Silika yang diendapkanmerupakan bahan pengisi penguat penting dalam industri karet. Berbagai sifatnya secara tidak langsung atau langsung memengaruhi ketahanan abrasi karet dengan memengaruhi interaksi antarmuka dengan matriks karet, dispersi, dan sifat mekanik karet. Di bawah ini, dimulai dari sifat-sifat utama, kita akan menganalisis secara detail mekanisme pengaruhnya terhadap ketahanan abrasi karet:
1. Luas Permukaan Spesifik (BET)
Luas permukaan spesifik adalah salah satu sifat inti silika, yang secara langsung mencerminkan area kontaknya dengan karet dan kemampuan penguatannya, sehingga berdampak signifikan pada ketahanan abrasi.
(1) Pengaruh positif: Dalam rentang tertentu, peningkatan luas permukaan spesifik (misalnya, dari 100 m²/g menjadi 200 m²/g) meningkatkan luas kontak antarmuka antara silika dan matriks karet. Hal ini dapat meningkatkan kekuatan ikatan antarmuka melalui “efek penahan,” meningkatkan ketahanan karet terhadap deformasi dan efek penguatan. Pada titik ini, kekerasan, kekuatan tarik, dan kekuatan sobek karet meningkat. Selama pemakaian, karet kurang rentan terhadap pelepasan material akibat tegangan lokal yang berlebihan, sehingga menghasilkan peningkatan yang signifikan dalam ketahanan abrasi.
(2) Pengaruh negatif: Jika luas permukaan spesifik terlalu besar (misalnya, melebihi 250 m²/g), gaya van der Waals dan ikatan hidrogen antar partikel silika menguat, sehingga mudah menyebabkan aglomerasi (terutama tanpa perlakuan permukaan), yang mengakibatkan penurunan tajam dalam dispersibilitas. Aglomerat membentuk “titik konsentrasi tegangan” di dalam karet. Selama pemakaian, retakan cenderung terjadi secara preferensial di sekitar aglomerat, sehingga mengurangi ketahanan abrasi.
Kesimpulan: Terdapat kisaran luas permukaan spesifik optimal (biasanya 150-220 m²/g, bervariasi tergantung jenis karet) di mana kemampuan dispersi dan efek penguatan seimbang, sehingga menghasilkan ketahanan abrasi yang optimal.
2. Ukuran Partikel dan Distribusi Ukuran
Ukuran partikel primer (atau ukuran agregat) dan distribusi silika secara tidak langsung memengaruhi ketahanan abrasi dengan memengaruhi keseragaman dispersi dan interaksi antarmuka.
(1) Ukuran Partikel: Ukuran partikel yang lebih kecil (biasanya berkorelasi positif dengan luas permukaan spesifik) berhubungan dengan luas permukaan spesifik yang lebih besar dan efek penguatan yang lebih kuat (seperti di atas). Namun, ukuran partikel yang terlalu kecil (misalnya, ukuran partikel primer < 10 nm) secara signifikan meningkatkan energi aglomerasi antar partikel, sehingga secara drastis meningkatkan kesulitan dispersi. Hal ini justru menyebabkan cacat lokal, mengurangi ketahanan abrasi.
(2) Distribusi Ukuran Partikel: Silika dengan distribusi ukuran partikel yang sempit akan terdispersi lebih seragam dalam karet, sehingga menghindari “titik lemah” yang terbentuk oleh partikel besar (atau aglomerat). Jika distribusinya terlalu lebar (misalnya, mengandung partikel berukuran 10 nm dan di atas 100 nm), partikel besar akan menjadi titik awal keausan (lebih mudah terkikis selama abrasi), sehingga menyebabkan penurunan ketahanan abrasi.
Kesimpulan: Silika dengan ukuran partikel kecil (sesuai dengan luas permukaan spesifik optimal) dan distribusi sempit lebih bermanfaat untuk meningkatkan ketahanan abrasi.
3. Struktur (Nilai Penyerapan DBP)
Struktur mencerminkan kompleksitas percabangan agregat silika (ditandai dengan nilai penyerapan DBP; nilai yang lebih tinggi menunjukkan struktur yang lebih tinggi). Hal ini memengaruhi struktur jaringan karet dan ketahanan terhadap deformasi.
(1) Pengaruh positif: Silika dengan struktur tinggi membentuk agregat bercabang tiga dimensi, menciptakan “jaringan kerangka” yang lebih padat di dalam karet. Hal ini meningkatkan elastisitas karet dan ketahanan terhadap deformasi tekan. Selama abrasi, jaringan ini dapat meredam gaya benturan eksternal, mengurangi keausan akibat kelelahan yang disebabkan oleh deformasi berulang, sehingga meningkatkan ketahanan abrasi.
(2) Pengaruh negatif: Struktur yang terlalu tinggi (penyerapan DBP > 300 mL/100g) mudah menyebabkan keterikatan antar agregat silika. Hal ini menyebabkan peningkatan tajam viskositas Mooney selama pencampuran karet, aliran pemrosesan yang buruk, dan dispersi yang tidak merata. Area dengan struktur yang terlalu padat secara lokal akan mengalami keausan yang dipercepat karena konsentrasi tegangan, sebaliknya mengurangi ketahanan abrasi.
Kesimpulan: Struktur sedang (penyerapan DBP 200-250 mL/100g) lebih cocok untuk menyeimbangkan kemudahan pengolahan dan ketahanan abrasi.
4. Kandungan Hidroksil Permukaan (Si-OH)
Gugus silanol (Si-OH) pada permukaan silika merupakan kunci yang memengaruhi kompatibilitasnya dengan karet, secara tidak langsung memengaruhi ketahanan abrasi melalui kekuatan ikatan antarmuka.
(1) Tidak diolah: Kandungan hidroksil yang terlalu tinggi (> 5 gugus/nm²) mudah menyebabkan aglomerasi keras antar partikel melalui ikatan hidrogen, sehingga menghasilkan dispersi yang buruk. Bersamaan dengan itu, gugus hidroksil memiliki kompatibilitas yang buruk dengan molekul karet (sebagian besar non-polar), sehingga menyebabkan ikatan antarmuka yang lemah. Selama pemakaian, silika cenderung terlepas dari karet, sehingga mengurangi ketahanan abrasi.
(2) Diperlakukan dengan Agen Pengikat Silan: Agen pengikat (misalnya, Si69) bereaksi dengan gugus hidroksil, mengurangi aglomerasi antar partikel dan memperkenalkan gugus yang kompatibel dengan karet (misalnya, gugus merkaptil), meningkatkan kekuatan ikatan antarmuka. Pada titik ini, “penambatan kimia” terbentuk antara silika dan karet. Transfer tegangan menjadi seragam, dan pengelupasan antarmuka lebih kecil kemungkinannya selama pemakaian, secara signifikan meningkatkan ketahanan abrasi.
Kesimpulan: Kandungan hidroksil perlu moderat (3-5 gugus/nm²), dan harus dikombinasikan dengan perlakuan agen pengikat silan untuk memaksimalkan ikatan antarmuka dan meningkatkan ketahanan abrasi.
5. Nilai pH
Nilai pH silika (biasanya 6,0-8,0) terutama secara tidak langsung memengaruhi ketahanan abrasi dengan memengaruhi sistem vulkanisasi karet.
(1) Terlalu Asam (pH < 6,0): Menghambat aktivitas akselerator vulkanisasi, menunda laju vulkanisasi, dan bahkan dapat menyebabkan vulkanisasi tidak sempurna dan kepadatan ikatan silang yang tidak mencukupi pada karet. Karet dengan kepadatan ikatan silang rendah memiliki sifat mekanik yang berkurang (misalnya, kekuatan tarik, kekerasan). Selama pemakaian, karet rentan terhadap deformasi plastis dan kehilangan material, sehingga menghasilkan ketahanan abrasi yang buruk.
(2) Terlalu Basa (pH > 8,0): Dapat mempercepat vulkanisasi (terutama untuk akselerator tiazol), menyebabkan vulkanisasi awal yang terlalu cepat dan ikatan silang yang tidak merata (ikatan silang berlebihan atau kurang lokal). Area dengan ikatan silang berlebihan menjadi rapuh, area dengan ikatan silang kurang memiliki kekuatan rendah; keduanya akan mengurangi ketahanan abrasi.
Kesimpulan: pH netral hingga sedikit asam (pH 5,0-7,0) lebih menguntungkan untuk vulkanisasi yang seragam, memastikan sifat mekanik karet dan meningkatkan ketahanan abrasi.
6. Kandungan Pengotor
Kotoran dalam silika (seperti ion logam seperti Fe³⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, atau garam yang tidak bereaksi) dapat mengurangi ketahanan abrasi dengan merusak struktur karet atau mengganggu proses vulkanisasi.
(1) Ion Logam: Ion logam transisi seperti Fe³⁺ mengkatalisis penuaan oksidatif karet, mempercepat pemutusan rantai molekul karet. Hal ini menyebabkan penurunan sifat mekanik material seiring waktu, mengurangi ketahanan abrasi. Ca²⁺, Mg²⁺ dapat bereaksi dengan zat vulkanisasi dalam karet, mengganggu vulkanisasi dan menurunkan kepadatan ikatan silang.
(2) Garam Terlarut: Kandungan garam pengotor yang terlalu tinggi (misalnya, Na₂SO₄) meningkatkan higroskopisitas silika, yang menyebabkan pembentukan gelembung selama pemrosesan karet. Gelembung-gelembung ini menciptakan cacat internal; selama pemakaian, kegagalan cenderung dimulai di lokasi cacat ini, mengurangi ketahanan abrasi.
Kesimpulan: Kandungan pengotor harus dikontrol secara ketat (misalnya, Fe³⁺ < 1000 ppm) untuk meminimalkan dampak negatif pada kinerja karet.
Singkatnya, pengaruh darisilika yang diendapkanKetahanan abrasi karet dihasilkan dari efek sinergis berbagai sifat: Luas permukaan spesifik dan ukuran partikel menentukan kemampuan penguatan fundamental; struktur memengaruhi stabilitas jaringan karet; gugus hidroksil permukaan dan pH mengatur ikatan antarmuka dan keseragaman vulkanisasi; sementara pengotor menurunkan kinerja dengan merusak struktur. Dalam aplikasi praktis, kombinasi sifat harus dioptimalkan sesuai dengan jenis karet (misalnya, kompon tapak ban, sealant). Misalnya, kompon tapak biasanya memilih silika dengan luas permukaan spesifik tinggi, struktur sedang, pengotor rendah, dan dikombinasikan dengan perlakuan agen pengikat silan untuk memaksimalkan ketahanan abrasi.
Waktu posting: 22 Juli 2025