Einfluss der Funktionalisierung von Rußen auf Vulkanisationsverhalten und Eigenschaften von rußgefülltem Naturkautschuk

Abstract

Das Ziel der vorliegenden Arbeit bestand darin, den Einfluss funktionalisierter Ruße auf das Vulkanisationsverhalten und die Eigenschaften von NR-Kompositen zu charakterisieren. Im Fokus der Betrachtungen standen dabei die Polymer-Füllstoff-Wechselwirkungen, da diese für die Verstärkungswirkung von besonderer Bedeutung sind. Neben den etablierten Prüf-methoden wurde dazu auch eine neue Prüfmethode, die sogenannte anisotherme Spannungs-relaxationsprüfung (Temperature Scanning Stress Relaxation, TSSR) verwendet. Im ersten Teil der Arbeit erfolgte die Analyse der reinen Komponenten, d.h. der Ruße und des verwendeten Naturkautschuks. Dabei standen die Identifizierung der chemischen Struktur der modifizierten Rußoberfläche und die Charakterisierung des anisothermen Spannungsrelaxa-tionsverhaltens des reinen Polymers (NR) im Vordergrund. Der zweite Teil der Arbeit widmet sich der Charakterisierung der Polymer-Füllstoff-Wechselwirkungen in den unvernetzten NR/Ruß-Kompositen. Die Untersuchung der unvernetzten Komposite hat zwar nur geringe technologische Bedeutung, ist jedoch zur Aufklärung der wissenschaftlichen Fragestellungen notwendig. Dabei war zu berücksichtigen, dass das Verhalten der unvernetzten Komposite von den physikalischen Wechselwirkungen an der Füllstoffoberfläche dominiert wird, während bei den vulkanisierten Kompositen das Relaxations-verhalten maßgeblich durch das Polymernetzwerk bestimmt wird. Die Übertragung der dabei gewonnenen Erkenntnisse auf die vernetzten NR/Ruß-Komposite erfolgt im dritten Teil der Arbeit. Den Abschluss der Arbeit bilden Schlussfolgerungen in Bezug auf anwendungsbezogene Eigenschaften zum Einsatz von oberflächenmodifizierten Rußen in der Reifenindustrie.

The aim of the present work was to characterize the influence of functionalized carbon blacks on the vulcanization behavior and properties of NR composites. The focus of the considerations was the polymer-filler interactions, as these are of particular importance for the reinforcing effect. In addition to the established test methods, a new test method, the so-called anisothermal stress relaxation (TSSR), was used. In the first part of the work occurs the analysis of the pure components, i.e. used carbon black and natural rubber. The focus was on the identification of the chemical structure of the modified carbon black surface and the characterization of the anisothermal stress relaxation behavior of the pure polymer (NR). The second part of the thesis deals with the characterization of polymer-filler interactions in the uncrosslinked NR / carbon black composites. Although the investigation of the uncrosslinked composites has little technological signification, it is necessary to elucidate the scientific questions. It was to be considered that the behavior of the uncrosslinked composites is dominated by the physical interactions at the filler surface, whereas in the vulcanized composites the relaxation behavior is mainly determined by the polymer network. The conclusion of this thesis concludes on application-related properties for the use of surface modified carbon blacks in the tire industry.