kompozyty NR / krzemionka z dodatkiem glikolizatu poliuretanowego

Podobne dokumenty
DETECTION OF MATERIAL INTEGRATED CONDUCTORS FOR CONNECTIVE RIVETING OF FUNCTION-INTEGRATIVE TEXTILE-REINFORCED THERMOPLASTIC COMPOSITES

TECHNICAL CATALOGUE WHITEHEART MALLEABLE CAST IRON FITTINGS EE

Equipment for ultrasound disintegration of sewage sludge disseminated within the Record Biomap project (Horizon 2020)

TYRE PYROLYSIS. REDUXCO GENERAL DISTRIBUTOR :: ::

Ratusz w Tours, w którym odbywała się konferencja. Dr Karol Niciński prowadzi ostatnią sesję konferencji. Dr Karol Niciński wygłasza referat

BADANIA WPŁYWU NANONAPEŁNIACZA NA WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE RECYKLATÓW GUMOWYCH

ROZPRAWY NR 128. Stanis³aw Mroziñski

Cracow University of Economics Poland. Overview. Sources of Real GDP per Capita Growth: Polish Regional-Macroeconomic Dimensions

Technologia organiczna

Patients price acceptance SELECTED FINDINGS

Streszczenie rozprawy doktorskiej

DM-ML, DM-FL. Auxiliary Equipment and Accessories. Damper Drives. Dimensions. Descritpion

WYKAZ DOROBKU NAUKOWEGO

WPŁYW PRZETWÓRSTWA ORAZ WYGRZEWANIA NA WŁAŚCIWOŚCI DYNAMICZNE KOMPOZYTU POLIAMIDU 6,6 Z WŁÓKNEM SZKLANYM

Proposal of thesis topic for mgr in. (MSE) programme in Telecommunications and Computer Science

INSPECTION METHODS FOR QUALITY CONTROL OF FIBRE METAL LAMINATES IN AEROSPACE COMPONENTS

ORZEL S.A. ORZEŁ S.A.

Sargent Opens Sonairte Farmers' Market

kierunek: BIOTECHNOLOGIA specjalność: Bioinformatics RW , Obowiązuje od 2013/2014

TRANSPORT W RODZINNYCH GOSPODARSTWACH ROLNYCH

Evaluation of the main goal and specific objectives of the Human Capital Operational Programme

Modyfikacja kompozytów elastomerowych NR za pomocą ligniny i glicerolizatu. Modification of the elastomer composites NR using lignin and glycerolysate

Wylewanie pianek miekkich i twardych - PUR. Pouring of soft and hard foams - PUR. TECHNOLOGIA POLIURETANÓW / POLYURETHANE TECHNOLOGY

PROCEEDINGS OF THE INSTITUTE OF VEHICLES 2(106)/2016 (12 pt)

FREZY PM; END MILLS PM

NANOKOMPOZYTY ETEROURETANOWE Z MODYFIKOWANĄ NANOKRZEMIONKĄ DO ZASTOSOWAŃ MEDYCZNYCH

Tytuł pracy w języku angielskim: Microstructural characterization of Ag/X/Ag (X = Sn, In) joints obtained as the effect of diffusion soledering.

ZUŻYCIE TRYBOLOGICZNE KOMPOZYTU NA OSNOWIE ZGARU STOPU AK132 UMACNIANEGO CZĄSTKAMI SiC

WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE KOMPOZYTÓW AlSi13Cu2- WŁÓKNA WĘGLOWE WYTWARZANYCH METODĄ ODLEWANIA CIŚNIENIOWEGO

DEKLARACJA WŁAŚCIWOŚCI UŻYTKOWYCH

The impact of the global gravity field models on the orbit determination of LAGEOS satellites

WPŁYW PROCESU TARCIA NA ZMIANĘ MIKROTWARDOŚCI WARSTWY WIERZCHNIEJ MATERIAŁÓW POLIMEROWYCH

Fig 5 Spectrograms of the original signal (top) extracted shaft-related GAD components (middle) and

Nr 5 ( ) MAJ 2016 Tom LXI. CZASOPISMO POŚWIĘCONE CHEMII, TECHNOLOGII i PRZETWÓRSTWU POLIMERÓW

SWPS Uniwersytet Humanistycznospołeczny. Wydział Zamiejscowy we Wrocławiu. Karolina Horodyska

Development of SOFC technology in IEn OC Cerel

WIADRA I KASTRY BUDOWLANE BUILDING BUCKETS AND CONTAINERS

Krytyczne czynniki sukcesu w zarządzaniu projektami

Knovel Math: Jakość produktu

Machine Learning for Data Science (CS4786) Lecture11. Random Projections & Canonical Correlation Analysis

Rozpoznawanie twarzy metodą PCA Michał Bereta 1. Testowanie statystycznej istotności różnic między jakością klasyfikatorów

WŁAŚCIWOŚCI TERMOMECHANICZNE KOMPOZYTU POLIETYLENU Z NAPEŁNIACZEM POCHODZĄCYM Z PRZEMIAŁU DYWANIKÓW SAMOCHODOWYCH

WPŁYW WYBRANYCH KWARCOWYCH DODATKÓW MINERALNYCH MODYFIKUJĄCYCH BETON WARSTWY WIERZCHNIEJ NA JEGO ZESPOLENIE Z PODKŁADEM BETONOWYM

Porównanie zdolności pochłaniania energii kompozytów winyloestrowych z epoksydowymi

Tychy, plan miasta: Skala 1: (Polish Edition)

Few-fermion thermometry

STUDY OF RESISTANCE TO ABRASIVE WEAR OF MULTICOMPONENT POLYOXYMETHYLENE COMPOSITES

Metodyki projektowania i modelowania systemów Cyganek & Kasperek & Rajda 2013 Katedra Elektroniki AGH

WPŁYW OBCIĄŻEŃ ZMĘCZENIOWYCH NA WYSTĘPOWANIE ODMIAN POLIMORFICZNYCH PA6 Z WŁÓKNEM SZKLANYM

OCENA MOśLIWOŚCI ZASTOSOWAŃ WULKANICZNEGO TUFU JAKO NAPEŁNIACZA POLIMERÓW TERMOPLASTYCZNYCH

BARIERA ANTYKONDENSACYJNA

Odnawialne źródła energii. Renewable Energy Resources. Energetics 1 st degree (1st degree / 2nd degree) General (general / practical)

Cracow University of Economics Poland

KOMPOZYTY POLIURETANOWO-GUMOWE WULKANIZOWANE SIARKĄ POLYURETHNAE-RUBBER COMPOSITES VULCANIZATION OF SULPHUR

Auditorium classes. Lectures

WYKAZ PRÓB / SUMMARY OF TESTS. mgr ing. Janusz Bandel

NEW WELTED 6" BLACK S3 REF

Typ MFPCR FOR THE MOST DEMANDING REQUIREMENTS ON THE PURITY OF INDOOR AIR, WORKSTATIONS, AND DEVICES

THE INFLUENCE OF HARDNESS OF POLYURETHANE ON ITS ABRASIVE WEAR RESISTANCE

PLANY I PROGRAMY STUDIÓW

UWZGLĘDNIENIE OBCIĄŻEŃ MECHANICZNYCH PRZY WYZNACZANIU WSKAŹNIKA TEMPERATUROWEGO DLA LAMINATÓW POLIMEROWYCH

Akademia Morska w Szczecinie. Wydział Mechaniczny

Zakopane, plan miasta: Skala ok. 1: = City map (Polish Edition)

Final LCP TWG meeting, Sewilla

WPŁYW BIODEGRADACJI NA WŁAŚCIWOŚCI KOMPOZYTÓW NA OSNOWIE TERMOPLASTYCZNEJ SKROBI NAPEŁNIONEJ WŁÓKNAMI KENAFU LUB MĄCZKI DRZEWNEJ

WYŁĄCZNIK CZASOWY OUTDOOR TIMER

THE INFLUENCE OF THE STEEL CHEMICAL COMPOSITION ONTO THE POSSIBILITIES OF USING IT IN THE PROCESS OF COLD SHAPING

THE PROPERTIES OF REINFORCED POLYPROPYLENE COMPOSITES HAVING DIFFERENT DISTRIBUTED FIBERS

ZGŁOSZENIE WSPÓLNEGO POLSKO -. PROJEKTU NA LATA: APPLICATION FOR A JOINT POLISH -... PROJECT FOR THE YEARS:.

Has the heat wave frequency or intensity changed in Poland since 1950?

WPŁYW POWŁOKI NIKLOWEJ CZĄSTEK Al2O3 NA WŁAŚCIWOŚCI MATERIAŁU KOMPOZYTOWEGO O OSNOWIE ALUMINIOWEJ

Materiałowe i technologiczne uwarunkowania stanu naprężeń własnych i anizotropii wtórnej powłok cylindrycznych wytłaczanych z polietylenu

WPŁYW MIESZANKI EGZOTERMICZNEJ NA BAZIE Na 2 B 4 O 7 I NaNO 3 NA WYTRZYMAŁOŚĆ NA ROZCIĄGANIE STOPU AlSi7Mg

Prints by Lech C O L L E C T I O N

Kielce University of Technology.

WYKAZ PRÓB / SUMMARY OF TESTS

WPŁYW WARUNKÓW UTWARDZANIA I GRUBOŚCI UTWARDZONEJ WARSTEWKI NA WYTRZYMAŁOŚĆ NA ROZCIĄGANIE ŻYWICY SYNTETYCZNEJ

W trzech niezależnych testach frezy z powłoką X tremeblue typu V803 był w każdym przypadku prawie 2 razy bardziej wydajne niż wersja niepowlekana.

1 / 5. Inżynierii Mechanicznej i Robotyki. Mechatronic Engineering with English as instruction language. stopnia

CEE 111/211 Agenda Feb 17

Machine Learning for Data Science (CS4786) Lecture 11. Spectral Embedding + Clustering

WPŁYW PARAMETRÓW OBRÓBKI CIEPLNEJ TAŚM ZE STALI X6CR17 NA ICH WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE I STRUKTURĘ

DHMK-0006 Half mask REF


Realizacja badań. Nowe przyjazne dla środowiska kompozyty polimerowe z wykorzystaniem surowców odnawialnych

Publikacje pracowników Katedry Inżynierii Materiałowej w 2010 r.

BADANIA POKRYWANIA RYS W PODŁOŻU BETONOWYM PRZEZ POWŁOKI POLIMEROWE

Kierunek: Chemia Budowlana Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: Stacjonarne. Wykład Ćwiczenia

THE IMPACT OF EBA AND ECB POLYMER MODIFICATION OF 50/70 BITUMEN

A R C H I V E S O F M E T A L L U R G Y A N D M A T E R I A L S Volume Issue 4 DOI: /v

PROPERTIES OF PARTICLEBOARDS RESINATED WITH PMDI MODIFIED WITH POLYETHYLENE GLYCOLS

WPŁYW DODATKU MATERIAŁÓW ODPADOWYCH Z TWORZYW POLIMEROWYCH NA WYBRANE PARAMETRY MECHANICZNE ZAPRAW CEMENTOWYCH

OCENA MOŻLIWOŚCI WYTWARZANIA KOMPOZYTÓW NA OSNOWIE PA6 NAPEŁNIANYCH CZĄSTKAMI MINERALNYMI

ANALYSIS OF VOLUME CHANGES OF SELECTED CEREAL GROUND GRAIN IN RESULT OF LOADING*

Janusz Datta, Marcin Włoch INŻYNIERIA ELASTOMERÓW

ACTIVE. Design: Grzegorz Olech

THEORETICAL STUDIES ON CHEMICAL SHIFTS OF 3,6 DIIODO 9 ETHYL 9H CARBAZOLE

Transkrypt:

75 Marcin Włoch *, Paulina Kosiorek *, Kamila Błażek *, Janusz Datta */**1 Mechanical and thermo-mechanical properties of natural rubber composites filled with submicronand nano-sized silica particles and prepared using glycolysate as a plasticizer The main aim of this work was to examine the selected mechanical and thermo-mechanical properties of natural rubber/silica composites prepared using glycolysate as a plasticizer. Prepared composites contained different amounts of submicron- (10, 15, 20 or 25 pphr) or nano-particles (0.5, 0.75, 1.0 or 1.25 pphr). The tensile properties, tear resistance, hardness, abrasion resistance and resilience of prepared materials were determined. In addition, the thermo-mechanical properties (by Dynamic Mechanical Thermal Analysis) were determined for the samples characterized by the highest content of particulate filler. All results were compared with properties of reference samples (without silica particles). Keywords: natural rubber, composites, submicron-sized silica, nano-sized silica, mechanical properties, dynamic mechanical properties, polyurethane glycolysate. Właściwości mechaniczne i termomechaniczne kompozytów kauczuku naturalnego z krzemionką submikronową i nanokrzemionką, otrzymanych z użyciem glikolizatu poliuretanowego jako plastyfikatora Celem niniejszej pracy było zbadanie wybranych właściwości mechanicznych oraz termomechanicznych kompozytów na osnowie kauczuku naturalnego, otrzymanych z użyciem glikolizatu poliuretanowego jako plastyfikatora. Kompozyty zawierały różne ilości submikronowej krzemionki (10, 15, 20 i 25 cz. mas. napełniacza na 100 cz. mas. kauczuku naturalnego) lub nanokrzemionki (0,5, 0,75, 1,0 i 1,25 cz. mas. napełniacza na 100 cz. mas. kauczuku naturalnego). Zbadano właściwości próbek wulkanizatów w statycznej próbie rozciągania, wytrzymałość na rozdzieranie, twardość, odbojność oraz ścieralność. Ponadto metodą DMA określono właściwości termomechaniczne kompozytów zawierających największą ilość napełniaczy. Otrzymane wyniki porównano z wynikami uzyskanymi dla wulkanizatu referencyjnego niezawierającego napełniaczy krzemionkowych. Słowa kluczowe: kauczuk naturalny, kompozyty, submikronowe cząstki krzemionki, nanocząstki krzemionki, właściwości mechaniczne, właściwości mechaniczne dynamiczne, glikolizat poliuretanowy. * Politechnika Gdańska, Wydział Chemiczny, Katedra Technologii Polimerów, ul. G. Narutowicza 11/12, 80-233 Gdańsk ** Instytut Inżynierii Materiałów Polimerowych i Barwników, Oddział Elastomerów i Technologii Gumy, ul. Harcerska 30, 05-820 Piastów 1 e-mail: j.datta@impib.pl Dr hab. inż. Janusz Datta ukończył studia w 1988 r. na Wydziale Chemicznym Politechniki Gdańskiej. Na tej samej uczelni w 2000 roku uzyskał stopień doktora nauk technicznych z Technologii Chemicznej, a stopień doktora habilitowanego uzyskał w 2012 roku. Obecnie pracuje na stanowisku profesora nadzwyczajnego w Politechnice Gdańskiej (Katedra Technologii Polimerów) oraz w Instytucie Inżynierii Materiałów Polimerowych i Barwników (Oddział Elastomerów i Technologii Gumy). Obszary zainteresowań naukowych: synteza reaktywnych (bio)polioli, elastomery (bio) poliuretanowe, recykling chemiczny, kompozyty gumowe. kwiecień czerwiec 2017

76 Dr inż. Marcin Włoch w 2011 roku ukończył studia I stopnia na Wydziale Mechanicznym Politechniki Gdańskiej kierunek: Inżynieria Materiałowa, specjalność: Inżynieria Materiałów Specjalnych i Biomateriałów. W 2012 roku ukończył studia II stopnia na Wydziale Chemicznym Politechniki Gdańskiej kierunek: Inżynieria Materiałowa, specjalność: Inżynieria Materiałów Polimerowych. W 2017 roku otrzymał stopień doktora nauk technicznych w zakresie technologii chemicznej. Specjalność: chemia i technologia polimerów, zwłaszcza poliuretanów otrzymywanych m.in. z wykorzystaniem substancji pochodzenia naturalnego (w tym bezizocyjanianowych poliuretanów). Mgr inż. Paulina Kosiorek w 2014 roku ukończyła studia I stopnia na Wydziale Chemicznym Politechniki Gdańskiej kierunek: Chemia. W 2015 roku ukończyła studia II stopnia na Wydziale Chemicznym Politechniki Gdańskiej kierunek: Inżynieria Materiałowa, specjalność: Inżynieria Materiałów Polimerowych. Od 2015 roku jest słuchaczką Studium Doktoranckiego przy Wydziale Chemicznym Politechniki Gdańskiej. Specjalność: chemia i technologia polimerów, zwłaszcza termoplastycznych elastomerów poliuretanowych otrzymywanych m.in. z wykorzystaniem substancji pochodzenia naturalnego. Mgr inż. Kamila Błażek w 2015 roku ukończyła studia I stopnia na Wydziale Chemicznym Politechniki Gdańskiej kierunek: Chemia. W 2016 roku ukończyła studia II stopnia na Wydziale Chemicznym Politechniki Gdańskiej kierunek: Inżynieria Materiałowa, specjalność: Inżynieria Materiałów Polimerowych. Od 2016 roku jest słuchaczką Studium Doktoranckiego przy Wydziale Chemicznym Politechniki Gdańskiej. Specjalność: chemia i technologia polimerów, zwłaszcza poliuretanów otrzymywanych m.in. z wykorzystaniem substancji pochodzenia naturalnego (w tym bezizocyjanianowych poliuretanów). 1. Introduction The inorganic fillers, e.g. carbon black, silica, talc, mica or calcium carbonate, are the most important and widely used fillers for the natural rubber composites [1 3]. The main advantage of using of mentioned fillers is reduction of cost of final materials. Some of mentioned fillers, i.e. silica and carbon black, are active fillers, which are responsible for the improving of the mechanical properties (e.g. tensile strength, tear strength and abrasion resistance) of rubber matrix composites [1, 4 6]. The content, size, structure, surface area and shape of fillers are the most important factors, which affect the mechanical properties of rubber composites [4, 7 9]. Silica particles are used as filler for natural rubberbased materials from many years, but still the influence of different types of silica particles (used separately or in the presence of other fillers) on the performance of rubber materials is investigated [10 14]. The growing amount of plastic waste produced every year resulted in development of mechanical and chemical recycling methods of polymers. Recycling of polymers is resulted from requirements connected with the pollution prevention and the environment protection [15, 16]. In the case of polyurethanes (PUs), which are produced in form of flexible foams, rigid foams, coatings and elastomers, the total worldwide production in 2013 was equal nearly 16 mln tons, so the development of the cost-effective and environmental-friendly recycling technology is needed [17]. Polyurethane waste can be recycled by mechanical methods (i.e. grinding and applying as filler or pressing with a bonding agent) and chemical methods (mainly by e.g. glycolysis, hydrolysis or aminolysis). There is also possibility to the recovery of energy from polyurethanes waste (by e.g. incineration, gasification, and pyrolysis) [16]. The glycolysis is the chemical process which can be performed on the industrial scale, and involves the chemical decomposition of urethane groups by active hydrogen atoms presented in the structure of glycols. Glycolysis of polyurethanes is well described in the scientific literature and it is one of the most important chemical recycling method of polyurethane waste [17 25]. kwiecień czerwiec 2017

The main aim of this work was to examine the mechanical and thermo-mechanical properties of natural rubber/silica composites prepared using polyurethane glycolysate as a plasticizer. In this work, the silica particles with two different sizes (submicron- and nanosized) were used. The tensile properties (tensile strength and elongation at break), tear resistance, hardness, abrasion resistance, resilience and thermo-mechanical properties (by Dynamic Mechanical Thermal Analysis) of prepared materials was determined. All results were compared with properties of reference samples (without silica particles). 77 The two types of silica particles were used in this study i.e. submicron sized silica particles Fransil 251 (Fransol, France) with a diameter equal to 0.2 μm and nanosilica Aerosil 200 (Evonik Industries, Germany) with a diameter 12 nm and specific surface area 200 m2/g. Both fillers are shown in Fig. 1. The polyurethane glycolysate was synthesized using polyurethane foam waste (PU) and 1,3-propanediol (PD). The reaction was conducted at PU/PD mass ratio equal 6:1 in the temperature 190 C using potassium acetate as a catalyst. The schematic reaction is presented in Fig. 2. The polyurethane glycolysate was also successful applied as a plasticizer in the case of lignin/natural rubber composites [26]. The ingredients natural rubber (100 phr), stearic acid (3 phr), zinc oxide (5 phr), tetramethylthiuram (0.5 phr), submicron- or nano-sized silica particles, polyurethane glycolysate (2.5 phr) and sulfur (3 phr) were mixed in open two-roll laboratory mill at a friction ratio 1,08:1. The process of homogenization was carried out 15 min. The vulcanization was performed by using a hydraulic press at 150 C under press 4,5-5 MPa and the vulcanization time was 10 min. The prepared composites contained different amounts of applied submicron- (10, 15, 20 or 25 phr coded as NRC-SP-10, NRC-SP-15, NRC-SP-20 or NRC SP-25) and nano-particles (0.5, 0.75, 1.0 or 1.25 phr coded as NRC-NP-0.5, NRC-NP-0.75, NRC-NP-1.0 or NRC-NP-1.25). The reference sample without silica particles (coded as REF) was also prepared. a) b) 2. Materials and preparation of composites Fig. 1. Comparison of silica fillers characterized by different particle size: a) submicron-sized silica (0,2 µm), b) nano-sized silica (12 nm) Rys. 1. Porównanie wyglądu napełniaczy krzemionkowych o różnej wielkości cząstek: a) submikron (0,2 µm), b) nano (12 nm) Fig. 2. Glycolysis of polyurethane using 1,3-propanediol Rys. 2. Glikoliza poliuretanów z użyciem 1,3-propanodiolu kwiecień czerwiec 2017

78 3. Testing The tensile properties (tensile strength and relative elongation at break) of the vulcanizates were determined, using universal testing machine Zwick/Roell Z020, according to ISO 37 standard. The cross-head speed was 300 mm/min. The test samples were prepared in a standard dumbbell shape, and all measurements were repeated five times. The tear strength of the natural rubber composites were determined using universal testing machine Zwick/Roell Z020 in accordance to ISO 34-1 standard. The cross-head speed was 100 mm/min. The test samples were prepared in a crescent shape and with nick depth equal 1 mm, and all measurements were repeated five times. The hardness was measured using Shore type A Durometer (Zwick/Roell) according to ISO 7619 in random ten points in one specimen. The rebound resilience was determined with a Schob type machine using 6-mm-thick samples according to ISO 4662. All measurements were repeated ten times. The abrasion resistance of the vulcanizates was determined using a Schopper Schlobach apparatus with an APGi circulating roller and abrasive cloth No. 60. Dynamic mechanical analysis was conducted using DMA Q800 analyzer (TA Instruments) with a frequency of 1 Hz and at heating rate of 4 C/min in the temperature range from 100 to 100 C under nitrogen atmosphere. 4. Results and discussion The mechanical properties of prepared composites are summarized in Table 1 (vulcanizates with submicronsized silica particles) and Table 2 (vulcanizates with nano-sized silica particles). The improvement of tensile strength of natural rubber composites was observed only for composites with submicron-sized silica particles. The highest values, i.e. 22.3 and 22.1 MPa, were observed for NRC- -SP-10 and NRC-SP-15, respectively. Higher content of filler resulted in decreasing of tensile strength. In the case of elongation at break the decreasing trend with increasing content of both type silica particles is observed. The ability of inorganic fillers to form agglomerates at higher loadings of filler is responsible for decreasing of mechanical properties, and similar behavior was observed e.g. in the case of titanium dioxide/natural rubber composites [27]. Table 1. Mechanical properties of natural rubber composites with submicron-sized silica Tabela 1. Właściwości mechaniczne wulkanizatu referencyjnego i kompozytów kauczuku naturalnego z submikronowymi cząstkami krzemionki Materials REF NRC-SP-10 NRC-SP-15 NRC-SP-20 NRC-SP-25 Tensile strength [MPa] 20.3 ± 1.2 22.3 ± 0.6 22.1 ± 0.5 20.1 ± 0.9 20.2 ± 1.1 Elongation at break [%] 611.4 ± 23.1 620.4 ± 34.2 615.4 ± 12.5 603.4 ± 12.5 580.3 ± 24.7 Tear resistance [N/mm] 9.8 ± 1.4 9.8 ± 1.7 11.2 ± 0.6 13.0 ± 3.3 16.4 ± 3.6 Hardness [ Sh A] 42.7 ± 0.1 43.9 ± 0.3 44.6 ± 0.5 44.9 ± 0.3 45.2 ± 0.4 Rebound resilience [%] 63.0 ± 2.4 62.9 ± 1.7 61.8 ± 2.1 59.0 ± 1.7 58.5 ± 2.0 Abrasion resistance [cm 3 ] 0.207 ± 0.016 0.155 ± 0.0012 0.146 ± 0.012 0.140 ± 0.018 0.119 ± 0.011 Table 2. Mechanical properties of natural rubber composites with nano-sized silica particles (REF - see Table 1) Tabela 2. Właściwości mechaniczne wulkanizatu referencyjnego (REF p. Tabela 1) i kompozytów kauczuku naturalnego z nanocząstkami krzemionki Materials NRC-NP-0.5 NRC-NP-0.75 NRC-NP-1.0 NRC-NP-1.25 Tensile strength [MPa] 17.9 ± 1.3 18.2 ± 0.9 19.0 ± 1.1 19.5 ± 1.5 Elongation at break [%] 624.1 ± 21.1 630.4 ± 34.6 604.3 ± 28.8 590.4 ± 27.4 Tear resistance [N/mm] 14.0 ± 2.0 12.4 ± 0.2 10.5 ± 1.6 9.1 ± 0.9 Hardness [ Sh A] 41.9 ± 0.6 41.3 ± 0.9 42.1 ± 0.6 42.3 ± 0.4 Rebound resilience [%] 64.7 ± 1.6 64.4 ± 1.8 63.0 ± 1.7 59.2 ± 0.8 Abrasion resistance [cm 3 ] 0.158 ± 0.016 0.131 ± 0.018 0.054 ± 0.020 0.041 ± 0.011 kwiecień czerwiec 2017

79 The most important factor, which affects the mechanical properties, is good dispersion of filler particles in polymer matrix. The well dispersed filler permit to uniform stress distribution and stressconcentration reduction, and this results in improvement of mechanical properties [4, 7 9, 28, 29]. In the case of submicron-sized silica particles/ natural rubber composites tear resistance increasing with increasing content of filler (from 9.8 N/mm for NRC-SP-10 to 16.4 N/mm for NRC-SP-25), while for the nanosilica/natural rubber composites tear resistance reaches maximum value (14.0 N/mm) for the composites with the lowest applied amount of nanofiller (NRC-NP-0.5). Natural rubber composites with submicron-sized and nano-sized silica particles exhibit improved abrasion resistance in comparison with the reference samples, and increasing trend with increasing content of silica particles was observed. The highest abrasion resistance was observed in the case of composites with silica nanoparticles (0.041 cm 3 for NRC-NP-1.25), and this is probably connected with higher specific surface area of nanoparticles, in comparison to the submicron-sized particles. Also the good adhesion of nano-sized particles to the natural rubber chains can results in increase of abrasion resistance. Applying of both fillers resulted in increasing of hardness and decreasing of resilience of prepared natural rubber composites, which can be resulted from the high hardness of applied fillers and good adhesion between particles surface and polymer chains. The results of dynamic mechanical analysis for selected vulcanizates (REF, NRC-SP-25, NRC- -NP-1.25) are presented in Fig. 3 (storage modulus vs. temperature), Fig. 4. (loss modulus vs. temperature) and Fig. 5. (damping factor vs. temperature). Both applied fillers caused improvement of storage and loss modulus in the comparison to reference samples. Increase of storage modulus value is probably resulted from the presence of hard filler in rubber matrix, good dispersion of filler and interaction between particles surface and polymer chains. All mentioned factors caused an improvement of the composites stiffness. It can be attributed to good adhesion between the polymer matrix and particles surface resulting in effective load transfer from the rubber matrix to fillers. The applied plasticizer (polyurethane glycolysate) can also improve the dispersion of hydrophilic silica in rubber matrix and interaction (adhesion) between them. The higher values of storage and loss modulus was observed for the vulcanizates filled with submicron-sized silica particles and this can be resulted from higher content of inorganic filler (25 pphr for NRC-SP-25) in comparison to NRC-NP-1.25. The glass transition temperature (T g ) was determined as a temperature at which tan delta reaches maximum value. The T g of prepared vulcanizates increases in the sequence: REF ( 35.6 C) < NRC-NP-1.25 ( 35.4 C) < NRC- SP-25 ( 33.0 C). The presence of filler caused reduction of polymer chains movements, and this is connected with increasing of glass transition temperature. It can be resulted from the good interaction of polymer matrix and filler surface. The highest T g was observed for NRC-SP-25 material, which has the highest weight content of inorganic filler. Fig. 3. Storage modulus of prepared vulcanizates as a function of temperature Rys. 3. Moduł zachowawczy otrzymanych wulkanizatów w funkcji temperatury kwiecień czerwiec 2017

80 Fig. 4. Loss modulus of prepared vulcanizates as a function of temperature Rys. 4. Moduł stratności otrzymanych wulkanizatów w funkcji temperatury Fig. 5. Tan delta of prepared vulcanizates as a function of temperature Rys. 5. Tangens delta otrzymanych wulkanizatów w funkcji temperatury kwiecień czerwiec 2017

81 5. Summary The natural rubber composites filled with submicron-sized and nano-sized particles were successfully prepared using polyurethane glycolysate as a plasticizer. The obtained results confirmed that applied product of polyurethanes chemical recycling has a good potential for the industrial applications. Moreover, the application of recycled material is beneficial from the environment protection point of view. The size of silica particles affects the mechanical performance of obtained materials, which was especially visible in the case of abrasion resistance, which was the highest when the silica nanoparticles were applied as filler. The high specific surface area of silica nanoparticles permit to achieve specific mechanical properties at lower loadings of filler in comparison to natural rubber composites filled with submicron-sized particles. References 1. Guma. Poradnik inżyniera i technika, WNT, Warszawa 1981. 2. Poradnik technologa gumy, IPGum STOMIL, Piastów 2003. 3. Ogólna technologia gumy, WNT, Warszawa 1972. 4. Wang M.J., Rubber Chemistry and Technology, 1998, 71, 520 589. 5. Bokobza L., Macromolecular Materials and Engineering, 2004, 289, 607 621. 6. Ansarifar A., Wang L., Ellis R.J., Kirtley S.P., Riyazuddin N., Journal of Applied Polymer Science, 2007, 105, 322 332. 7. Rattanasom N., Prasertsri S., Ruangritnumchai T., Polymer Testing, 2009, 28, 8 12. 8. Yang J., Tian M., Jia Q.X., Zhang L.Q., Li X.L., Journal of Applied Polymer Science, 2006, 102, 4007 4015. 9. Orefice R.L., Hench L.L., Bennan A.B., Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, 2001, 23, 1 8. 10. Idrus S.S., Ismail H., Palaniandy S., Polymer Testing, 2011, 30, 251 259. 11. Kanking S., Niltui P., Wimolmala E., Sombatsompop N., Materials and Design, 2012, 41, 74 82. 12. Ahmed K., Nizami S.S., Riza N.Z., Journal of Advanced Research, 2014, 5, 165 173. 13. Prasertsri S., Rattanasom N., Polymer Testing, 2011, 30, 515 526. 14. Thongsang S., Sombatsompop N., Journal of Macromolecular Science, Part B Physics, 2007, 46, 825 840. 15. Datta J., Kopczyńska P., Critical Reviews in Environmental Science and Technology, 2016, 46, 905 946. 16. Prociak A., Ryszkowska J., Rokicki G. (Ed.), Materiały Poliuretanowe, PWN, Warszawa 2014. 17. Polyurethane (PU) Market Analysis by Product (Rigid Foam, Flexible Foam, Coatings, Adhesives & Sealants, Elastomers), by End-use (Furniture and Interiors, Construction, Electronics & Appliances, Automotive, Footwear, Packaging) and Segment Forecasts to 2020, Grand View Research, United States 2014. 18. Datta J., Rohn M., Polimery, 2007, 52, 7-8, 579 582. 19. Datta J., Rohn M., Polimery, 2007, 52, 9, 627 633. 20. Molero C., de Lucas A., Romero F., Rodriguez J.F., Journal of Material Cycles and Waste Management, 2009, 11, 130 132. 21. Datta J., Haponiuk J.T., Journal of Elastomers and Plastics, 2011, 43, 529 541. 22. Datta J., Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 2012, 109, 517 520. 23. Datta J., Pasternak S., Polimery, 2005, 50, 352 357. 24. Molero C., de Lucas A., Rodríguez J.F., Polymer Degradation and Stability 2006, 91(2) 221 228. 25. H. Beneš H., Rösner J., Holler P., Synková H., Kotek J., Horák Z., Polymers for Advanced Technologies, 2007, 18, 149 156. 26. Datta J., Parcheta P., Surówka J., Industrial Crops and Products, 2017, 95, 675 685. 27. Datta J., Kosiorek P., Włoch M., Iranian Polymer Journal, 2016, 25, 1021 1035. 28. Pinto D., Bernardo L., Amaro A., Lopes S., Construction and Building Materials, 2015, 95, 596 524. 29. Hanemann T., Szabó D.V., Materials, 2010, 3, 3468 3517. kwiecień czerwiec 2017