Nyt hybrid biomasse anti-aging fyldstof til styren-butadiengummikompositter Del 2
May 27, 2022
Kontakt venligstoscar.xiao@wecistanche.comfor yderligere oplysninger
3. Resultater og diskussion
3.1. Karakterisering af silica-s-TP
Figur 2a illustrerede FTIR-spektrene af henholdsvis uberørt silica, TP og silica-s-TP. Spektret for silica i nærvær af karakteristiske toppe ved henholdsvis 3440 cm- og 1630 cm-I ejes til hydroxylgruppen, der strækker sig for silanolhydroxyler og hydroxylgruppens bøjning af absorberet vand på silicaoverfladen[27]. Som vist i det infrarøde spektrum af TP tilskrives de typiske toppe ved henholdsvis 3340 cm-1 og 1348 cm-l den frie eller intramolekylære hydrogenbundne strækning og bøjning. Derudover tilskrives toppe ved henholdsvis 1698 cm-l, 1621 cm-I og 1448 cm-I C = O-strækning, C = C-vibration på ringen og C-H-bøjning. I mellemtiden tilskrives toppe på 1144 cm-Iand 1034 cm-'alle C-O-Cstretching [32]. Sammenligning af silica-s-TP med den rene TP viser det infrarøde spektrum af silica-s-TP et typisk lignende spektrum som silica.afstandDe karakteristiske toppe af TP er usynlige i spektret af silica-s-TP på grund af den lille mængde TP podet på silicaoverfladen. Mere følsom detektion på silica-s-TP-overfladerne kan illustrere overfladestrukturen af silica-s-TP.
Figur 2. (a) FTIR-spektre, (b) UV-VIS-absorptionsspektre, (c) TGA-kurver og (d) XPS O 1s-spektre af uberørt silica, TP og silica-s-TP (de maksimale fittings af silica-s-TP i de tynde kurver).
Omdannelsen af TP til silica-s-TP manifesteres ved UV-VIS-spektroskopi i figur 2b. Prøverne af silica, TP og silica-s-TP dispergeres i deioniseret vand. Spektret af silica viser ingen åbenbar absorption i det typiske ultraviolette absorptionsområde. Absorptionstoppen af TP ved 220 og 270 nm blev tildelt T-πt og n-πt'overgang af den konjugerede struktur i benzen fra TP[19]. Silica-s-TP syntes også at være lignende absorption som TP ved 220 og 270 nm. Dette illustrerer tydeligt, at TP med succes har podet på en silicaoverflade med hydroxylgrupperne.
Termogravimetrisk analyse blev anvendt til at estimere indholdet af TP understøttet på overfladen af silicapartikler, og kurverne for silica, TP og silica-s-TP blev udstillet i figur 2c. Den termogravimetriske kurve for silica-s-TP kan opdeles i to trin i temperaturområdet fra 30 til 800 ° C. Det første trin under 150 ° Cwas tilskrives dehydrering af adsorberet vand og fjernelse af silanolgrupper på overfladen af silica. Derefter blev stadiet over 200 °C tilskrevet den termiske nedbrydning af podede TP-molekyler. Belastningseffektiviteten beregnes med ligningen (3) [33]:
LE: Lastning effektivitet; Wc: vægten af silica ved 800 °CC;
WA-c: vægten af TP-molekylet belastet på silica (silica-s-TP) ved 800 °CC WA: vægten af TP-molekylet ved 800 °C.
Og den beregnede værdi af immobiliseret TP på nanosilicaoverfladen var ca. 3,4 vægt%. XPS-måling på overfladekarakteriseringen af prøverne er mere følsom [34]. O1s-spektrene af silica, TP og silica-s-TP og topbeslag af silica-s-TP (tynde kurver) er vist i figur 2d i tynde kurver. Som figur 2d viser, er hovedtoppen af O1'er i silica ved 532,6eVis tildelt Si-O-H. Sammenlignet med silica reduceres bindingsenergien af O1'er for silica-s-TP som tilskrives den kemiske reaktion mellem Si-OH og TP. Mens toppen kunne opdeles i fire typer ilt af C-O-H, Si-O-C, C-O-C og-C = O ved bindingsenergierne på henholdsvis 531,8, 532,3, 532,9 og 533,5 eV. Dette er i overensstemmelse med den kemiske reaktion mellem Si-OH-gruppen og TP for at generere oxygenatomer med forskellige bindingsenergier [35]. Derfor viser XPS-resultaterne yderligere den vellykkede binding af TP på silicaoverfladen.
3.2. Morfologi af SBR-kompositter
Figur 3 viser SEM-fotos af pæne SBR- og SBR/silica-s-TP-kompositter med den gradvist øgede mængde silica-s-TP. Fra det sprøde tværsnit af SBR, som vist i figur 3a, udtrykker matrixens tværsnit kontinuerligt og næsten glat bortset fra nogle få ZnO og andre gummiadditiver agglomerater. Som en ny slags funktionelt gummifyldstof forbedres dispersionsegenskaberne for silica-s-TP i SBR-matrixen med det stigende fyldstofindhold som vist i figur 3b-f. Sammenlignet med en pæn SBR-matrix bliver det sprøde tværsnit af SBR/silica-s-TP-kompositter groft, og denne morfologi ligner andre relaterede rapporter vedrørende gummi/silica-kompositter[36-38]. Det er klart, at der ikke er nogen åbenlyse aggregater udstillet i SBR / silica-s-TP kompositterne. Selv med stigningen i den tilsatte mængde silica-s-TP er dispersionen af biomasse anti-aging fyldstof i gummimatrixen ret ensartet og uden åbenbar aggregeret dannelse. Desuden kan de podede TP-molekyler ikke kun reducere indholdet af hydroxylgrupper på silicaoverfladen, men også fungere som afstandsforinger for at forhindre silicapartiklerne i at aggregere i gummimatrixen[3941].
3.3. Grænsefladeinteraktion mellem biomasse anti-aging fyldstof og gummi
Molekylære gummikæder har en unik langkædet skarphed, som er følsom over for den lokale tilstand[42]. Derfor kan gummikædens variationsmorfologi under glasovergangsprocessen illustreres ved SBR-komposittens varmekapacitet[43]. DSC-kurverne for pæne SBR- og SBR/silica-s-TP-kompositter i glasovergangsområdet er vist i figur 4a. Avs-staternes værdier i figur 4b er i en regelmæssig rækkefølge af pæne SBR>SBR/ST-10>SBR/ST-20>SBR/ST-30>SBR/ST-40>SBR/ST-50, hvilket tyder på, at gummikæden er begrænset mellem fyldstofinterstice og det stigende indhold af silica-s-TP, hvilket giver en betydelig indflydelse på glasovergangen. VariationalXim af de fyldte SBR-kompositter er vist i figur 4b[44] illustrerer også, at polymerkædens bevægelsesevne reduceres med den stigende mængde anti-aging silica-s-TP. I mellemtiden har den skematiske repræsentation af immobiliseret polymerlag på silica-s-TP eller umodificeret nanopartikler overflade SBR udstillet i figur 4c,d. Det tykkere immobiliserede polymerlag på silica-s-TP-overfladen gør kombinationen af biomassefyldstof og gummimatrix tættere. På grund af fyldstofpartiklernes overflade modificeret af TP bringer den forbedrede grænsefladeinteraktion mellem anti-aging fyldstof og gummimatrix desuden en masse gummimolekylære kæder viklet ind på silica-s-TP-overfladen, hvilket gør gummikædesegmentet svært at slappe af under glasovergangsområdet og bringe til den lavere varmekapacitet. Det rigelige immobiliserede polymerlag er en type overflademodifikator til at generere en intens grænsefladeinteraktion mellem fyldstof og gummi og til at forbedre de fysiske egenskaber ved SBR / silica-s-TP-kompositter [34].
3.4.Aldringsbestandighed af SBR-kompositter fyldt med anti-aging fyldstof
Retarderende aldring er afgørende for praktisk anvendelse af alle polymerer, især gummimaterialer med umættede carbon-carbon-dobbeltbindinger. DMA-test blev brugt til at afsløre kærligheden til termooxidativ aldring af SBR-kompositter på kædebevægelsen [45]. DMA-kurverne for SBRST-30 med forskellige termooxidative aldringstider er vist i figur 5a, og topværdien af tab tangent(tan δ)vs. forskellige aldringstider for SBR/silica-s-TP kompositter er udstillet i figur 5b. Topværdierne for SBR / silica-s-TP-kompositter havde et moderat fald med den stigende aldringstid (figur 5a), og tilsætning af 30 phr silica-s-TP kunne opnå et minimalt fald (figur 5b) på grund af de rigelige phenolhydroxyylgrupper, der stammer fra tepolyfenoler understøttet på silicaoverfladen, som kan fange de frie radikaler, der genereres ved brud på gummimolekylær kæde under termooxidativ aldring, og yderligere at begrænse den overdrevne tværbinding. Men da silica-s-TP-indholdet stiger til 40 eller 50 phr, falder prøvernes topværdier kraftigt, hvilket sandsynligvis skyldes den øgede mængde stift fyldstofindhold, der i høj grad kan begrænse skiftet af gummikæderne. Derfor kan en passende mængde silica-s-TP give langsigtet beskyttelse ved at hæmme de frie radikaler, der genereres under termooxidativ aldring [45].
For at evaluere effekten af biomasse anti-aging nanofiller silica-s-TP dispergering i gummimatrixen på den langvarige anti-aging, blev XPS-test brugt til at observere iltdiffusionsprocessen af SBR / silica-s-TP kompositter med forskelligt fyldstofindhold efter kumulativ aldringstid. XPS-spektret af SBR/ST-30 under aldring ved 100 °C på henholdsvis nul, fem, syv og ni dage er vist i figur 5c. Det tilsvarende molære forhold mellem O/C for SBR/silica-s-TP-kompositterne med forskellige lagringstider er vist i figur 5d. I overensstemmelse med ovenstående dynamiske mekaniske analyseresultater viser stigningen i O/C-forholdet for SBR/ST-30 det laveste, hvilket afslører, at den langsigtede antioxidative beskyttelse af SBR-matrix opnås ved at tilsætte 30 phr biomasse anti-aging fyldstof.
Cistanche kan anti-aging
Som en ny type anti-aging fyldstof er anti-aging og forstærkende egenskaber ved den direkte inkorporering af silica-s-TP i gummimatrixen ekstremt vigtige faktorer for at evaluere dens ydeevne. Derfor blev anti-aging egenskaberne af SBR / silica-s-TP kompositter vurderet ved at sammenligne variationen af mekaniske egenskaber under termisk-oxidativ aldring ved 100 ° C i gradvist stigende dage som vist i figur 6. Før termisk-oxidativ aldring blev trækstyrken af gummikompositter gradvist forbedret, idet mængden af anti-aging biomassefyldstof steg (figur 6a). Sammenlignet med den ufyldte SBR har trækstyrken af SBR/ST-50 næsten en firedobling og tilskrives højst sandsynligt den forbedrede grænseflade mellem gummifyldstof og den fremragende forstærkende ydeevne af silica-s-TP som biomassefyldstof i gummimatrixen. Efter termisk-oxidativ aldring foretager rekombinationen af den brudte korte gummikæde en gradvis stigning i tværbindstætheden af alle SBR-kompositter (figur 6b)[46].cistanche kolesterolFor den langsomste stigning i SBR / ST-30 tværbindingstæthed kan det konkluderes, at 30 phr silica-s-TP anti-aging effekt er fremragende i gummimatrixen. Desuden har fastholdelsen af mekaniske egenskaber af SBR/silica-s-TP-kompositter vist en direkte vurdering af aldringsprocessen: oxidationsmodstanden for alle SBR-prøver falder under forlængelsen af termisk-oxidativ aldringstid og fører til et signifikant fald i trækstyrken og forlængelsen ved brud som vist i figur 6c,d. Især er faldhastigheden for SBR / ST-30 komposit den langsomste, og trækstyrkeretentionshastigheden kan forblive over 80%, og den relative forlængelse ved pause kan holdes over 75% efter ni dages aldring. Dette indikerer, at inkorporeringen af 30 phr silica-s-TP i gummimatrix tilbyder en langsigtet anti-aging aktivitet, der forsinker aldringsprocessen. Derudover har mekanismen for silica-s-TP i gummimatrix for at forhindre termisk-oxidativ aldring og UV-bestråling udstillet i figur 6e. Strukturen af biomasse anti-aging fyldstof er sandsynligvis ligner den hindrede phenol antioxidant. Når SBR / silica-s-TP-prøven blev udsat for termisk oxidation eller UV-bestråling, er den hindrede phenolhydroxylgruppe på overfladen af silica-s-TP ekstremt ustabil og let at miste elektroner, og den per-oxyradikale dannet ved brud på gummimolekylær kæde kan hurtigt fanges, hvilket fører til eliminering af frie radikaler.cistanche deserticola bivirkninger,Derfor kan biomasseantioxidanten silica-s-TP ikke kun effektivt forbedre gummiets anti-aging egenskab, men også styrke gummimatrixens fysisk-mekaniske egenskab som en slags biomassenanofiller.
Figur 6. (a) De mekaniske egenskaber ved SBR/silica-s-TPcomposites; b)tværbindingstætheden, c,d) tilbageholdelse af mekaniske egenskaber af SBR/silica-s-TP-kompositter under termooxidativ ældning ved 100 °C, e) skematisk gengivelse af mekanismen silica-s-TP i gummimatrix for at forhindre termisk-oxidativ ældning og UV-bestråling.
Figur 7a og b udviser tilbageholdelser af trækstyrke og forlængelse ved pause for SBR / silica-s-TP-ark efter UV-aldring i en, to og tre dage. Det er klart, at ultraviolet havde en kritisk indvirkning på den mekaniske ydeevne af alle SBR / silica-s-TP prøver. Fastholdelsen af trækstyrke ogforlængelse ved brud på SBR / silica-s-TP kompositter faldt hurtigt med UV-aldringstiden stigende på grund af fragmenteringen af gummimakrolekylære kæder. Men med det stigende indhold af anti-aging biomassefyldstof udviste SBR-kompositternes inkorporering af silica-s-TP foretrukket aldringsresistenseffektivitet under den langsigtede ultraviolette eksponering. Ikke overraskende forbliver trækstyrken og forlængelsen ved brud på SBR / ST-30 komposit begge på 55% og 77%, hvilket beviser den fremragende UV-anti-aging effektivitet af silica-s-TP. De optiske fotografier af SBR-komposittens overflade efter tre dages UV-eksponering vises i figur 7c-g. For SBR inkorporeret med silica-s-TP-indhold over 20 phr kompositter er revnerne overfladiske og diskontinuerlige. Tværtimod detekteres dybe og kontinuerlige revner på overfladen af kompositmaterialet, som er inkorporeret med lavere indhold af silica-s-TP. Det skyldes sandsynligvis, at det højere indhold af silica-s-TP bringer en overflod af TP i disse kompositter for at forhindre vækst af revner sammen med polymererne.cistanche fordeleSom figur 7h viser, viser revnetætheden af hver prøve en kraftig tilbagegangstendens efter tilsætning af fyldstofindholdet på over 20 phr pr. 100 phr gummi. De voksende revner i reaktionsprocessen vil ophøre på grund af at støde på de inerte partikler, og revnerne er kun mulige at ekspandere yderligere ved at bryde eller springe over de inerte partikler [46]. Derfor sikrede silica-immobiliseret TP i moderation en mere stabil og homogen fordeling af biomasse anti-aging fyldstof i SBR-matrixen, hvilket gav anledning til den fremragende anti-aging egenskab end de utilstrækkelige påfyldningsprøver.
Figur 7. (a,b) Bevarelsen af mekaniske egenskaber af SBR/silica-s-TP-kompositter før og efter UVaging ved 50 °C;(c-g) de optiske fotomikrografer(50 gange) af UVexposed (3 d) SBR-kompositter indeholdende forskellige silica-s-TPcontent:(c) 10 phr,(d)20phr,(e)30 phr,(f)40phr og (g)50 phr;(h)tendensdiagrammet over revnetæthed vs. silica-s-TP-indhold.
4. Konklusioner
Sammenfattende er der rapporteret om et nyt hybrid biomasse anti-aging nanofiller til forbedring af SBR's termisk-oxidative stabilitet og UVaging-resistens uden tilsætning af andre traditionelle småmolekyleantioxidanter på grund af polyfenoler i grøn te, der er immobiliseret på silicaoverfladen. Funktionalisering af silicaoverflade med TP demonstrerede den ønskelige egenskab ved at udvise forbedret termisk-oxidativ stabilitet, især tilsætning af 30 phr silica-s-TP i SBR-matrixen. Med det stigende indhold af silica-s-TP er egenskaben af UVaging-resistens desuden steget gradvist.cistanche DanmarkI modsætning til den traditionelle antioxidant med lavt molekyle har silica-s-TP ikke kun vist fremragende fyldstofdispersion og interaktion mellem gummifyldstof, men også udvist forbedring af stabilitet og volatilitet. Resultaterne giver også inspiration til anvendelse af biomasse anti-aging materialet i de grønne dæk, miljøvenlige gummiadditiver og funktionelle nanofiller områder.
Denne artikel er udtrukket fra Materialer 2020, 13, 4045; doi:10.3390/ma13184045 www.mdpi.com/journal/materials
