Uudne hübriid biomassi vananemisvastane täiteaine stüreeni-butadieenist kummikomposiitidele 2. osa

Võtkeoscar.xiao@wecistanche.comRohkem infot

3. Tulemused ja arutelu

3.1. Ränidioksiidi-s-TP iseloomustamine

Joonisel 2a näitlikustati põliste ränidioksiidi, TP ja ränidioksiidi-s-TP FTIR-spektriid. Ränidioksiidi spekter iseloomulike tippude juuresolekul 3440 cm- ja 1630 cm-I-s kuuluvad vastavalt hüdroksanoolide jaoks venitavale hüdroksüülrühmale ja neeldunud vee hüdroksüülrühma painutamisele ränidioksiidi pinnal[27]. Nagu on näidatud TP infrapunaspektris, omistatakse tüüpilised piigid 3340 cm-1 ja 1348 cm-l vastavalt vabale või molekulisisesele vesiniksidemega venitamisele ja painutamisele. Lisaks omistatakse piigid 1698 cm-l, 1621 cm-I ja 1448 cm-I vastavalt C = O venitamisele, C = C vibratsioonile rõngas ja C-H painutamisele. Vahepeal on kõik tipud 1144 cm-Ija 1034 cm -' omistatud C-O-Cstretchingile [32]. Võrreldes ränidioksiidi-s-TP-d puhta TP-ga, näitab ränidioksiidi-s-TP infrapunaspekter tüüpilist sarnast spektrit ränidioksiidiga.cistanchTP iseloomulikud piigid on ränidioksiidi-s-TP spektris nähtamatud, kuna ränidioksiidi pinnale on poogitud väike kogus TP-d. Tundlikum tuvastamine ränidioksiidi-s-TP pindadel võib illustreerida ränidioksiidi-s-TP pinnastruktuuri.

Joonis 2. a) FTIR spektrid, b)UV-VIS neeldumisspektrid, c) TGA kõverad ja d) XPS O 1s põlised ränidioksiidi, TP ja ränidioksiidi-s-tP spektrid (ränidioksiidi-s-TP tippliitmikud õhukestes kurvides).

TP muundamine ränidioksiidi-s-TP-ks avaldub UV-VIS spektroskoopias joonisel 2b. Ränidioksiidi, TP ja ränidioksiidi-s-TP proovid hajutatakse deioniseeritud vees. Ränidioksiidi spekter ei näita ilmset imendumist tüüpilises ultraviolettkiirguse neeldumisvahemikus. TP neeldumise tipp 220 ja 270 nm määrati T-πt ja n-πt'ülemineku konjugeeritud struktuuri benseenis TP-st[19]. Ränidioksiid-s-TP näitas sarnast imendumist TP-ga ka 220 ja 270 nm juures. See näitab selgelt, et TP on hüdroksüülrühmadega edukalt poogitud ränidioksiidi pinnale.

Palun klõpsake siin, et rohkem teada saada

Termomeetrilist analüüsi rakendati ränidioksiidiosakeste pinnal toetatava TP sisalduse hindamiseks ning joonisel 2c olid eksponeeritud ränidioksiidi, TP ja ränidioksiidi-s-TP kõverad. Ränidioksiid-s-TP termogravimeetrilise kõvera võib temperatuurivahemikus 30–800 °C jagada kaheks etapiks. Esimene etapp alla 150 °C oli tingitud adsorbeerunud vee dehüdratsioonist ja silanoolirühmade eemaldamisest ränidioksiidi pinnal. Seejärel omistati staadium üle 200 °C poogitud TP molekulide termilisele lagunemisele. Laadimistõhusus arvutatakse võrrandiga (3) [33]:

LE: laadimistõhusus; WC: ränidioksiidi kaal temperatuuril 800 °CC;

WA-c: ränidioksiidile (ränidioksiid-s-TP) laaditud TP molekuli kaal temperatuuril 800 °CC; WA: TP molekuli kaal 800 °C juures.

Ja immobiliseeritud TP arvutatud väärtus nano-ränidioksiidi pinnal oli umbes 3,4 wt %. XPS-i mõõtmine proovide pinna iseloomustamisel on tundlikum [34]. Ränidioksiidi, TP ja ränidioksiidi-s-TP O1-spektrid ning ränidioksiidi-s-TP tippliitmikud (õhukesed kõverad) on näidatud joonisel 2d õhukestes kõverates. Nagu joonisel 2d on näha, on O1-de peamine tipp ränidioksiidis 532,6eVis, mis on määratud Si-O-H-le. Võrreldes ränidioksiidiga väheneb O 1s seonduv energia ränidioksiidi-s-TP jaoks, mis on tingitud Si-OH ja TP keemilisest reaktsioonist. Kuigi tipp võib jagada nelja tüüpi hapniku C-O-H, Si-O-C, C-O-C ja-C=O siduvatel energiatel vastavalt 531,8, 532,3, 532,9 ja 533,5 eV. See on kooskõlas keemilise reaktsiooniga Si-OH rühma ja TP vahel, et tekitada hapnikuaatomeid erinevate siduvate energiatega [35]. Seetõttu näitavad XPS-i tulemused veelgi TP edukat sidumist ränidioksiidi pinnal.

3.2. SBR komposiitide morfoloogia

Joonisel 3 on näidatud SEM-i fotod puhastest SBR-ist ja SBR/silica-s-TP komposiitidest järk-järgult suurenenud ränidioksiidi-s-TP-ga. SBR-i rabedast ristlõikest, nagu on näidatud joonisel 3a, väljendab maatriksi ristlõige pidevat ja peaaegu siledat, välja arvatud mõned ZnO ja muud kummilisandite aglomeraadid. Uudse funktsionaalse kummist täiteainena täiustatakse ränidioksiidi-s-TP dispersiooniomadusi SBR-maatriksis suureneva täiteaine sisuga, nagu on näidatud joonisel 3b-f. Võrreldes puhta SBR-maatriksiga muutub SBR/silica-s-TP komposiitide rabe ristlõige karmiks ja see morfoloogia sarnaneb teiste seotud aruannetega kummi/ränidioksiidi komposiitide kohta[36-38]. On selge, et SBR/silica-s-TP komposiitides ei ole ilmseid agregaate. Isegi ränidioksiidi-s-TP lisatud koguse suurenemisega on biomassi vananemisvastase täiteaine dispersioon kummimaatriksis üsna ühtlane ja ilma ilmse koondmoodusteta. Lisaks ei saa poogitud TP molekulid mitte ainult vähendada hüdroksüülrühmade sisaldust ränidioksiidi pinnal, vaid toimivad ka vaheseintena, et vältida ränidioksiidiosakeste kogunemist kummimaatriksisse[3941].

3.3. Biomassi vananemisvastase täiteaine ja kummi vaheline perekondadevaheline koostoime

Kummist molekulaarahelatel on ainulaadne pikaahelaline teravus, mis on tundlik kohaliku seisundi suhtes[42]. Seega võib kummiahela variatsiooni morfoloogiat klaasi üleminekuprotsessi ajal illustreerida SBR komposiitsoojusvõimsusega[43]. Puhta SBR ja SBR/silica-s-TP komposiitide DSC kõverad klaasi üleminekupiirkonnas on näidatud joonisel 4a. Joonisel 4b näidatud AKV väärtused on tavalises puhta SBR>SBR/ST-10>SBR/ST-20>SBR/ST-30>SBR/ST-40>SBR/ST-50 tavalises järjestuses, mis viitab sellele, et kummikett on piiratud täiteainete vaheseina vahel ränidioksiidi-s-TP kasvava sisaldusega, mis avaldab klaasi üleminekule märkimisväärset mõju. Täidetud SBR-komposiitide variatsioonaalneXim on näidatud joonisel 4b[44] näitab ka seda, et polümeeriahela liikumisvõime väheneb vananemisvastase ränidioksiidi-s-TP suureneva koguse suurenemisega. Vahepeal on immobiliseeritud polümeerikihi skemaatiline esitus ränidioksiidi-s-TP-l või modifitseerimata nanoosakeste pinna SBR-il olnud joonisel 4c,d. Paksem immobiliseeritud polümeerkiht ränidioksiidi-s-TP pinnal muudab biomassi täiteaine ja kummimaatriksi kombinatsiooni tihedamaks. Veelgi enam, TP poolt modifitseeritud täiteosakeste pinna tõttu toob vananemisvastase täiteaine ja kummimaatriksi parem fafacial vastastikmõju ränidioksiidi-s-TP pinnale takerdunud kummist molekulaarahelate massi, mis muudab kummist ahela segmendi klaasi üleminekupiirkonna ajal lõõgastumiseks ja madalama soojusvõimsuse saavutamiseks. Rikkalik immobiliseeritud polümeerkiht on pinnamuutja tüüp, et tekitada intensiivne täite-kummist interfacial vastastikmõju ja parandada SBR/silica-s-TP komposiitide füüsikalisi omadusi [34].

3.4.Vananemisvastase täiteainega täidetud SBR komposiitide vananemiskindlus

Vananemine on ülioluline kõigi polümeeride, eriti küllastumata süsinik-süsiniku kaksiksidemetega kummimaterjalide praktiliseks kasutamiseks. DMA teste kasutati selleks, et paljastada SBR komposiitide termooksüdatiivse vananemise kiindumus ahela liikumisele [45]. Erinevate termooksüdatiivsete vananemisaegadega SBRST-30 DMA kõverad on näidatud joonisel 5a ja kadu puutuja tippväärtus (tan δ) vs. joonisel 5b on kujutatud SBR/silica-s-TP komposiitide erinevad vananemisajad. SBR/silikaani-s-TP komposiitide tippväärtused vähenesid vananemisaja kasvades mõõdukalt (joonis 5a) ning 30 phr ränidioksiidi-s-TP lisamine võib saavutada minimaalse languse (Joonis5b) tänu rohketele fenoolsete hüdroksüülrühmadele, mis tulenevad ränidioksiidi pinnal toetatud tee polüfenoolidest, mis võivad termooksüdatiivse vananemise ajal tabada kummi molekulaarse ahela purunemisel tekkivaid vabu radikaale, ja veelgi enam, et piirata liigset ristsidumist. Kuid kuna ränidioksiidi-s-TP sisaldus suureneb 40 või 50 phr-ni, vähenevad proovide tippväärtused järsult, mis on tõenäoliselt tingitud jäiga täiteaine sisalduse suurenemisest, mis võib oluliselt piirata kummiahelate nihet. Seega võib sobiv kogus ränidioksiidi-s-TP-d pakkuda pikaajalist kaitset, pärssides termooksüdatiivse vananemise ajal tekkivaid vabu radikaale [45].

Selleks, et hinnata kummimaatriksis leviva biomassi vananemisvastaste nanokiudide ränidioksiidi-s-TP hajumise mõju pikaajalisele vananemisvastasele ajale, kasutati XPS-teste, et jälgida erineva täiteainesisaldusega SBR/silica-s-TP komposiitide hapniku difusiooniprotsessi pärast kumulatiivset vananemisaega. XPS-spekter SBR/ST-30 vananemise ajal 100 °C juures nullis, viis, seitse ja üheksa päeva on näidatud joonisel 5c. Erinevate vananemisaegadega SBR/silica-s-TP komposiitide vastav O/C molaarne suhe on näidatud joonisel 5d. Kooskõlas ülaltoodud dünaamiliste mehaanilise analüüsi tulemustega näitab SBR/ST-30 O/C suhte suurenemine madalaimat, mis näitab, et SBR-maatriksi pikaajaline antioksüdantne kaitse saavutatakse 30 phr biomassi vananemisvastase täiteaine lisamisega.

Cistanche võib vananemisvastane

Vananemisvastase täiteaine uudse tüübina on ränidioksiidi-s-TP otsese lisamise vananemisvastased ja tugevdavad omadused kummimaatriksisse äärmiselt olulised tegurid selle jõudluse hindamiseks. Seega hinnati SBR/silica-s-TP komposiitide vananemisvastaseid omadusi, võrreldes mehaaniliste omaduste varieerumist termilise oksüdatiivse vananemise ajal 100 °C juures järk-järgult suurenevateks päevadeks, nagu on näidatud joonisel 6. Enne termilist oksüdatiivset vananemist suurendati kummikomposiitide tõmbetugevust järk-järgult vananemisvastase biomassi täiteaine koguse suurenemisega (joonis 6a). Võrreldes täitmata SBR-iga on SBR/ST-50 tõmbetugevus peaaegu neljakordne ja on äärmiselt tõenäoliselt omistatud täiustatud kummist täiteaine interfacial koostoimele ja ränidioksiidi-s-TP suurepärasele tugevdavale jõudlusele biomassi täiteainena kummimaatriksis. Pärast termilist oksüdatiivset vananemist suurendab mõranenud lühikese kummiahela rekombinatsioon järk-järgult kõigi SBR-komposiitide ristlinkide tihedust (joonis 6b)[46].tsistanche kolesteroolSBR/ST-30 ristlingi tiheduse kõige aeglasemaks suurendamiseks võib järeldada, et 30 phr ränidioksiidi-s-TP vananemisvastast toimet on kummimaatriksis suurepärane. Lisaks on SBR/sränidioksiidi-s-TP komposiitide mehaaniliste omaduste säilitamine näidanud vananemisprotsessi otsest hindamist: kõigi SBR-proovide oksüdatsioonikindlus väheneb termilise oksüdatiivse vananemisaja pikendamise ajal ja põhjustab tõmbetugevuse ja pikenemise olulist vähenemist pausi ajal, nagu on näidatud joonisel 6c,d. Eelkõige on SBR / ST-30 komposiitiidi vähenemise määr kõige aeglasem ja tõmbetugevuse säilitamise määr võib jääda üle 80% ja suhtelist pikenemist pausi ajal saab hoida üle 75% pärast üheksa päeva vananemist. See näitab, et 30 phr ränidioksiidi-s-TP lisamine kummimaatriksisse pakub pikaajalist vananemisvastast toimet, mis aeglustab vananemisprotsessi. Lisaks on joonisel 6e eksponeeritud ränidioksiidi-s-TP mehhanism kummimaatriksis termilise oksüdatiivse vananemise ja UV-kiirguse vältimiseks. Biomassi vananemisvastase täiteaine struktuur on tõenäoliselt sarnane takistatud fenoolse antioksüdandiga. Kui SBR/silica-s-TP proov puutus kokku termilise oksüdatsiooni või UV-kiirgusega, on ränidioksiidi-s-TP pinnal olev fenoolne hüdroksüülrühm äärmiselt ebastabiilne ja kergesti kaduv elektronide kadumine ning kummi molekulaarahela purunemisel moodustunud peroksüradikaali saab kiiresti kinni püüda, mis viib vabade radikaalide kõrvaldamiseni.cistanche deserticola kõrvaltoimed,Seetõttu ei saa ränidioksiidi-s-TP biomassi antioksüdant mitte ainult tõhusalt parandada kummi vananemisvastast omadust, vaid tugevdada ka kummimaatriksi kui mingi biomassi nanofiltri füüsilist-mehaanilist omadust.

Joonis 6. a) SBR/silica-s-TPcomposites mehaanilised omadused; b)ristlingi tihedus, c,d) SBR/ränidioksiidi-s-TP komposiitide mehaaniliste omaduste säilitamine termooksüdatiivse vananemise ajal temperatuuril 100 °C juures, e) ränidioksiidi-s-TP mehhanismi skemaatne esitus kummimaatriksis, et vältida termilise oksüdatiivset vananemist ja UV-kiirgust.

Joonised 7a ja b näitavad tõmbetugevuse ja pikenemise säilitamist SBR / ränidioksiidi-s-TP lehtede vaheajal pärast UV-vananemist ühe, kahe ja kolme päeva jooksul. Ilmselt oli ultraviolettkiirgusel kriitiline mõju kõigi SBR / ränidioksiidi-s-TP proovide mehaanilisele jõudlusele. Tõmbetugevuse japikenemine SBR/silica-s-TP komposiitide purunemisel vähenes kiiresti, uv-vananemise aeg kasvas kummist makromolekulaarsete ahelate killustatuse tõttu. Kuid vananemisvastase biomassi täiteaine kasvava sisalduse tõttu näitasid ränidioksiidi-s-TP-ga seotud SBR-komposiidid pikaajalise ultraviolettkiirguse ajal eelistatavat vananemiskindluse efektiivsust. Pole üllatav, et tõmbetugevus ja pikenemine SBR /ST-30 komposiitkomposiidi purunemisel jäävad mõlemad 55% ja 77% juurde, mis tõestab ränidioksiidi-s-TP suurepärast UV-vananemisvastast efektiivsust. SBR komposiitmaterjali pinna optilised fotod pärast kolmepäevast UV-kiirgust kuvatakse joonisel 7c-g. SBR-i puhul, mis on lisatud ränidioksiidi-s-TP sisaldusega üle 20 phr komposiidi, on praod madalad ja katkendlikud. Vastupidi, komposiitpinnal tuvastatakse sügavad ja pidevad praod, mis on lisatud madalama ränidioksiidi-s-TP sisaldusega. Tõenäoliselt on see tingitud ränidioksiidi-s-TP suuremast sisaldusest, mis toob nendes komposiitides kaasa rohkesti TP-d, et vältida pragude kasvu koos polümeeridega.cistanche'i eelisedNagu joonis7h näitab, näitab iga proovi pragunemistihedus järsku langustrendi pärast täiteainesisalduse lisamist üle 20 phr 100 phr kummi kohta. Reaktsiooniprotsessi kasvavad praod lõpevad inertsete osakestega kokkupuutumise tõttu ja pragusid on võimalik veelgi laiendada ainult inertsete osakeste purunemise või vahelejätmisega [46]. Seega tagas ränidioksiid-immobiliseeritud TP mõõdukalt biomassi vananemisvastase täiteaine stabiilsema ja homogeensema jaotumise SBR-maatriksis, põhjustades silmapaistva vananemisvastase omaduse kui ebapiisavad täiteproovid.

Joonis 7. a,b) SBR/sränidioksiidi-s-TP komposiitide mehaaniliste omaduste säilitamine enne ja pärast UVagingi 50 °C juures;c-g) UV-ga kokkupuutuvate (3 d) SBR-komposiitide mehaaniliste omaduste säilitamine enne ja pärast UVaging at 50°C;c)10 phr,(d)20phr,(e)30 phr,(f)40phr ja (g)50 phr;(h)pragunemistiheduse tendentsdiagramm vs ränidioksiidi-s-TP sisaldus.

4. Järeldused

Kokkuvõttes on teatatud uudsest hübriidbiomassi vananemisvastasest nanofiltrist, et parandada SBR termilise oksüdatiivset stabiilsust ja UVaging-resistentsust, lisamata muid traditsioonilisi väikesemolekulilisi antioksüdante, kuna ränidioksiidi pinnal on immobiliseeritud rohelise tee polüfenoole. Ränidioksiidi pinna funktsionaliseerimine TP-ga näitas paremat termilise oksüdatiivse stabiilsuse ilmutamise soovitavat omadust, eriti lisades SBR-maatriksisse 30 phr ränidioksiidi-s-TP. Veelgi enam, ränidioksiidi-s-TP kasvava sisalduse tõttu on UVaging-resistentsuse omadus järk-järgult suurenenud.cistanche AustraaliaErinevalt traditsioonilisest madala molekuliga antioksüdandist ei ole ränidioksiidi-s-TP mitte ainult näidanud silmapaistvat täiteainete dispersiooni ja kummist täiteaine interfacial koostoimet, vaid näitas ka stabiilsuse ja volatiilsuse paranemist. Tulemused pakuvad ka inspiratsiooni biomassi vananemisvastase materjali rakendamiseks rohelistes rehvides, keskkonnasõbralikes kummilisandites ja funktsionaalsetes nanofiltri piirkondades.

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