Carbon Black Surface Chemical Modification by Atmospheric Plasma

10/2005 Oktober

In this work an atmospheric plasma reactor has been adapted to treat Carbon Black (CB). Afterwards, CB was treated with air plasma and nitrogen plasma at different conditions (distance to the plasma flame and time). The presence of stable reactive gases after the plasma torch was studied. Concerning CB, the effect of the plasma treatment on the filler particles was determined by measuring the pH and the acidic value for different bases (NaOH, Ba(OH)2, NaHCO3) the chemical changes were studied using X-Ray Pothoelectron Spectroscopy (XPS). To determine the modification in the filler-polymer interaction bound rubber was determined in CB filled polybutadiene mixtures as well as adsorption isotherms from polymer solution. The vulcanization parameters (t1, t90, MH-ML) and the dynamic mechanical properties of different mixtures were also studied. The results obtained show that this technique is a very effective method in the CB chemical surface modification especially for its oxidation process which gives to this material very interesting properties. Further development would lead to achieve fillers with tailored chemical surface composition.

Oberflächenmodifikation von Rußen durch Atmosphärendruckplasma
Es wird über die Oberflächenmodifizierung von Ruß mit Hilfe von Atmosphärendruckplasma, bestehend aus Luft bzw. Stickstoff unter verschiedenen Prozessbedingungen (Abstand von der Plasmafackel und Verweilzeit) berichtet. Der Einfluss des Plasmas auf die Rußteilchen wurde durch pH-Messung und Titration mit verschieden Basen (NaOH, Ba(OH)2, NaHCO3) sowie mit Hilfe von Roentgen Photoelectron Spectroscopy (XPS) untersucht. Um die Auswirkungen der Modifizierung auf die Füllstoff-Polymer Wechselwirkung zu beschreiben, wurden Messungen des Bound Rubber und Adsorption von Polymeren aus Lösung betrachtet. Das Vulkanisationsverhalten (MH-ML, t1, t90), und die dynamisch-mechanischen Eigenschaften verschiedener Mischungen wurden ebenfalls untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass die Plasmabehandlung eine wirkungsvolle Methode für die Oberflächenmodifizierung von Rußen ist, besonders für die Oxydation, die zu interessanten Eigenschaften führt.