Pengisi Anti-Penuaan Biomassa Hibrida Baru Untuk Komposit Karet Stirena-Butadiena Bagian 1

Silakan hubungioscar.xiao@wecistanche.comuntuk informasi lebih lanjut

Abstrak:Antioksidan biasanya digunakan untuk memperpanjang masa pakai polimer karena reduktibilitas yang kuat dari gugus hidroksil fenolik dari struktur fenol yang terhambat. Terinspirasi oleh karakteristik ini, kami telah memperkenalkan polifenol teh hijau (TP) yang didukung pada permukaan silika yang mengandung gugus hidroksil fenolik yang cukup besar untuk mendapatkan pengisi anti-penuaan biomassa baru (BAF, dilambangkan sebagai silika-s-TP) untuk memperkuat dan meningkatkan sifat anti-penuaan komposit karet. Penerapan silika-s-TP untuk meningkatkan stabilitas termal-oksidatif dan ketahanan penuaan sinar ultraviolet (UV) dari karet stirena-butadiena (SBR) dievaluasi. Pengisi anti-penuaan biomassa hibrida tidak hanya dapat menyebar secara seragam dalam matriks karet, sehingga menimbulkan sifat mekanik yang sangat baik tetapi juga meningkatkan sifat stabilitas termal-oksidatif dan ketahanan penuaan UV dengan meningkatnya kandungan silika-s-TP SBR secara jelas. Penelitian ini memberikan strategi yang ringan dan ramah lingkungan untuk menyiapkan filler biomassa fungsional, yang dapat diterapkan tidak hanya sebagai pengisi tulangan tetapi juga sebagai aditif anti-penuaan pada "karet hijau".

Kata kunci:komposit karet; pengisi anti-penuaan; silika; biomassa; polifenol teh; termostabel

Silakan klik di sini untuk mengetahui lebih lanjut

1. Pendahuluan

Penuaan bahan polimer adalah masalah penting untuk aplikasi jangka panjangnya. Penuaan polimer disebabkan oleh panas, terutama di bawah suhu tinggi untuk waktu yang lama, kelebihan oksigen, bahan kimia, dan radiasi ultraviolet (UV). Variasi yang menyertainya memperburuk sifat dan stabilitas bahan polimer dan membatasi aplikasinya untuk sebagian besar. Yaitu, penuaan bahan polimer cenderung mempercepat penghancuran sifat-sifat material, yang mengarah pada pengurangan masa pakai dan peningkatan konsumsi sumber daya dan, dalam keadaan tertentu, dapat menjadi bencana besar. Contoh yang sangat jelas adalah penuaan ban karet. Elastomer diena, seperti karet alam (NR), karet butadiena (BR), dan karet stirena-butadiena, adalah elastomer penting dalam industri modern[23] Rantai utama karet mengandung rantai tak jenuh dan hidrogen allvl, yang rentan terhadap penuaan termal-oksidatif dan pemutusan rantai molekuler [4,5]; penuaan oksidatif adalah yang paling umum [6,7].cistanche dosis redditUntuk mencegah penuaan oksidatif bahan karet dan memperpanjang masa pakainya, agen anti-penuaan telah diterapkan untuk menghambat dan menghilangkan radikal bebas. Namun, beberapa agen anti-penuaan komersial dapat memainkan peran sampai batas tertentu, tetapi ada beberapa kekurangan yang membatasi aplikasi mereka, seperti efisiensi antioksidan yang buruk, volatilitas, dan migrasi yang mudah. Selain itu, sebagian besar oksidan beracun dan akan menyebabkan kerusakan tertentu pada manusia dan lingkungan [8,9]. Oleh karena itu, adalah signifikansi penelitian tertentu untuk mencari agen anti-penuaan yang tidak beracun dan alami.

Amina dan antioksidan fenolik umumnya digunakan dalam sistem anti-penuaan karet [10-13]. Dibandingkan dengan antioksidan amina, antioksidan fenolik cocok untuk produk karet tidak berwarna atau berwarna terang karena karakteristiknya yang tidak berpolusi dan tidak berubah warna. Seperti diketahui, senyawa polifenol dan fenolik hadir dalam sejumlah besar tanaman, termasuk teh, kopi, sayuran, dan buah-buahan mentah. Polifenol teh adalah bahan aktif biologis utama dalam teh hijau dan komponen utama katekin TPsis. Katekin terutama terdiri dari (-)-epicatechin(EC), (-)-epicatechin gallate (EKG),(-)-epigallocatechin(EGC),dan (-)-epigallocatechin gallate (EGCG). Selain itu, sebagai sejenis biomassa, TP banyak digunakan sebagai antioksidan [13,14], agen pelindung UV, obat antikanker[15], obat antibakteri [16-18], dan peredam graphene oxide karena reaktivitas substitusi hidroksil dan radikal bebas yang tinggi, dan kemampuan mengais [19]. Yan et al. memasukkan polifenol teh ke dalam rantai molekul polianilin sebagai jenis baru penstabil dopan dan termal yang efisien. Dibandingkan dengan polianilin murni, doping TP ke dalam rantai molekul polianilin meningkatkan interaktivitas segmen rantai dan mempromosikan delokalisasi elektron [20]. Guo et al menggunakan senyawa polifenol teh untuk mengurangi graphene oxide untuk mendapatkan tea polyphenol reduced graphene (TPG). Menggunakan metode peracikan bubur langsung, bubur TPG tersebar secara seragam dalam polietilen klorosulfonasi (CSM) untuk menyiapkan komposit CSM/TPG. Studi ini menemukan bahwa ada interaksi antarmuka yang kuat antara CSM dan TPG, yang secara signifikan meningkatkan sifat mekanik bahan komposit [19,21]. Selain itu, Guo et al. telah menggunakan senyawa polifenol teh sebagai zat pereduksi dan stabilisator untuk memfungsikan graphene (JPTG), yang disiapkan oleh reaksi Mannich dengan graphene oxide. Karet nitril / komposit JTPG disiapkan dengan metode larutan aseton, dan sifat mekanik serta konduktivitas listrik material sangat meningkat [22].

Cistanche dapat anti-penuaan

Pengisi anorganik adalah bahan yang diperlukan untuk produk karet untuk memperkuat matriks karet dan mengurangi biaya. Dalam beberapa tahun terakhir, sejumlah besar penelitian telah menunjukkan bahwa pengisi anorganik yang dimodifikasi agen kopling silane dapat secara luas meningkatkan dispersi pengisi anorganik dalam matriks karet [23]. Baru-baru ini, metode baru modifikasi permukaan pengisi anorganik oleh aditif karet dengan berat molekul rendah pada permukaannya telah ditetapkan sebagai pendekatan yang efektif untuk mendapatkan kinerja penggabungan pengisi kaku dan aditif karet [24]. Misalnya, literatur melaporkan bahwa permukaan pengisi anorganik yang dimodifikasi oleh antioksidan karet dapat mewujudkan dispersi pengisi yang homogen dan meningkatkan kombinasi antarmuka antara karet dan pengisi[25].manfaat ekstrak cistanche,Namun, menurut penelitian yang relevan, ada laporan langka tentang silika yang difungsikan polifenol teh. Selain itu, efek polifenol teh yang berlabuh pada permukaan silika pada sifat anti-penuaan dan penguatan karet belum dilaporkan oleh para peneliti. Mempertimbangkan kinerja silika yang memperkuat, silika yang difungsikan biomassa polifenol teh dapat memberikan peningkatan yang lebih baik dari sifat mekanik akhir dan efek antioksidan nanokomposit karet.

Dalam makalah ini, jenis baru silika yang dimodifikasi TP (silika-s-TP) sebagai pengisi anti-penuaan biomassa, alih-alih aditif anti-penuaan organik konvensional, diperkenalkan ke matriks SBR untuk secara bersamaan meningkatkan kinerja penuaan termo-oksidatif dan sifat mekanik. Pengaruh biomassa anti-aging filler pada dispersi, adhesi interfacial, sifat mekanik, dan sifat anti-penuaan komposit SBR dipelajari secara sistematis. Seperti yang kami harapkan, mereka silika-TPexhibited tulangan karet yang sangat baik dan sifat anti-penuaan daripada amina tradisional atau agen anti-penuaan karet fenolik dengan kandungan pengisi yang sama karena keunggulan gabungan dari pengisi dan zat anti-penuaan biomassa melalui ikatan kimia antara silika dan TP. Tujuan dari pekerjaan ini adalah untuk menyiapkan pengisi biomassa hibrida baru yang dapat diterapkan sebagai semacam aditif anti-penuaan tidak beracun dengan sifat antioksidatif dan penguat yang sangat baik untuk industri "karet hijau".

2. Eksperimental

2.1.Materi

SBR (1502) diproduksi oleh Guangzhou Institute of Rubber Products, Guangzhou, Cina. Teh polifenol (TP) diperoleh dari Shenzhen Shanghai Bioengineering Co., Ltd., Shenzhen, Cina. Silika murni (FINE-SIL 518) dengan luas permukaan tertentu 200-220 m / / g dibeli dari Huiming Chemical Co., Ltd., Jiangxi, Cina. Aktivator seperti asam stearat (SA)dan seng oksida (ZnO), akselerator N-sikloheksil benzothiazole-2-sulphenamide (CBS), dan vulkanisasi sulfur tidak larut (S)adalah produk kelas industri dan digunakan sebagai diterima. Dibutyltin dilaurate (DBTDL), dan etanol absolut adalah reagen analitik dan digunakan sebagai diterima.

2.2. Persiapan Pengisi Anti-Penuaan Biomassa Hibrida Organik-Anorganik

Rute sintesis pengisi anti-penuaan biomassa (silika-s-TP)ditunjukkan pada Gambar 1. Silika-s-TP disiapkan dengan metode ringan dan satu langkah.15.0g silika ditambahkan ke labu tiga leher 500 mL dan tersebar dalam etanol absolut 300 mL, dan kemudian1 g TP dan beberapa tetes DBTDL ditambahkan ke dalam suspensi. Setelah diaduk pada suhu 50 °C selama 11 jam, campuran disaring dan dicuci dengan etanol selama 4 kali. Kemudian, produk dikeringkan dalam oven vakum pada suhu 80 ° C hingga berat konstan.

2.3. Persiapan Komposit SBR/Silika-s-TP

Komposit SBR yang disiapkan dengan mengisi berbagai kandungan pengisi silika dan silika-s-TP dicampur dengan aktivator, akselerator, dan vulkanisasi pada suhu kamar masing-masing selama 10 menit oleh pabrik dua gulungan. Komponen komposit SBR/silika-s-TP tercantum pada Tabel 1. Komposit diberi nama SBR/ST-x, di mana x berarti x phr dari silika-s-TP.cistanche jenghis khanKemudian, senyawa yang disiapkan dipanaskan pada suhu 160 °C untuk waktu pengawetan yang optimal. Kemudian, sampel diawetkan dengan tekanan hingga lembaran setebal 1 mm pada suhu 160 °C dan dipotong menjadi bentuk spesimen dumbbell A.

2.4. Karakterisasi

Tes Spektroskopi fotoelektron sinar-X (XPS) dilakukan pada Thermo Fisher Scientific ESCALAB 250Xi XPS (Thermo Fisher Scientific Company, Waltham, MA, USA). Spektroskopi fourier transform infrared (FTIR) diperoleh dari spektrometer Bruker Vector 33 FTIR (Bruker Technology Co., Ltd., Beijing, China)dalam kisaran 4000 cm hingga 400 cm-1. Analisis termogravimetri (TGA)dilakukan pada NETZSCH TG209F1 (NETZSCH Group, Selb, Jerman) dari 30°C hingga 800°C pada 10°C/menit dan di atmosfer N2. Spektrum penyerapan UV-VIS sampel diperoleh dengan spektrometer Lambda 35 (Perkin Elmer, Waltham, MA, AS), dan sampel tersebar dalam air deionisasi. Instrumen Merlinscanning electron microscope (SEM) (ZEISS Co.Ltd., Jena, Jerman) digunakan untuk mengamati morfologi dispersi pengisi di permukaan fraktur matriks karet. Karakteristik vulkanisasi senyawa SBR dilakukan pada rotor rheometer UR-2030 (U-CAN DYNA TEX INC., Taipei, Taiwan). Uji sobek dan tarik dilakukan pada instrumen U-CAN UT-2060 (U-CAN DYNA TEX INC., Taipei, Taiwan)menurut standar ISO 37-2005. Kepadatan ikatan silang sampel diukur dengan metode pembengkakan kesetimbangan seperti yang dilaporkan sebelumnya[25]. Dynamic mechanical analyzer (DMA) diukur dengan TA Q800 dynamic mechanical analyzer (TA Instruments, Shanghai, China) dari-80 ° C hingga 80Cby2 ° C / mnt. Untuk uji penuaan UV, komposit SBR ditempatkan di mesin pengujian penuaan UV (Dongguan Zhenglan Precision Instruments Co., Ltd., Dongguan, China) untuk 1,2, dan 3 d pada 50 °CC. Intensitas radiasi UV adalah 0,83 W/m2.

Transisi kaca komposit SBR dan SBR/silika-s-TP yang rapi terdeteksi oleh NETZSCH DSC 204 F(NETZSCH Group, Selb, Jerman). Pertama, komposit adalah isotermal pada suhu 80°C selama 5 menit dan diikuti dengan pemanasan hingga 30°C pada laju 10°C/menit di bawah aliran N2. Kemudian, parameter eksperimental ditugaskan ke langkah kapasitas panas ACpn dan fraksi berat lapisan polimer yang tidak bergerak Xim [26-28]. ACP dan Xim dihitung sebagai berikut:

di mana ACpo dan ACP adalah lompatan kapasitas panas di wilayah transisi kaca komposit polimer yang tidak terisi dan diisi [29-31]. w adalah fraksi berat pengisi dalam senyawa karet.

3. Hasil dan Pembahasan

3.1. Karakterisasi Silika-s-TP

Gambar 2aillustrated spektrum FTIR dari silika murni, TPand silika-s-TP, masing-masing. Spektrum untuk silika di hadapan puncak karakteristik pada 3440 cm-l dan 1630 cm-1, masing-masing, dimiliki oleh gugus hidroksil yang membentang untuk hidroksil silanol dan gugus hidroksil pembengkokan air yang diserap pada permukaan silika [27]. Seperti yang ditunjukkan dalam spektrum inframerah TP, puncak tipikal pada 3340 cm-1 dan 1348 cm- masing-masing dikaitkan dengan peregangan dan pembengkokan terikat hidrogen bebas atau intramolekul. Selain itu, puncak pada 1698 cm-I,1621 cm-!, dan 1448 cm-1 masing-masing dikaitkan dengan peregangan C=O, getaran C=C pada cincin, dan pembengkokan C-H. Sementara itu, puncak pada 1144 cm dan 1034 cm-'semuanya dikaitkan dengan peregangan C-O-C [32]. Membandingkan silika-s-TP dengan TP murni, spektrum inframerah silika-s-TP menunjukkan spektrum khas yang mirip dengan silika, Puncak karakteristik TP tidak terlihat dalam spektrum silika-s-TP karena sedikit jumlah TP yang dicangkokkan ke permukaan silika. Deteksi yang lebih sensitif pada permukaan silika-s-TP dapat menggambarkan struktur permukaan silika-s-TP.

Konversi TP menjadi silika-s-TP dimanifestasikan oleh spektroskopi UV-VIS pada Gambar 2b. Sampel silika, TP, dan silika-s-TP tersebar dalam air deionisasi. Spektrum silika tidak menunjukkan penyerapan yang jelas dalam kisaran penyerapan ultraviolet yang khas.perpanjangan hidup cistanchePuncak penyerapan TP pada 220dan 270 nm ditugaskan untuk transisi π-πt dan n-πt dari struktur terkonjugasi dalam benzena dari TP[19]. Silika-s-TP tampak memiliki penyerapan yang mirip dengan TP pada 220 dan 270 nm juga. Ini dengan jelas menggambarkan bahwa TP telah berhasil mencangkok pada permukaan silika dengan gugus hidroksil.

Analisis termogravimetri diterapkan untuk memperkirakan kandungan TP yang didukung pada permukaan partikel silika dan lekukan silika, TP, dan silika-s-TP dipamerkan pada Gambar 2c. Kurva termogravimetri silika-s-TP dapat dibagi menjadi dua tahap selama kisaran suhu dari 30 hingga 800 °C.cistanche nzTahap pertama di bawah 150 °C dikaitkan dengan dehidrasi air yang teradsorpsi dan penghapusan gugus silanol pada permukaan silika. Kemudian tahap di atas 200 °C dikaitkan dengan dekomposisi termal molekul TP yang dicangkokkan. Efisiensi pemuatan dihitung dengan Persamaan (3) [33]:

Dan nilai yang dihitung dari TP yang tidak bergerak pada permukaan nano-silika adalah sekitar 3,4 wt %. Pengukuran XPS pada karakterisasi permukaan sampel lebih sensitif [34]. Spektrum O 1s silika, TP, dan silika-s-TP, dan alat kelengkapan puncak silika-s-TP (kurva tipis)ditunjukkan pada Gambar 2d dalam kurva tipis. Seperti yang ditunjukkan Gambar 2d, puncak utama O1 dalam silika pada 532.6eV ditugaskan ke Si-O-H. Dibandingkan dengan silika, energi pengikatan O1 untuk silika-s-TP menurun dikaitkan dengan reaksi kimia antara Si-OH dan TP. Sedangkan puncaknya dapat dibagi menjadi empat jenis oksigen C-O-H, Si-O-C, C-O-C,dan-C=O pada energi pengikat masing-masing sebesar531.8.532.3.532,9, dan 533,5eV. Ini konsisten dengan reaksi kimia antara gugus Si-OH dan TP untuk menghasilkan atom oksigen dengan energi pengikat yang berbeda[35]. Oleh karena itu, hasil XPS semakin menunjukkan keberhasilan ikatan TP pada permukaan silika.

Artikel ini diekstrak dari Materi 2020, 13, 4045; doi:10.3390/ma13184045 www.mdpi.com/journal/materials