А.Р., Батршина Р.Р., Мохнаткин А.М. и др. Влияние функционализации однослойных углеродных нанотрубок на свойства протекторной резиновой смеси и
протектора легковой шины (часть 1) // Промышленное производство и использование эластомеров. — 2015. — № 3. — С. 28-31.
14. Мухтаров А.Р., Батршина Р.Р., Мохнаткин А.М. и др. Влияние функционализации однослойных углеродных нанотрубок на эксплуатационные свойства протекторной резины легковой шины (часть 2) // Промышленное производство и использование эластомеров. — 2015. — № 4. — С. 28-33.
15. Velasco-Santos C., Martinez-Hernandez AL, Castano V.M. Hydrogen bonding of polystyrene latex nanospheres to side-wall carbon nanotubes // J. Phys. Chem. B. — 2004. — V. 108, № 49. — P. 18866-18869.
16. Yu J., Lu K., Sourty E. et al. Characterization of conductive multiwall carbon nanotube/polystyrene composites prepared by latex technology // Carbon. — 2007. — V. 45, № 15. — P. 2897-2903.
17. Peng Z., Feng C., Luo Y., Li Y., Kong L.X. Self-assembled natural rubber/multi-walled carbon nanotube composites using latex compounding techniques // Carbon. — 2010. — V. 48, № 15. — P. 4497-4503.
18. Mohamed A., Anas A.K., Bakar SA. et al. Enhanced dispersion of multiwall carbon nanotubes in natural rubber latex nanocomposites by surfactants bearing phenyl groups // Journal of colloid and interface science. — 2015. — V. 455. — P. 179-187.
19. Богданова СА, Эбель АО, Гатауллин А.Р., Закиров И.М., Галяметдинов Ю.Г. Получение наномодифицированных полимерных бумаг с углеродными нанотрубками и неионными поверхностно-активными веществами // Российские нано-технологии. — 2014. — Т. 9, № 11-12. — С. 5-11.
20. Гатауллин А.Р., Салина М.С., Богданова СА., Галя-метдинов Ю.Г. Получение и стабилизация дисперсий фул-леренов в жидких средах в присутствии неионных поверхностно-активных веществ // Журнал прикладной химии. — 2013. — Т. 86, № 11. — С. 1704-1710.
21. Гатауллин А.Р., Богданова СА., Захарова Л.Я., Галяметдинов Ю.Г. Дезагрегация углеродных нанотрубок в растворах неионных поверхностно-активных веществ // Научно-технический вестник Поволжья. — 2013. — № 1. — С. 5762.
22. Ткачев А.Г. Углеродный наноматериал «Таунит» — структура, свойства, производство и применения // Перспективные материалы. — 2007. — Т. 177, № 3. — С. 5-9.
23. Cracken Y.R., Datyner A. The purification of polyoxy-ethylated alkyelphenol surfactant // Colloid and Polymer Science. — 1974. — V. 252, № 11. — P. 971-977.
24. Kuz'min V.Z, Safarova I.I., Prokudina T.M., Shepelin VA, Sharifullin R.R. Surface activity of oxyethylated alkylphenols // Russian Journal of Applied Chemistry. — 2007. — V. 80, № 5. — P. 757-760.
25. Галкина Н.В., Рахматуллина А.П., Ибрагимов МА., Саитбатталова ЗА., Гришин Б.С., Лиакумович А.Г. Модификация эмульсионных бутадиен-стирольных каучуков функционализированными полимерными наполнителями // Промышленное производство и использование эластомеров. — 2015. — № 4. — С. 23-27.
26. Крупин С.В., Мягченков ВА., Третьякова А.Я. и др. Практикум по физикохимии растворов и дисперсий полимеров. — Казань: Казан. гос. технол. ун-т., 2003. — 154 с.
27. Аверко-Антонович Ю.О. Лабораторный практикум по химии и физике высокомолекулярных соединений: метод. указания. — Казань: Казан. гос. технол. ун-т, 2001. — 60 с.
28. Анфимова ЭА., Лыкин А.С. Методы определения структуры сеток и межфазного взаимодействия в наполненных резинах // Каучук и резина. — 1984. — № 11. — С. 39-44.
29. Hui H., Yu A., Kim E. et al. Influence of the zeta potential on the dispersability and purification of single-walled carbon nanotubes // J. Phys. Chem. B. — 2005. — V. 109, № 23. — P. 11520-11524.
30. Гришин Б.С., Писаренко Т.И., Ельшевская ЕА., Мас-лихова К.П. Влияние ПАВ на диспергирование технического углерода в резиновых смесях // Каучук и резина. — 1988. — № 10. — С. 16-18.
PROPERTIES OF ELASTOMERIC COMPOSITIONS DERIVED FROM STYRENE-BUTADIENE LATEX WITH CARBON NANOTUBES DISPERSIONS ADDITION
Bogdanova S.A., Cand. Sci. (Chem.), Prof.
Gataoullin A.R., Graduate Student
Rakhmatullina A.P., Dr. Sci. (Tech.), Prof.
Galyametdinov Yu.G., Dr. Sci. (Chem.), Prof.
Kazan State Technological University (68, Karl Marx ul., Kazan, Republic of Tatarstan, 420015, Russian Federation)
E-mail: [email protected]
ABSTRACT
Optimal conditions of multiwalled carbon nanotubes disaggregation in water at presence of nonionic surfactant — ethoxylated nonylphenol as a dispersant and stabilizer were developed. The stable dispersions obtained were shown to be highly compatible with styrene-butadiene latex SKS-30 ARKPn. The introduction of carbon nanomodifier to a rubber on latex stage provides the increasing of chemically bonded chains density of rubber network, that results in elevating of elastic-strength properties of vulcanizates.
Keywords: carbon nanotubes, dispersion, particle size, surfactants, styrene-butadiene latex, nanomodified latex, mechanical-and-physical properties of rubber.
REFERENCES
1. Rakov E.G. Nanotrubki i fullereni [Nanotubes and fullerenes]. Moscow, Universitetskaya kniga, Logos Publ., 2006,376 p.
2. Ma P.C., Siddiqui N.A., Marom G., Kim J.K. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 2010, vol. 41, no. 10, pp. 1345-1367.
3. Badamshina E.R., Gafurova M.P., Estrin Y.I. Russian Chemical Reviews, 2010, vol. 79, no. 11, pp. 945-979.
4. Akatenkov R.V., Aldoshin S.M., Aleksashin V.N. et al. DokladiAkademiiNauk, 2010, vol. 441, no. 6, pp. 767-770.
5. Kondrashov S.V., Grachev V.P., Akatenkov R.V. et al. Polymer Science Series A, 2014, vol. 56, no. 3, pp. 330-336.
6. Wang B.W., Ciselli P., Kuznetsov E., Peijs T., Barber A.H. Phil. Trans. R. Soc. A, 2008, vol. 366, pp. 1613-1626.
7. Smerdov A.A., Tairova L.P., Seleznev V.A. et al. Konstruktsii iz kompozitsionnykh materialov, 2013, vol. 132, no. 4, pp. 34-40.
8. Cataldo F., Ursini O., Angelini G. Fullerenes, Nanotubes and Carbon Nanostructures, 2009, vol. 17, no. 1, pp. 38-54.
9. Lu L., Zhou Z., Zhang Y., Wang S., Zhang Y. Carbon, 2007, vol. 45, no. 13, pp. 2621-2627.
10. Laoui T. Fullerenes, Nanotubes and Carbon Nanostructures, 2013, vol. 21, no. 2, pp. 89-101.
11. Mansurova I.A., Kopalina O.Yu., Fomin S.V. et al. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Seriya Khimiya i Khimicheskaya Tekhnologiya, 2013, vol. 56, no. 5, pp. 77-81.
12. Alimardani M., Abbassi-Sourki F., Bakhshandeh G.R. Iranian Polymer Journal, 2012, vol. 21, no. 11, pp. 809820.
13. Muhtarov A.R., Batrshina R.R., Mohnatkin A.M. et al. Promishlennoe proizvodstvo i ispol'zovaniye elastomerov, 2015, no. 3, pp. 28-31. (In Russian).
14. Muhtarov A.R., Batrshina R.R., Mohnatkin A.M. et al. Promishlennoe proizvodstvo i ispol'zovaniye elastomerov, 2015, no. 4, pp. 28-33. (In Russian).
15. Velasco-Santos C., Martinez-Hernandez A.L., Castano V.M. J. Phys. Chem. B, 2004, vol. 108, no. 49, pp. 1886618869.
16. Yu J., Lu K., Sourty E. et al. Carbon, 2007, vol. 45, no. 15, pp. 2897-2903.
17. Peng Z., Feng C., Luo Y., Li Y., Kong L.X. Carbon, 2010, vol. 48, no. 15, pp. 4497-4503.
18. Mohamed A., Anas A.K., Bakar S.A. et al. Journal of colloid and interface science, 2015, vol. 455, pp. 179-187.
19. Bogdanova S.A., Ebel' A.O., Gataoullin A.R., Zakirov I.M., Galyametdinov Yu. G. Nanotechnologies in Russia, 2014, vol. 9, no. 11-12, pp. 630-637.
20. Gataoullin A.R., Salina M.S., Bogdanova S.A., Galyametdinov Yu. G. Russian Journal of Applied Chemistry, 2013, vol. 86, no. 11, pp. 1656-1662.
21. Gataoullin A.R., Bogdanova S.A., Zaharova L.Ya., Galyametdinov Yu. G. Nauchno-tehnicheskiy vestnik Povoljia, 2013, no. 1, pp. 57-62. (In Russian).
22. Tkachev A.G. Perspectivnie materiali, 2007, vol. 177, no. 3, pp. 5-9.
23. Cracken Y.R., Datyner A. Colloid and Polymer Science, 1974, vol. 252, no. 11, pp. 971-977.
24. Kuz'min V.Z., Safarova I.I., Prokudina T.M., Shepelin V.A., Sharifullin R.R. Russian Journal of Applied Chemistry, 2007, vol. 80, no. 5, pp. 757-760.
25. Galkina N.V., Rakhmatullina A.P., Ibragimov M.A., Saitbattalova Z.A., Grishin B.S., Liakumovich A.G. Promishlennoe proizvodstvo i ispol'zovaniye elastomerov, 2015, no. 4, pp. 23-27. (In Russian).
26. Krupin S.V., Miagchenkov V.A., Tret'iakova A.Ya. et al. Praktikumpophizikohimii rastvorov i dispersiypolimerov [Practical work on the physical chemistry of solutions and polymer dispersions]. Kazan, Kazan. gos. tehnol. universitet, 2003,154 p.
27. Averko-Antonovich Y.O. Laboratorniy praktikum po himii i fizike visokomolekuliarnih soedineniy [Laboratory practical work in chemistry and physics of macromolecular compounds]. Kazan, Kazan. gos. tehnol. universitet, 2001, 60 p.
28. Anfimova E.A., Likin A.S. Kauchuk i rezina, 1984, no. 11, pp. 39-44. (In Russian).
29. Hui H., Yu A., Kim E. et al. J. Phys. Chem. B, 2005, vol. 109, no. 23, pp. 11520-11524.
30. Grishin B.S., Pisarenko T.I., El'shevskaya E.A., Maslihova K.P. Kauchuk i rezina, 1988, no. 10, pp. 16-18. (In Russian).
