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Kontinuierliche Messung des Quellungs- und des Diffusionsverhaltens von Kautschukvulkanisaten mit Hilfe eines selbstregistrierenden Quelltesters

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  • Polymere
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Kolloid-Zeitschrift und Zeitschrift für Polymere Aims and scope Submit manuscript

Zusammenfassung

Es wird über ein Meßverfahren zur kontinuierlichen Aufzeichnung des Quellungsverhaltens von Vulkanisaten berichtet, welches auf der Registrierung der Dickenänderung beruht, die eine Vulkanisatprobe während der Quellung erfährt. Das Meßsystem des Quelltesters steht hierbei in direktem mechanischen Kontakt mit der quellenden Probe.

Die Bestimmung des maximalen Quellungsgrades aus Quelltestermessungen wird an Vulkanisaten des Naturkautschuks durchgeführt, die mit verschiedenen Gehalten an Dicumylperoxid vulkanisiert waren.

Die Möglichkeit einer Charakterisierung des zeitlichen Verlaufs der Quellung aus den kontinuierlichen Quellungs-Zeitkurven, wie sie mit dem Quelltester erhalten werden, wird ausführlich erörtert. Um aus Quelltestermessungen an zylinderförmigen Prüfkörpern über den gesamten Quellbereich den Diffusionskoeffizienten berechnen zu können, wird die entsprechende Lösung aus dem 2. Fickschen Diffusionsgesetz mit Hilfe enes Computers als Reihe entwickelt und eine Funktionswertetabelle aufgestellt. Für den Anfangs- und den Endbereich der Quellung werden geeignete Näherungslösungen angegeben. Die Werte der Diffusionskoeffizienten, die aus den Quelltestermessungen an peroxidvulkanisierten Naturkautschukvulkanisaten in den Quellungsmitteln Cyclohexan,n-Heptan, Methyläthylketon und Tetrachlorkohlenstoff erhalten wurden, zeigen durchweg einen starken Anstieg im Verlauf der Quellung. Die Zahlenwerte der erhaltenen Diffusionskoeffizienten werden denen anderer Autoren gegenübergestellt, und die möglichen Ursachen für die starke Konzentrationsabhängigkeit der Diffusionskoeffizienten werden diskutiert.

Summary

It is reported about a method for the continuous registration of the swelling of vulcanisates that is based upon the change in thickness, which a vulcanisate suffers during swelling. The measuring system of the swell-tester is in direct mechanical contact with the swelling specimen.

The estimation of the maximum degree of swelling from measurements with the swell-tester is carried out on natural rubber vulcanisates, which were cured with different portions of dicumylperoxide.

The possible characterization of the swelling as a function of time from the continuous swelling-time curves as obtained by means of the swell-tester is being discussed in detail. In order to be able to determine the diffusion coefficient from swell-tester measurements over the whole range of swelling, a series development of the corresponding solution of the 2ndFicks law of diffusion is carried out by means of a computer and a function table is established. Appropriate approximations are given for the initial and the ultimate range of swelling. The values of the diffusion coefficient obtained from swell-tester measurements on peroxidevulcanized natural rubber vulcanisates with cyclohexane,n-heptane, methylethylketone and carbon tetrachloride as swelling agents showed a strong enhancement during the swelling period. The values of the diffusion coefficients obtained are compared with those of other authors and possible reasons for the strong dependence on the concentration are discussed.

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Abbreviations

\(\left. {\begin{array}{*{20}c} \alpha \\ \beta \\ \gamma \\ \end{array} } \right\}\) :

Neigungswinkel von Geraden

c :

Konzentration

χ :

Hugginsscher Wechselwirkungsparameter

D :

Diffusionskoeffizient [cm2/sec]

DCP:

Dicumylperoxid

[DCP]:

Millimol Dicumylperoxid auf 100 g Kautschuk

F :

Umsatzzahl, die das Mengenverhältnis von aufgenommenem Quellmittel zur Zeitt zu der maximal aufgenommenen Quellmittelmenge angibt

Φ :

Volumenanteil von Füllstoff in der ungequollenen Probe

h :

Dicke der quellenden Probe zum Zeitpunktt

h 0 :

Dicke der Probe vor Beginn der Quellung

hmax :

maximale Dicke der gequollenen Probe

j o,s :

Nullstellen derBessel-Funktion nullter Ordnung

k I :

Geschwindigkeitskonstante erster Ordnung

MEK:

Methyläthylketon

n :

Laufzahl bei der Reihenentwicklung

n chem :

Molzahl der chemischen Vernetzungsstellen pro cm3

NK:

Naturkautschuk

ν=:

Molzahl der effektiven Kautschukmolekülketten im ungequollenen Kautschuknetzwerk pro Volumeneinheit [mol/cm3]

ν chem :

Molzahl der aufgrund von chemischen Bindungen effektiven Kautschukmolekülketten im ungequollenen Kautschuknetzwerk pro Volumeneinheit [mol/cm3]

q :

Quellungsgrad, der das Volumenverhältnis von Quellmittel zu ungequollener Probe angibt

r :

geometrischer Parameter, der die Dicke einer Platte oder den Radius einer Kugel bzw. eines Zylinders bedeuten kann

t :

Zeit

τ :

dimensionsloser Parameter, der den DiffusionskoeffizientenD, die Zeitt und den geometrischen Parameterr miteinander verknüpft

v r :

Volumenanteil an Kautschuk im gequollenen Gel

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Authors and Affiliations

  1. Dunlop- Forschungslaboratorium in Hanau, Deutschland

    G. Angerer

Authors
  1. G. Angerer
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Additional information

Zu dieser Arbeit haben eine Reihe von Herren beigetragen, denen ich an dieser Stelle herzlich danken möchte:

HerrnD. W. Southwart für anregende Diskussionen und kritische Hinweise, HerrnP. Seggelke für die Aufstellung eines geeigneten Computer-Programmes zur Berechnung der Funktionswertetabelle, Herrn Dr.Ng Tet Soei für die Berechnung desHuggins-Parameters und die Programmierung des Tischrechners, HerrnP. Kretschmer für wertvolle Hinweise bezüglich der Registrierung der Meßkurven und den HerrenW. Gimp-linger, J. Ptaschek undM. Schaub für die sorgfältige Durchführung der Quelltestermessungen.

Herrn Dr.H. Schilling danke ich für die verständnisvolle Förderung der Arbeit, der Dunlop Aktiengesellschaft für die Erlaubnis zur Publizierung dieser Arbeit.

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Angerer, G. Kontinuierliche Messung des Quellungs- und des Diffusionsverhaltens von Kautschukvulkanisaten mit Hilfe eines selbstregistrierenden Quelltesters. Kolloid-Z.u.Z.Polymere 245, 369–381 (1971). https://doi.org/10.1007/BF01501000

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