A study about the microstructure of polybutadiene and polyisoprene rubber crosslinked by peroxide and its influence on physical properties

El objetivo de la presente investigación es analizar las relajaciones estructurales que se producen en caucho polibutadieno (BR) y en caucho cis-poliisopreno (IR), cuando se encuentran reticulados mediante un proceso de curado con peróxido de dicumilo como agente reticulante. Las propiedades de los compuestos vulcanizados dependen principalmente de la microestructura del polímero sin curar, de la formulación del compuesto y de las condiciones de cura, debido a que éstas determinan la estructura de red formada durante el proceso de vulcanización. En esta tesis, se estudiaron tres polibutadienos de diferente estructura molecular (97% de contenido cis, 37 % de contenido cis y 70% de contenido vinilo) y un caucho cis-poliisopreno. Con la finalidad de lograr materiales con diversas estructuras de red se prepararon compuestos con concentraciones de peróxido de dicumilo entre 0.25 y 4.00 phr (partes por cien de caucho), los cuales fueron vulcanizados entre 150°C y 180°C, que son temperaturas normalmente empleadas en procesos tecnológicos que involucran este tipo de elastómeros. Mediante ensayos reométricos se caracterizó el proceso de vulcanización. Las propiedades mecánicas de los cauchos reticulados dependen fuertemente de la densidad de entrecruzamientos (crosslink) generados en la vulcanización. Para estimar la densidad de entrecruzamientos se utilizó la técnica de hinchamiento en solvente y el formalismo de Flory- Rehner. Al usar este formalismo, es necesario contar con el valor correcto del parámetro de interacción polímero/solvente χ, el cual se calculó para cada uno de los sistemas caucho/tolueno. La técnica de hinchamiento en solvente también fue empleada para estudiar la difusión de tolueno en el material reticulado. Los estudios de densidad de entrecruzamiento se complementaron con experimentos de RMN de doble coherencia cuántica, que permitieron caracterizar la distribución espacial de la densidad de entrecruzamientos. Por otro lado, se efectuaron estudios de espectroscopía infrarroja con los que se determinaron las variaciones que se producen en la composición isomérica (cis, trans, vinilo) de los BR durante la vulcanización, y a partir de esto se caracterizaron los mecanismos que operan durante este proceso. También se estudiaron las propiedades térmicas de cada compuesto por calorimetría diferencial de barrido. Las variaciones en la temperatura de transición vítrea y la cristalización se analizaron en función de la densidad de entrecruzamientos para cada uno de los elastómeros. Utilizando espectroscopía de aniquilación de positrones se determinó el volumen libre de los materiales vulcanizados con la finalidad de obtener correlaciones con la respectiva densidad de entrecruzamiento. Finalmente, se analizaron las relajaciones estructurales mediante espectroscopía dieléctrica de banda ancha. En particular, para el BR, se analizó la influencia de la reticulación y de la composición isomérica en los procesos de relajación α y β. Para el caso del IR, se estudió el efecto de la reticulación en la relajación α y el modo normal. El análisis integral de los resultados obtenidos permitieron caracterizar exhaustivamente la estructura de red de cada uno de los compuestos vulcanizados y de esta manera establecer un vínculo microestructura-propiedades dieléctricas para estos sistemas. Esta información intenta aportar una visión más amplia en cuanto al entendimiento del comportamiento de los elastómeros BR e IR vulcanizados y sus propiedades

Estudio de la microestructura y su influencia en propiedades físicas del caucho polibutadieno y caucho poliisopreno reticulado con peróxido

El objetivo de la presente investigación es analizar las relajaciones estructurales que se producen en caucho polibutadieno (BR) y en caucho cis-poliisopreno (IR), cuando se encuentran reticulados mediante un proceso de curado con peróxido de dicumilo como agente reticulante. Las propiedades de los compuestos vulcanizados dependen principalmente de la microestructura del polímero sin curar, de la formulación del compuesto y de las condiciones de cura, debido a que éstas determinan la estructura de red formada durante el proceso de vulcanización. En esta tesis, se estudiaron tres polibutadienos de diferente estructura molecular (97% de contenido cis, 37 % de contenido cis y 70% de contenido vinilo) y un caucho cis-poliisopreno. Con la finalidad de lograr materiales con diversas estructuras de red se prepararon compuestos con concentraciones de peróxido de dicumilo entre 0.25 y 4.00 phr (partes por cien de caucho), los cuales fueron vulcanizados entre 150°C y 180°C, que son temperaturas normalmente empleadas en procesos tecnológicos que involucran este tipo de elastómeros. Mediante ensayos reométricos se caracterizó el proceso de vulcanización. Las propiedades mecánicas de los cauchos reticulados dependen fuertemente de la densidad de entrecruzamientos (crosslink) generados en la vulcanización. Para estimar la densidad de entrecruzamientos se utilizó la técnica de hinchamiento en solvente y el formalismo de Flory- Rehner. Al usar este formalismo, es necesario contar con el valor correcto del parámetro de interacción polímero/solvente χ, el cual se calculó para cada uno de los sistemas caucho/tolueno. La técnica de hinchamiento en solvente también fue empleada para estudiar la difusión de tolueno en el material reticulado. Los estudios de densidad de entrecruzamiento se complementaron con experimentos de RMN de doble coherencia cuántica, que permitieron caracterizar la distribución espacial de la densidad de entrecruzamientos. Por otro lado, se efectuaron estudios de espectroscopía infrarroja con los que se determinaron las variaciones que se producen en la composición isomérica (cis, trans, vinilo) de los BR durante la vulcanización, y a partir de esto se caracterizaron los mecanismos que operan durante este proceso. También se estudiaron las propiedades térmicas de cada compuesto por calorimetría diferencial de barrido. Las variaciones en la temperatura de transición vítrea y la cristalización se analizaron en función de la densidad de entrecruzamientos para cada uno de los elastómeros. Utilizando espectroscopía de aniquilación de positrones se determinó el volumen libre de los materiales vulcanizados con la finalidad de obtener correlaciones con la respectiva densidad de entrecruzamiento. Finalmente, se analizaron las relajaciones estructurales mediante espectroscopía dieléctrica de banda ancha. En particular, para el BR, se analizó la influencia de la reticulación y de la composición isomérica en los procesos de relajación α y β. Para el caso del IR, se estudió el efecto de la reticulación en la relajación α y el modo normal. El análisis integral de los resultados obtenidos permitieron caracterizar exhaustivamente la estructura de red de cada uno de los compuestos vulcanizados y de esta manera establecer un vínculo microestructura-propiedades dieléctricas para estos sistemas. Esta información intenta aportar una visión más amplia en cuanto al entendimiento del comportamiento de los elastómeros BR e IR vulcanizados y sus propiedades

Elucidating the interactions between carbon nanotubes and carbon black with styrene butadiene rubber

The reinforcement mechanism of carbon nanotubes (CNT) on styrene butadiene rubber is studied through dynamic and swelling tests. Compounds containing carbon black (CB) and an unfilled one were prepared for comparison purposes. The dynamic properties are interpreted through the Maier-Göritz model to distinguish the contributions of stable and unstable crosslinks to the storage modulus, finding that the unstable ones become more relevant in samples containing a CNT concentration higher than 5 phr. In addition, the crosslinks density estimated by swelling and the stable contribution obtained with dynamical properties present the same tendency with the CNT amount. The former presents lower values, which can be explained considering that only stable crosslinks remain in the equilibrium-swollen state, while in the second one both stable and unstable are considered. In addition, differences in the filler-polymer interaction mechanisms are observed according to the morphology and aspect ratio of CNT in contrast to CB.Fil: García, Daniela Belen. Instituto Nacional de Tecnología Industrial; Argentina. Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Investigación en Ingeniería Ambiental; ArgentinaFil: Mansilla, Marcela Angela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Instituto Nacional de Tecnología Industrial; ArgentinaFil: Monsalve, Leandro Nicolas. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Instituto Nacional de Tecnología Industrial; ArgentinaFil: Bilbao, Emanuel. Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Investigación e Ingeniería Ambiental. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigación e Ingeniería Ambiental; ArgentinaFil: Rodríguez Garraza, Ana Lucía. No especifíca;Fil: Escobar, Mariano Martin. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Instituto Nacional de Tecnología Industrial; Argentin