The Role of Covalent and Ionic Cross-Links in Phase Separation and Mechanical Properties of Carboxylated Nitrile Rubbers (XNBR)

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作者
Gustavo Ninho Campos,Elisson Brum Dutra da Rocha,Cristina R. G. Furtado,Marco Antônio Gaya de Figueiredo,Ana Maria Furtado de Sousa,João P. Cosas Fernandes
出处
期刊:Macromolecules [American Chemical Society]
卷期号:59 (13): 7605-7618
标识
DOI:10.1021/acs.macromol.6c00324
摘要

High Resolution Image Download MS PowerPoint Slide Carboxylated nitrile butadiene rubber (XNBR), comprising acrylonitrile, butadiene, and acrylic acid, can be cross-linked ionically (zinc oxide) and covalently (sulfur). Ionic cross-links form rigid domains that soften at elevated temperatures, while covalent cross-links enhance thermal stability. Understanding XNBR’s microstructure is essential to developing advanced rubbers with enhanced properties. This study uses atomic force microscopy (AFM) PeakForce quantitative nanomechanics (PF-QNM), and dynamic mechanical analysis (DMA) to investigate XNBR’s morphology and phase behavior. DMA identified three thermal transitions: the glass transition, an ionic transition, and a weak low-temperature transition. AFM revealed distinct nanophase separation: a soft butadiene-rich phase and a hard acrylonitrile-rich phase, for the first time in the literature, along with high-modulus acrylic acid clusters. Nonlinear multi-Gaussian peak fitting of AFM modulus histograms allowed quantitative analysis of phase-specific moduli and volume fractions, demonstrating their dependence on cross-link type and density. This approach deepens understanding of XNBR’s phase behavior, providing insights to optimize its performance in high-performance rubber applications.
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