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シリカ/カーボンブラック微粒子の凝集/分散状態に関する考察

A Discussion for the dispersion/aggregation of silica or carbon black particles

山口 大輔; 湯浅 毅*; 曽根 卓男*; 冨永 哲雄*

Yamaguchi, Daisuke; Yuasa, Takeshi*; Sone, Takuo*; Tominaga, Tetsuo*

シリカおよびカーボンブラック微粒子は、共にゴムの補強剤として広く用いられている。補強されたゴムの力学特性は、微粒子の凝集/分散状態に強く依存するため、ゴム中での微粒子の状態の評価および制御は、重要な課題と捉えられている。本発表では、微粒子をゴム中に分散させる前の粉末状態とゴム中で分散した状態とを中性子小角散乱により比較し、考察する。平均の一次粒子径(直径)に関して、シリカ微粒子は約16nm、カーボンブラック微粒子は約20nmであることが知られているが、その粒子径から計算した散乱関数は、測定で得られた散乱データの一部を再現するのみであり、一次粒子が単独では存在し得ないことが理解できる。そこで、実験データを再現するように一次凝集体構造を仮定すると、ゴム中の分散状態における一次凝集体は、粉末状態よりも小さいことが分かる。しかし、一次凝集体だけでは、測定の散乱関数を全波数領域で再現することはできず、特に粉末状態では、巨大なバルク構造の存在が示唆される。

Using a combined ultra-small-angle and small-angle scattering (CSAS) method, we characterized hierarchical structures of silica and/or carbon black filler particles dispersed in solution polymerized poly(styrene-random-butadiene) rubber (SBR). Two types of SBR were employed for the preparation of filler/rubber compounds; one possesses a newly developed functionalized chain-end (f-SBR), which has an affinity for filler particles and the other is a conventional SBR (n-SBR) without any special interaction with fillers. CSAS measurements clarified that the average-size of aggregated fillers dispersed in f-SBR matrix is smaller than that dispersed in n-SBR matrix. In addition, those aggregated fillers either in f-SBR or in n-SBR exhibited their own mass-fractal dimensions in their higher-order structures.

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