Medición BET para Mejorar la Calidad del Caucho

La teoría BET (Brunner-Emmett-Teller) se utiliza para medir el área superficial de materiales sólidos o porosos con el fin de determinar el número de moléculas/átomos de un gas necesarios para formar una monocapa, Xm, de gas adsorbido en una superficie sólida. Los estudios BET proporcionan información estructural importante sobre la estructura física del material, ya que el área de su superficie afecta al modo en que ese sólido interactuará con su entorno. El método BET se aplica habitualmente para calcular la superficie específica a partir de mediciones de isotermas de adsorción de nitrógeno a 77 K.

Los sectores del caucho y los neumáticos utilizan una amplia variedad de cauchos sintéticos. El butadieno, los cauchos butílicos y el estireno butadieno son los principales ingredientes básicos utilizados para fabricar estos cauchos sintéticos. Sólo el sector de los neumáticos consume entre el 70 y el 76% del caucho sintético producido en todo el mundo. Los neumáticos suelen estar hechos de varias materias primas, como material polimérico, aditivos, agentes de vulcanización, cargas y suavizantes. Es obligatorio probar estos materiales antes de formular el producto principal. La selección de las materias primas para lograr la alta calidad requerida del producto acabado es una gran preocupación.

Las cargas son el componente que más debe probarse debido a sus propiedades especiales. Los rellenos deben estar en estrecho contacto con las cadenas de elastómeros para ayudar a reforzar el producto de caucho. El tamaño, la superficie, la actividad superficial y la forma del complejo de partículas son los principales aspectos en los que influyen estos rellenos. La actividad superficial está relacionada con la capacidad del elastómero para adherirse al relleno y la idoneidad del relleno para un elastómero específico. Los rellenos funcionales transfieren la tensión aplicada desde la matriz de caucho al mineral resistente e inflexible. La información necesaria sobre los rellenos -que tienen una gran superficie y una mayor área de contacto accesible para un mayor potencial de refuerzo de las cadenas de caucho- será proporcionada por las mediciones BET.

Determinación de las mediciones BET

Las mediciones BET introducen un área de tensión localizada, que es un factor clave para determinar la distancia entre cadenas de polímeros. Algunos ejemplos de estos parámetros son la porosidad y el tamaño de las partículas. También puede calcularse la rotura de la cadena de elastómeros durante la flexión o el estiramiento. La selección de las partículas se basa en el tamaño de las cargas más que en su capacidad de refuerzo y vendrá determinada por los valores BET. Por ejemplo, normalmente se evitan los rellenos con tamaños de partícula superiores a 10.000 nm (10 μm), ya que tienen el potencial de degradar el rendimiento en lugar de ampliar o reforzar la resistencia. Los rellenos verdaderamente reforzantes, que van de 10 nm a 100 nm (0,01 a 01 μm), pueden mejorar mucho las cualidades del caucho. Las cargas con tamaños de partícula entre 1.000 y 10.000 nm (1 a 10 μm) suelen utilizarse como diluyentes y no tienen un efecto significativo en las propiedades del caucho.

El impacto general de cada una de las tres características de las cargas sobre las propiedades del caucho puede resumirse a grandes rasgos como sigue, teniendo en cuenta las cargas con tamaños de partícula suficientemente pequeños para ofrecer cierto grado de refuerzo: La menor resiliencia y el aumento de la viscosidad Mooney, la resistencia a la tracción, la resistencia a la abrasión, la resistencia al desgarro y la histéresis son el resultado de la reducción del tamaño de las partículas y el aumento de la superficie. Elegir los rellenos adecuados es crucial porque tienen la combinación correcta de tamaño de partícula pequeño, área de superficie alta, actividad de superficie alta y relación de aspecto alta para evitar la propagación de microfisuras y proporcionar la mayor resistencia a la tracción necesaria para resistir el fallo.

Rellenos de refuerzo

La selección de rellenos que posean los atributos físicos antes mencionados es de suma importancia a la hora de elegir las materias primas para determinar la resistencia reforzada óptima. En el sector del caucho, la sílice y el negro de humo se consideran desde hace tiempo cargas de refuerzo. Su inclusión en el caucho es necesaria para producir artículos que duren más, neumáticos más resistentes y duraderos, y -especialmente en el caso de la sílice- reducir las emisiones de gases de efecto invernadero de las industrias automovilísticas que utilizan estos cauchos con la composición de las cargas mencionadas.

Para obtener las isotermas de adsorción de nitrógeno, los rellenos se evacuan a una temperatura fija durante un tiempo predeterminado antes de exponerlos al gas nitrógeno a la temperatura del nitrógeno líquido. Utilizando la ecuación BET, se determinan los valores BET y c a partir de las isotermas.

Se aplica el método Barrett-Joyner-Halenda (BJH) para calcular los volúmenes de poro (Vmeso) de las muestras de relleno. El área superficial de los rellenos se determina utilizando la ecuación de Brunauer-Emmett-Teller (SBET) para las isotermas de adsorción de nitrógeno. Esta fórmula se ha empleado tradicionalmente para indicar la estructura agregada de los rellenos y el tamaño de las partículas. Mientras que la superficie puede calcularse mediante diversas técnicas. En ocasiones, la absorción de bromuro de cetiltriamonio (CTAB) es un mejor indicador de la verdadera superficie accesible a las grandes cadenas de caucho. En cambio, el estado agregado de los rellenos en términos de accesibilidad y difusión de las moléculas de caucho se refleja en los volúmenes de microporos y mesoporos. La interacción entre el adsorbato y la superficie se refleja en el valor c que se obtiene a partir de los gráficos de Brunauer- Emmett-Teller. Una fuerte adsorción del adsorbato en la superficie se indica mediante un valor c elevado. En consecuencia, los valores calculados de SBET y c son suficientemente racionales. La alta linealidad de los gráficos BET producidos a partir de las isotermas de adsorción de nitrógeno en los rellenos muestra que la adsorción de nitrógeno satisface la hipótesis de la ecuación BET.

En función de las necesidades y aplicaciones del usuario final, las mediciones BET serán muy útiles para seleccionar los rellenos adecuados para la formulación de cauchos con el fin de lograr un rendimiento excelente para todos los parámetros de prueba indicados anteriormente.

Cotecna garantiza la precisión de los resultados de las mediciones BET

En Cotecna, nuestros laboratorios de pruebas de materias primas de caucho deben proporcionar lecturas BET precisas en términos de área superficial, tamaño de partículas, volumen de poros, STSA, energía de adsorción de la estructura de poros, isotermas y otras áreas en las que se necesitan datos precisos para mejorar las propiedades reforzadas. Probamos diversos rellenos, como sílice, sulfato de bario, carbonato cálcico, negro de humo, arcillas duras y otros materiales que pueden clasificarse como rellenos no reforzantes, semireforzantes o fuertemente reforzantes. A la hora de evaluar la calidad del caucho, es fundamental elegir un laboratorio de ensayos de materias primas de caucho con normas rigurosas y acreditaciones nacionales. Para mantener un alto control de calidad y cumplir los criterios de la organización.

Los ensayos de materias primas de caucho, como las cargas, son cruciales para que los productores garanticen la calidad de sus productos de caucho. En particular, las aplicaciones importantes del caucho, como las juntas tóricas médicas y las piezas de goma para aeronaves, requieren normas rigurosas de control de calidad para garantizar que los clientes reciban los productos de caucho de mejor rendimiento que cumplan sus expectativas. A pesar de su resistencia y durabilidad, el caucho se ve afectado por su entorno con el paso del tiempo. Evaluar la calidad del material de un producto de caucho exige saber cómo funcionará en las condiciones de uso final. Por ejemplo, el caucho no es adecuado para aplicaciones de baja temperatura si las pruebas realizadas al material demuestran que se vuelve quebradizo a bajas temperaturas aunque sea resistente a temperaturas normales. Por eso, el análisis y los ensayos de las materias primas del caucho son específicos para cada producto y aplicación. Los objetivos del producto y la industria determinarán la mejor estrategia de ensayo. Es fundamental comprender las propiedades de los rellenos en determinadas circunstancias antes de utilizarlos en su forma final.

Además, el laboratorio verifica la compatibilidad de las partículas con la matriz, la actividad superficial, la forma y el tamaño con el fin de elegir las materias primas para la fabricación de caucho basándose en los resultados de las pruebas. Además de utilizar tecnología de primera clase y CRM estándar trazables, Cotecna garantiza que el laboratorio produce resultados coherentes y precisos para todas las cargas clasificadas por la ASTM, incluidas las N110 a N991 (CB) y las N220, N330, N550, N765 y N990 para las cargas no negras.

El laboratorio de ensayos de materiales de Cotecna es una instalación de primera categoría que ofrece información detallada sobre sus productos de caucho. Nuestro equipo de personal experimentado y el laboratorio están acreditados por las normas ISO/IEC 17025, ISO 9001 e ISO 45001. Nunca damos por sentados nuestros éxitos pasados. Damos gran importancia a la comunicación eficaz, trabajamos con integridad y establecemos vínculos con las personas a través de nuestro entusiasmo por la innovación y los objetivos comunes.

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