Uudne hübriid-biomassist vananemisvastane täiteaine stüreen-butadieenkummi komposiitide jaoks, 1. osa

Palun võtke ühendustoscar.xiao@wecistanche.comrohkem informatsiooni

Abstraktne:Antioksüdante kasutatakse tavaliselt polümeeride kasutusea pikendamiseks, kuna fenoolse fenoolstruktuuri fenoolne hüdroksüülrühm on tugevalt redutseeritav. Sellest omadusest inspireerituna oleme kasutusele võtnud rohelise tee polüfenooli (TP), mis on kantud ränidioksiidi pinnale, mis sisaldab märkimisväärseid fenoolseid hüdroksüülrühmi, et saada uudset biomassist vananemisvastast täiteainet (BAF, tähistatakse kui ränidioksiid-s-TP), et tugevdada ja parandada antioksüdanti. -kummikomposiitide vananemisomadused. Hinnati ränidioksiidi-s-TP kasutamist stüreenbutadieenkummi (SBR) termilise oksüdatiivse stabiilsuse ja ultraviolettkiirguse (UV) vananemiskindluse suurendamiseks. Hübriidne vananemisvastane biomassi täiteaine ei saa mitte ainult ühtlaselt hajutada kummimaatriksis, tekitades suurepäraseid mehaanilisi omadusi, vaid tugevdada ka termiliselt oksüdatiivse stabiilsuse ja UV-vananemiskindluse omadusi, kuna SBR-i ränidioksiidi s-TP sisaldus suureneb selgelt. . See uuring pakub leebe ja keskkonnasõbraliku strateegia funktsionaalse biomassi täiteaine valmistamiseks, mida saab kasutada mitte ainult tugevdava täiteainena, vaid ka vananemisvastase lisandina "rohelises kummis".

Märksõnad:kummikomposiidid; vananemisvastane täiteaine; ränidioksiid; biomass; tee polüfenool; termostabiilne

Lisateabe saamiseks klõpsake siin

1. Sissejuhatus

Polümeersete materjalide vananemine on nende pikaajaliste rakenduste jaoks ülioluline probleem. Polümeeride vananemist põhjustavad kuumus, eriti kõrgel temperatuuril pikka aega, hapniku liig, kemikaalid ja ultraviolett (UV) kiirgus. Kaasnev varieeruvus halvendab polümeersete materjalide omadusi ja stabiilsust ning piirab suurel määral nende rakendusi. Nimelt kipub polümeersete materjalide vananemine kiirendama materjali omaduste hävimist, mis toob kaasa kasutusea lühenemise ja ressursikulu suurenemise ning võib teatud asjaoludel olla katastroofiline. Eriti ilmekas näide on kummirehvide vananemine. Dieeni elastomeerid, nagu looduslik kautšuk (NR), butadieenkummi (BR) ja stüreenbutadieenkummi, on kaasaegses tööstuses olulised elastomeerid[23] Kummi põhiahel sisaldab küllastumata ahelaid ja kogu vesinikku, mis on termiliselt altid. -oksüdatiivne vananemine ja molekulaarse ahela katkemine [4,5]; oksüdatiivne vananemine on kõige levinum [6,7].cistanche dosage redditKummimaterjali oksüdatiivse vananemise vältimiseks ja selle kasutusea pikendamiseks on kasutatud vabade radikaalide pärssimiseks ja kõrvaldamiseks vananemisvastaseid aineid. Mõned kaubanduslikud vananemisvastased ained võivad siiski teatud määral rolli mängida, kuid nende kasutamist piiravad mõned puudused, näiteks halb antioksüdantide tõhusus, volatiilsus ja lihtne migreerumine. Lisaks on enamik oksüdeerijaid mürgised ja põhjustavad inimestele ja keskkonnale teatud kahju [8,9]. Seetõttu on teaduslikult oluline otsida mittetoksilisi ja looduslikke vananemisvastaseid aineid.

Amiine ja fenoolseid antioksüdante kasutatakse tavaliselt kummist vananemisvastastes süsteemides [10-13]. Võrreldes amiini antioksüdandiga sobivad fenoolsed antioksüdandid värvitute või heledate kummitoodete jaoks, kuna need ei tekita saastavaid ja värvimuutusi. Nagu teada, leidub polüfenoolseid ühendeid ja fenoole paljudes taimedes, sealhulgas tees, kohvis, köögiviljades ja küpsetes puuviljades. Tee polüfenoolid on rohelise tee peamised bioloogiliselt aktiivsed koostisosad ja TPsis katehhiinide põhikomponent. Katehhiinid koosnevad peamiselt (-)-epikatehhiin-gallaadist (EC), (-)-epigallokatehhiingalaadist (EKG), (-)-epigallokatehhiinist (EGC) ja (-)-epigallokatehhiingalaadist (EGCG). Lisaks kasutatakse TP-d teatud tüüpi biomassina laialdaselt antioksüdandina [13,14], UV-kaitsevahendina, vähivastase ravimina[15], antibakteriaalse ravimina [16-18] ja grafeenoksiidi redutseerijana, kuna sellel hüdroksüülasenduste ja vabade radikaalide kõrge reaktsioonivõime ning eemaldamisvõime [19]. Yan et al. legeeritud tee polüfenoolid polüaniliini molekulaarseteks ahelateks kui uut tüüpi tõhusat dopanti ja termilist stabilisaatorit. Võrreldes puhta polüaniliiniga suurendab TP lisamine polüaniliini molekulaarsesse ahelasse ahela segmentide interaktiivsust ja soodustab elektronide delokaliseerumist [20]. Guo jt kasutasid tee polüfenooliga redutseeritud grafeeni (TPG) saamiseks grafeenoksiidi redutseerimiseks tee polüfenooliühendeid. Kasutades otsest lobri segamise meetodit, dispergeeritakse TPG suspensioon ühtlaselt klorosulfoonitud polüetüleenis (CSM), et valmistada CSM/TPG komposiit. Uuringus leiti, et CSM-i ja TPG vahel on tugev liidese interaktsioon, mis parandab oluliselt komposiitmaterjali mehaanilisi omadusi [19,21]. Lisaks Guo et al. on kasutanud tee polüfenoolühendeid redutseerivate ainete ja stabilisaatoritena grafeeni (JPTG) funktsionaliseerimiseks, mis valmistatakse Mannichi reaktsioonil grafeenoksiidiga. Nitriilkummi/JTPG komposiit valmistatakse atsetoonilahuse meetodil ning materjali mehaanilised omadused ja elektrijuhtivus on oluliselt paranenud [22].

Cistanche on vananemisvastane toime

Anorgaaniline täiteaine on kummitoodete jaoks vajalik koostisosa kummimaatriksi tugevdamiseks ja kulude vähendamiseks. Viimastel aastatel on suur hulk uuringuid näidanud, et silaani sideainega modifitseeritud anorgaaniline täiteaine võib laialdaselt suurendada anorgaanilise täiteaine dispersiooni kummimaatriksis [23]. Hiljuti on loodud uudne meetod anorgaanilise täiteaine pinna modifitseerimiseks selle pinnal olevate madala molekulmassiga kummilisanditega, mis on tõhus meetod jäikade täiteainete ja kummilisandite kombineeritud jõudluse saavutamiseks [24]. Näiteks on kirjanduses teatatud, et kummist antioksüdantidega modifitseeritud anorgaanilised täitepinnad võivad saavutada täiteaine homogeense dispersiooni ja parandada kummi ja täiteaine vahelist liidese kombinatsiooni[25].cistanche ekstrakti eelised,Asjakohaste uuringute kohaselt on aga harva teateid tee polüfenooliga funktsionaliseeritud ränidioksiidi kohta. Lisaks ei ole teadlased teatanud ränidioksiidi pinnale ankurdatud tee polüfenooli mõjust kummi vananemisvastastele ja tugevdavatele omadustele. Arvestades ränidioksiidi tugevdavat toimet, võib teepolüfenooli biomassiga funktsionaliseeritud ränidioksiid paremini parandada kummi nanokomposiitide lõplikke mehaanilisi omadusi ja antioksüdantset toimet.

Selles artiklis tutvustati SBR-maatriksile tavapäraste orgaaniliste vananemisvastaste lisandite asemel uut tüüpi TP-ga modifitseeritud ränidioksiidi (ränidioksiid-s-TP) biomassi vananemisvastase täiteainena, et samaaegselt parandada termo- oksüdatiivne vananemine ja mehaanilised omadused. Süstemaatiliselt uuriti biomassist vananemisvastase täiteaine mõju SBR-komposiitide dispersioonile, liidese adhesioonile, mehaanilistele omadustele ja vananemisvastastele omadustele. Nagu me eeldasime, näitasid need ränidioksiidid-TP suurepäraseid kummitugevdavaid ja vananemisvastaseid omadusi kui traditsioonilised amiin- või fenoolkummi vananemisvastased ained, mille täiteainesisaldus oli võrdne tänu täiteaine ja biomassi vananemisvastase aine kombineeritud eelistele läbi keemilise sideme. ränidioksiid ja TP. Selle töö eesmärk on valmistada uudset hübriidset biomassi täiteainet, mida saaks kasutada omamoodi mittetoksilise vananemisvastase lisandina, millel on suurepärased antioksüdatiivsed ja tugevdavad omadused "rohelise kummi" tööstusele.

2. Eksperimentaalne

2.1.Materjalid

SBR (1502) tootis Guangzhou Kummitoodete Instituut, Guangzhou, Hiina. Tee polüfenool (TP) saadi ettevõttest Shenzhen Shanghai Bioengineering Co., Ltd., Shenzhen, Hiina. Põline ränidioksiid (FINE-SIL 518), mille eripindala on 200-220 m/g, osteti ettevõttelt Huiming Chemical Co., Ltd., Jiangxi, Hiina. Aktivaatorid, nagu steariinhape (SA) ja tsinkoksiid (ZnO), kiirendaja N-tsükloheksüülbensotiasool-2-sulfeenamiid (CBS) ja vulkaniseerimisel lahustumatu väävel (S) olid tööstusliku kvaliteediga tooted ja neid kasutati nii, nagu need on saadud. Dibutüültina dilauraat (DBTDL) ja absoluutne etanool olid analüütilised reaktiivid ja neid kasutati nii, nagu saadi.

2.2. Orgaanilise-anorgaanilise hübriidbiomassi vananemisvastase täiteaine valmistamine

Biomassi vananemisvastase täiteaine (ränidioksiid-s-TP) sünteesitee on näidatud joonisel 1. Ränidioksiid-s-TP valmistati leebe ja üheetapilise meetodiga.15.{8}}g ränidioksiidi lisati 500 ml kolme kaelaga kolbi ja dispergeeriti 300 ml absoluutses etanoolis ning seejärel lisati suspensioonile 1 g TP ja mitu tilka DBTDL. Pärast segamist 50 kraadi juures 11 tundi, segu filtriti ja pesti etanooliga 4 korda. Seejärel kuivatati toode vaakumahjus 80 kraadi juures konstantse kaaluni.

2.3. SBR/Silica-s-TP komposiitide valmistamine

Erineva sisaldusega ränidioksiidi ja ränidioksiidi-s-TP täiteainete täitmisel valmistatud SBR-komposiidid segati vastavalt aktivaatori, kiirendi ja vulkaniseerimisega toatemperatuuril 10 minuti jooksul kahe valtsveskis. SBR/ränidioksiid-s-TP komposiitide komponendid on loetletud tabelis 1. Komposiitide nimeks on SBR/ST-x, kus x tähendab ränidioksiidi-s-TP x phr.cistanche tšingis-khaanSeejärel pressiti valmistatud ühendeid kuumpressimisel 160 kraadi juures optimaalse kõvenemisaja saavutamiseks. Seejärel pressiti proovid 160 kraadi juures 1 mm paksuseks leheks ja lõigati hantli A-näidise kujuliseks.

2.4. Iseloomustus

Röntgenfotoelektronspektroskoopia (XPS) testid viidi läbi seadmega Thermo Fisher Scientific ESCALAB 250Xi XPS (Thermo Fisher Scientific Company, Waltham, MA, USA). Fourier' teisenduse infrapunaspektroskoopia (FTIR) saadi Bruker Vector 33 FTIR spektromeetriga (Bruker Technology Co., Ltd., Peking, Hiina) vahemikus 4000–400 cm-1. Termogravimeetriline analüüs (TGA) viidi läbi seadmel NETZSCH TG209F1 (NETZSCH Group, Selb, Saksamaa) 30 kraadist 800 kraadini 10 kraadi minutis ja N2 atmosfääris. Proovide UV-VIS neeldumisspektrid saadi spektromeetriga Lambda 35 (Perkin Elmer, Waltham, MA, USA) ja proovid dispergeeriti deioniseeritud vees. Merlinscanning elektronmikroskoobi (SEM) instrumenti (ZEISS Co.Ltd., Jena, Saksamaa) kasutati täiteaine dispersiooni morfoloogia jälgimiseks kummimaatriksi murdepinnal. SBR-ühendite vulkaniseerimiskarakteristikud viidi läbi rootorreomeetril UR-2030 (U-CAN DYNA TEX INC., Taipei, Taiwan). Rebenemis- ja tõmbekatsed viidi läbi seadmega U-CAN UT-2060 (U-CAN DYNA TEX INC., Taipei, Taiwan) vastavalt standardile ISO 37-2005. Proovide ristsidemete tihedust mõõdeti eelnevalt teatatud tasakaalulise paisumise meetodil [25]. Dünaamilist mehaanilist analüsaatorit (DMA) mõõdeti dünaamilise mehaanilise analüsaatoriga TA Q800 (TA Instruments, Shanghai, Hiina) vahemikus -80 kraadi kuni 80 Cby2 kraadi minutis. UV-vananemistesti jaoks asetati SBR-komposiidid UV-vananemise testimismasinasse (Dongguan Zhenglan Precision Instruments Co., Ltd., Dongguan, Hiina) 1,2 ja 3 päevaks temperatuuril 50 °C. UV-kiirguse intensiivsus oli 0,83 W/m2.

Puhaste SBR ja SBR/ränidioksiid-s-TP komposiitide klaasisiirde tuvastas NETZSCH DSC 204 F (NETZSCH Group, Selb, Saksamaa). Esiteks olid komposiidid isotermilised -80 kraadi juures 5 minutit ja seejärel kuumutati N2 voolu all 30 kraadini kiirusega 10 kraadi minutis. Seejärel määrati katseparameetrid soojusmahtuvuse astmele ACpn ja immobiliseeritud polümeerikihi massiosale Xim [26-28]. ACP ja Xim arvutati järgmiselt:

kus ACpo ja ACP olid soojusmahtuvuse hüpe täitmata ja täidetud polümeerkomposiitide klaasistumispiirkonnas [29-31]. w oli täiteaine massiosa kummiühendites.

3. Tulemused ja arutelu

3.1. Ränidioksiid-s-TP iseloomustus

Joonis 2 illustreerib vastavalt puutumatu ränidioksiidi, TP ja ränidioksiidi-s-TP FTIR-spektreid. Ränidioksiidi spekter iseloomulike piikide juuresolekul lainepikkustel 3440 cm-l ja 1630 cm{6}} kuulub vastavalt silanoolhüdroksüülide venitavale hüdroksüülrühmale ja ränidioksiidi pinnal imendunud vee hüdroksüülrühma paindumisele [27 ]. Nagu on näidatud TP infrapunaspektris, omistatakse tüüpilised piigid 3340 cm -1 ja 1348 cm- juures vastavalt vabale või molekulisisesele vesiniksidemega venitamisele ja painutamisele. Lisaks on piigid 1698 cm-I, 1621 cm-! ja 1448 cm{18}} tingitud C=O venitusest, C=C vibratsioonist rõngal ja CH vastavalt painutamine. Samal ajal on piigid 1144 cm ja 1034 cm-' kõik tingitud COC venitusest [32]. Võrreldes ränidioksiidi-s-TP-d puhta TP-ga, näitab ränidioksiidi-s-TP infrapunaspekter tüüpiliselt ränidioksiidiga sarnast spektrit. TP iseloomulikud piigid on vähese koguse tõttu silikaat-s-TP spektris nähtamatud. TP-st, mis on poogitud ränidioksiidi pinnale. Ränidioksiid-s-TP pindade tundlikum tuvastamine võib illustreerida ränidioksiidi-s-TP pinnastruktuuri.

TP muundamine ränidioksiidi-s-TP-ks ilmneb UV-VIS spektroskoopia abil joonisel 2b. Ränidioksiidi, TP ja ränidioksiidi-s-TP proovid dispergeeritakse deioniseeritud vees. Ränidioksiidi spekter ei näita ilmset neeldumist tüüpilises ultraviolettkiirguse neeldumise vahemikus.cistanche eluea pikendamineTP neeldumispiik lainepikkustel 220 ja 270 nm määrati TP-st benseenis oleva konjugeeritud struktuuri π-πt ja n-πt üleminekule[19]. Ränidioksiid-s-TP neeldumine oli samuti sarnane TP-ga 220 ja 270 nm juures. See illustreerib selgelt, et TP on hüdroksüülrühmadega edukalt ränidioksiidi pinnale poogitud.

Ränidioksiidi osakeste pinnale kantud TP sisalduse hindamiseks kasutati termogravimeetrilist analüüsi ning ränidioksiidi, TP ja ränidioksiidi-s-TP kõverad on näidatud joonisel 2c. Ränidioksiid-s-TP termogravimeetrilise kõvera võib temperatuurivahemikus 30 kuni 800 kraadi jagada kaheks etapiks.cistanche nzEsimene etapp alla 150 kraadi omistati adsorbeeritud vee dehüdratsioonile ja silanoolrühmade eemaldamisele ränidioksiidi pinnalt. Seejärel omistati poogitud TP molekulide termilisele lagunemisele staadium üle 200 kraadi. Laadimise efektiivsus arvutatakse võrrandi (3) [33] abil:

Ja immobiliseeritud TP arvutatud väärtus nano-ränidioksiid pinnal oli ligikaudu 3,4 massiprotsenti. XPS-i mõõtmine proovide pinna iseloomustamisel on tundlikum [34]. Ränidioksiidi, TP ja ränidioksiidi-s-TP O 1s spektrid ning ränidioksiidi-s-TP piigid (õhukesed kõverad) on näidatud joonisel 2d õhukeste kõveratena. Nagu on näidatud joonisel fig 2d, on O1-de peamine piik ränidioksiidis 532,6 eV juures määratud Si-OH-le. Võrreldes ränidioksiidiga väheneb O1-de sidumisenergia ränidioksiidi-s-TP jaoks, mis on tingitud Si-OH ja TP vahelisest keemilisest reaktsioonist. Kuigi piigi võib jagada nelja tüüpi hapnikuks: COH, Si-OC, COC ja -C=O sidumisenergiaga vastavalt 531,8, 532,3, 532,9 ja 533,5 eV. See on kooskõlas keemilise reaktsiooniga Si-OH rühma ja TP vahel, et tekitada erineva sidumisenergiaga hapnikuaatomeid [35]. Seetõttu näitavad XPS-i tulemused veelgi TP edukat sidumist ränidioksiidi pinnal.

See artikkel on välja võetud materjalidest 2020, 13, 4045; doi:10.3390/ma13184045 www.mdpi.com/journal/materials