Chain dynamics in crosslinked filled and unfilled polymer blends of different miscibility

Abstract

[EN]: Rubber compounds normally used in the tire industry are multiphase composites obtained by mixing elastomeric matrices based on natural or synthetic rubbers, with fillers, stabilizers, vulcanization additives, and other special ingredients. The result is a heterogeneous system; therefore, very complex to be analyzed from a basic point of view, whose final properties depend on the interactions among those ingredients. Rubber blends are of great importance for the tire industry, providing new features not seen in the neat materials. Almost all important rubber products in industry applications include blends in their compositions. The usual reason for blending rubbers is to combine two or more desirable features exhibited by vulcanizates of the individual polymers in a single material. Depending on the thermodynamics of the mixing process, rubber blends can be miscible or immiscible, both of great interest for the tire industry. The study of the dynamics of polymer blends is essential when designing new materials with desired properties, by tuning the type and concentration of the neat polymers comprising the blend. In this PhD-work we present a study concerning the dynamics of crosslinked natural rubber (NR), butadiene rubber (BR), styrene butadiene rubber (SBR) with different microstructures, and chain-end functionalized styrene butadiene rubber (fSBR), as well as their blends. Unfilled and silica-filled composites were studied by means of broadband dielectric spectroscopy (BDS), differential scanning calorimetry (DSC), atomic force microscopy (AFM), and complementary techniques such as energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) and transmission electron microscopy (TEM).

[ES]: El caucho es un polímero de alta elasticidad que experimenta deformaciones bajo esfuerzos relativamente débiles, recuperando su forma original una vez que la fuerza aplicada ha cesado. Los cauchos se utilizan en muchas aplicaciones industriales y, en particular, es la materia prima por excelencia en la industria del neumático. En este caso, los compuestos utilizados son sistemas complejos ya que, además de mezclas de las matrices elastoméricas (basadas en cauchos sintéticos o naturales), se incorporan otros ingredientes como cargas, estabilizantes, aditivos del sistema de vulcanización y otras substancias especiales. El resultado es un sistema altamente heterogéneo, cuyas propiedades finales son determinadas por las interacciones entre todos sus componentes. En la industria del neumático, además, es muy común utilizar mezclas de cauchos (blends) que muestran propiedades singulares y que no pueden obtenerse a partir de los materiales puros. Mezclando dos cauchos se puede conseguir nuevos compuestos con propiedades intermedias a las de los polímeros puros, sin necesidad de llevar a cabo una nueva síntesis, reduciendo los costos y los tiempos de fabricación. El conocimiento de las propiedades dinámicas de los compuestos de caucho es esencial a la hora de diseñar materiales con propiedades deseadas. Mediante la variación de la concentración y los tipos de polímeros que componen una mezcla, podremos afinar sus propiedades finales. En esta tesis se han analizado compuestos vulcanizados de caucho natural (NR), caucho de butadieno (BR), caucho de estireno-butadieno (SBR) con diferentes microestructuras, y caucho de estireno-butadieno con funcionalización terminal de cadena (fSBR). Se han analizado compuestos puros sin carga (unfilled) y compuestos puros cargados con partículas de sílice (filled) así como también mezclas de cauchos con diferentes concentraciones. Las principales técnicas utilizadas fueron: espectroscopía dieléctrica (BDS), calorimetría diferencial de barrido (DSC) y microscopía de fuerza atómica (AFM). Adicionalmente su utilizaron técnicas complementarias como la espectroscopía de dispersión de rayos-X (EDX), y la microscopía electrónica de transmisión (TEM).