Comparison of coupling effectiveness among amino-, chloro-, and mercapto silane in chloroprene rubber

การเปรียบเทียบประสิทธิภาพการเชื่อมประสานของอะมิโน คลอโร และเมอร์แคปโตไซเลนในยางคลอโรพรีน

Name: Chomsri Siriwong.

LCSH: Rubber, Artificial.

LCSH: Rubber -- Mechanical properties.

LCSH: Silane compounds.

Abstract: This research was divided into 2 parts. Part I, silica surface modification and characterization: the 3 types of silane coupling agent (SCA) were used to modify surfaces of precipitated silica (PSi) by silanization reaction. The characteristics of surface-modified PSi were determined by BET technique, particle size analysis, Sear number, Zeta potential, elementary analysis, DRIFT and 29Si NMR spectroscopy. Also, a relative grafting ratio of silane onto surfaces of PSi prepared under different conditions was calculated. The 3 types of SCAs used in this work were: 3- aminopropyl triethoxysilane (APTES), 3-chloropropyl triethoxysilane (CPTES) and bis (3-triethoxysilylpropyl) tetrasulfide (TESPT) with various loadings up to 8 % by weight of PSi. Results revealed that the highest performance of grafting at a given SCA loading is found in TESPT-modified PSi. Part II was focused on the influence of PSi surface modification on properties of rubber compounds and vulcanizates. Polychloroprene rubber (CR) was mixed with unmodified and silane-modified PSi. Cure, viscoelastic, mechanical and dynamic properties of PSi filled CR were investigated. The Payne effect magnitude and bound rubber content were used to demonstrate the reinforcement behavior and the rubber-filler interaction of PSi filled CR, respectively. Moreover, the properties of rubber compounds as affected by different surface treatment techniques (i.e., in-situ and pre-modified techniques) were compared. Among APTES, CPTES and TESPT silanes, both APTES and TESPT were capable of reducing the filler network formation to a greater extent than the CPTES, leading to the superior compound processability especially when prepared by the insitu technique. Mechanical properties of vulcanizates were investigated, and the results reveal that the type and loading of SCAs affect not only the compound processability, but also the vulcanizate mechanical properties. Moreover, the amino and mercapto groups of APTES and TESPT, respectively, significantly enhance the mechanical properties of CR vulcanizates more effectively than the chloro groups of CPTES. This might be ascribed to the combined effects of enhanced rubber-filler interaction, improved filler dispersion and state-of-mix as evidenced by Payne effect and SEM results.

Abstract: งานวิจัยนี้แบ่งการศึกษาออกเป็น 2 ส่วน ดังนี้ ส่วนที่ 1 การปรับปรุงพื้นผิวของซิลิกาด้วยสารคู่ควบไซเลน 3 ชนิด อันได้แก่ อะมิโนไซเลน คลอโรไซเลน และเมอร์แคปโตไซเลน โดยการทำไซลาไนส์เซชัน (Silanization) จากนั้นทำการวิเคราะห์ คุณลักษณะของซิลิกาที่ดัดแปรพื้นผิวเรียบร้อยแล้ว (SCA-modified PSi) โดยใช้เทคนิคการหาพื้นที่ผิวจำเพาะด้วย บีอีที (BET) การวัด ขนาดของซิลิกาด้วยเครื่องวัดขนาด (Particle size analyzer) การไทเทรตหาปริมาณหมู่ไฮดรอกซิล (Sear number) การวัดค่าศักย์ไฟฟ้ า บนพื้นผิว (Zeta potential) การวิเคราะห์หมู่ฟังก์ชันบนพื้นผิวที่เปลี่ยนไปด้วยเทคนิคอินฟราเรดสเปคโทรสโกปี แบบดริฟท์ (Diffuse reflectance infrared transform spectroscopy) และการวิเคราะห์โครงสร้างของสารคู่ควบไซเลนบนผิวของซิลิกาด้วยเทคนิคซิลิกอน เอนเอ็มอาร์ (29Si-NMR spectroscopy) นอกจากนี้ทำการหาปริมาณอัตราส่วนสัมพัทธ์ (Relative grafting ratio) ของสารคู่ควบไซเลน บนผิวของซิลิกา (ในงานวิจัยนี้มีการใช้สารคู่ควบไซเลน 3 ชนิด ได้แก่ 3-อะมิโนโพรพิวไตรเอททอคซีไซเลน (APTES) 3-คลอโรโพ รพิวไตรเอททอคซีไซเลน (CPTES) และ บิส (3-ไตรเอททอคซีไซริลโพรพิว เตตระซัลไฟด์ (TESPT) โดยทำการแปรเปลี่ยนปริมาณ ของสารคู่ควบดังกล่าวจนสูงสุดที่ 8 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนักของซิลิกา) ผลการศึกษาพบว่า สารคู่ควบชนิด TESPT มีประสิทธิภาพใน การเกิดไซลาไนส์เซชันบนผิวของซิลิกาได้สูงที่สุด เมื่อเทียบปริมาณสารคู่ควบที่เท่ากัน ส่วนที่ 2 ศึกษาอิทธิพลของซิลิกาที่ดัดแปร พื้นผิวด้วยสารคู่ควบไซเลนที่มีต่อสมบัติของยางคอมพาวด์ (Rubber compounds) และยางวัลคาไนซ์ (Vulcanizates) โดยทำการผสม ยางคลอโรพรีนกับซิลิกาที่ไม่ได้ดัดแปรพื้นผิว (Unmodified PSi) และซิลิกาที่ดัดแปรพื้นผิวด้วยสารคู่ควบไซเลน (SCA-modified PSi) และนำไปตรวจสอบพฤติกรรมการสุกตัว (Cure properties) สมบัติหยุ่นหนืด (Viscoelastic properties) สมบัติเชิงกล (Mechanical properties) และสมบัติเชิงพลวัต (Dynamic properties) โดยอธิบายพฤติกรรมการเสริมแรงของซิลิกาและอันตรกิริยา ระหว่างยางกับซิลิกา ด้วยค่าปริมาณอันตรกิริยาระหว่างสารตัวเติมกับสารตัวเติม (Filler-filler interaction) และค่าปริมาณยางบาวด์ (Bound rubber content) ตามลำดับ นอกจากนี้ทำการเปรียบเทียบผลของเทคนิคการดัดแปรพื้นผิวของซิลิกาต่อสมบัติของยางคอม พาวด์ พบว่าระหว่างสารคู่ควบไซเลน 3 ชนิด อันได้แก่ APTES CPTES และ TESPT นั้น สารคู่ควบชนิด APTES และ TESPT สามารถลดแรงอันตรกิริยาระหว่างซิลิกากับซิลิกาได้มีประสิทธิภาพเหนือกว่าสารคู่ควบชนิด CPTES ส่งผลให้มีคุณภาพการผสมที่ ดีกว่า ซึ่งสามารถเห็นได้ชัดในกรณีการดัดแปรพื้นผิวซิลิกาด้วยเทคนิคแบบใส่ลงผสมพร้อมกับยาง (in-situ technique) นอกจากนี้ พบว่าชนิดและปริมาณของสารคู่ควบไซเลนไม่เพียงมีผลต่อกระบวนการผสมของยางคอมพาวด์เท่านั้น แต่ยังส่งผลต่อสมบัติเชิงกล ของยางวัลคาไนซ์ด้วย โดยหมู่อะมิโนและหมู่เมอร์แคปโตของสารคู่ควบชนิด APTES และ TESPT สามารถปรับปรุงสมบัติเชิงกล ของยางคลอโรพรีนได้เหนือกว่าหมู่คลอโรของสารคู่ควบชนิด CPTES ทั้งนี้อาจเนื่องจากสารคู่ควบไซเลนทั้ง 2 ชนิดนี้สามารถเพิ่ม อันตรกิริยาระหว่างยางกับซิลิกาและสามารถลดอันตรกิริยาระหว่างซิลิกากับซิลิกาได้มีประสิทธิภาพเหนือกว่า ส่งผลให้มีคุณภาพการ ผสมที่ดี ดังแสดงไว้ในผลของ Payne effect และกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนชนิดส่องกราด (Scanning electron microscope)

Mahidol University. Mahidol University Library and Knowledge Center

Address: NAKHONPATHOM

Email: liwww@mahidol.ac.th

Name: Chakrit Sirisinha

Role: Thesis Advisors

Name: Kalyanee Sirisinha

Role: Thesis Advisors

Name: Toemsak Srikhirin

Role: Thesis Advisors

Name: Pongdhorn Sae-Oui

Role: Thesis Advisors

Created: 2014

Modified: 2019-10-05

Issued: 2019-10-05

CallNumber: TH C548c 2014

eng

DegreeName: Doctor of Philosophy

Level: Doctoral Degree

Descipline: Materials Science and Engineering

Grantor: Mahidol University

©copyrights

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	5337958.pdf	21.79 MB

ใช้เวลา

0.253667 วินาที