Nouveau mastic anti-âge hybride à base de biomasse pour les composites de caoutchouc styrène-butadiène, partie 2

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3.2. Morphologie des composites SBR

La figure 3 montre les photos SEM de composites SBR et SBRsilice-s-TP purs avec la quantité progressivement augmentée de silice-s-TP. À partir de la section transversale fragile du SBR, comme illustré à la figure 3a. la section transversale de la matrice est continue et presque lisse à l'exception de quelques agglomérats de ZnO et d'autres additifs de caoutchouc. En tant que nouveau type de charge de caoutchouc fonctionnel, les propriétés de dispersion de la silice-s-TP dans la matrice SBR sont améliorées avec l'augmentation de la teneur en charge, comme indiqué sur la figure 3b-f. Par rapport à une matrice SBR nette, la section transversale fragile des composites SBR/silice-s-TP devient rugueuse, et cette morphologie ressemble à d'autres rapports connexes concernant les composites caoutchouc/silice [36-38].taille du pénis cistancheÉvidemment, il n'y a pas d'agrégats évidents présentés dans les composites SBR/silice-s-TP. Même avec l'augmentation de la quantité ajoutée de silice-s-TP, la dispersion de la charge anti-âge de biomasse dans la matrice de caoutchouc est assez uniforme et sans formation évidente d'agrégats. De plus, les molécules de TP greffées peuvent non seulement réduire la teneur en groupes hydroxyle à la surface de la silice, mais aussi agir comme espaceurs pour empêcher les particules de silice de s'agréger dans la matrice de caoutchouc [39-41].

3.3. Interaction interfaciale entre la charge anti-âge de biomasse et le caoutchouc

Les chaînes moléculaires de caoutchouc ont une netteté unique à longue chaîne qui est sensible à la condition locale [42]. Par conséquent, la morphologie de variation de la chaîne de caoutchouc au cours du processus de transition vitreuse peut être illustrée par la capacité thermique du composite SBR [43]. Les courbes DSC des composites SBR et SBR/silice-s-TP purs dans la région de transition vitreuse sont illustrées à la figure 4a.poudre de cistanche The values of ACP shown in Figure 4b are in a regular sequence of neat SBR>SBR/ST-10>SBR/ST-20>SBR/ST-30>SBR/ST-40>SBR/ST-50, suggérant que la chaîne de caoutchouc est restreinte entre les interstices de charge avec l'augmentation de la teneur en silice-s-TP, ce qui donne une influence considérable sur la transition vitreuse. Le Xim variationnel des composites SBR chargés est illustré à la figure 4b [44] illustre également que la capacité de mouvement de la chaîne polymère est diminuée avec la quantité croissante de silice-s-TP anti-vieillissement. Pendant ce temps, la représentation schématique de la couche de polymère immobilisée sur la silice-s-TP ou la surface des nanoparticules non modifiées dans le SBR a été présentée à la figure 4c, d.

La couche de polymère immobilisé plus épaisse sur la surface de la silice-s-TP rend la combinaison de la charge de biomasse et de la matrice de caoutchouc plus serrée. De plus, en raison de la surface des particules de charge modifiée par TP, l'interaction interfaciale améliorée entre la charge anti-âge et la matrice de caoutchouc apporte une masse de chaînes moléculaires de caoutchouc enchevêtrées sur la surface de silice-s-TP, ce qui rend le segment de chaîne de caoutchouc difficile à détendre pendant la région de transition vitreuse et amener à la capacité calorifique inférieure. L'abondante couche de polymère immobilisé est un type de modificateur de surface permettant de générer une interaction interfaciale charge-caoutchouc intense et d'améliorer les propriétés physiques des composites SBR/silice-s-TP [34].

3.4.Résistance au vieillissement des composites SBR remplis de charge anti-vieillissement

Le retardement du vieillissement est crucial pour les applications pratiques de tous les polymères, en particulier les matériaux en caoutchouc avec des doubles liaisons carbone-carbone insaturées. Des tests DMA ont été utilisés pour révéler l'influence du vieillissement thermo-oxydatif des composites SBR sur le mouvement de la chaîne [45].extrait de salsa cistancheLes courbes DMA de SBR/ST-30 avec différents temps de vieillissement thermo-oxydatif sont illustrées à la figure 5a, et la valeur maximale de la tangente de perte (tan δ) vs. différents temps de vieillissement pour les composites SBR/silice-s-TP sont présentés à la figure 5b. Les valeurs maximales des composites SBR/silice-s-TP ont connu une baisse modérée avec l'augmentation du temps de vieillissement (Figure 5a), et l'ajout de 30 phr de silice-s-TP pourrait entraîner une baisse minimale (Figure 5b) en raison de l'abondance de composés phénoliques. des groupes hydroxyle provenant de polyphénols de thé supportés sur une surface de silice qui peuvent capturer les radicaux libres générés par la rupture de la chaîne moléculaire du caoutchouc lors du vieillissement thermo-oxydatif, et en outre limiter la réticulation excessive. Cependant, avec l'augmentation de la teneur en silice-s-TP à 40 ou 50 phr, les valeurs maximales des échantillons diminuent fortement, ce qui est probablement dû à l'augmentation de la teneur en charge rigide qui peut fortement limiter le déplacement des chaînes de caoutchouc. Par conséquent, une quantité appropriée de silice-s-TP peut fournir une protection à long terme en inhibant les radicaux libres générés lors du vieillissement thermo-oxydatif [45].

Pour évaluer l'effet de la nanocharge anti-âge de la biomasse en dispersion de silice-s-TP dans la matrice de caoutchouc sur l'anti-vieillissement à long terme, des tests XPS ont été utilisés pour observer le processus de diffusion de l'oxygène des composites SBR/silice-s-TP avec teneur en charge différente après un temps de vieillissement cumulé.tige de cistancheLe spectre XPS de SBR/ST-30 pendant le vieillissement à 100 degrés en zéro, cinq, sept et neuf jours, respectivement, est illustré à la figure 5c. Le rapport molaire correspondant de O/C pour les composites SBR/silice-s-TP avec différents temps de vieillissement est illustré à la figure 5d. Conformément aux résultats d'analyse mécanique dynamique ci-dessus, l'augmentation du rapport O/C pour SBR/ST-30 est la plus faible, révélant que la protection antioxydante à long terme pour la matrice SBR est obtenue en ajoutant 30 phr de charge anti-vieillissement de biomasse .

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En tant que nouveau type de charge anti-âge, les propriétés anti-âge et renforçantes de l'incorporation directe de silice-s-TP dans la matrice de caoutchouc sont des facteurs extrêmement importants pour évaluer ses performances. Par conséquent, les propriétés anti-vieillissement des composites SBR/silice-s-TP ont été évaluées en comparant la variation des propriétés mécaniques au cours du vieillissement thermique-oxydant à 100 degrés pendant des jours augmentant progressivement, comme le montre la figure 6. Avant le vieillissement thermique-oxydant, le la résistance à la traction des composites de caoutchouc a été progressivement améliorée avec l'augmentation de la quantité de charge de biomasse anti-âge (Figure ba).avantages et effets secondaires de la cistanche tubulosaPar rapport au SBR non chargé, la résistance à la traction du SBR/ST-50 a presque quadruplé et est très probablement attribuée à l'interaction améliorée de l'interface caoutchouc-charge et à l'excellente performance de renforcement de la silice-s-TP comme charge de biomasse dans la matrice de caoutchouc. Après vieillissement thermique-oxydant, la recombinaison de la chaîne caoutchouteuse courte fracturée permet l'augmentation progressive de la densité de réticulation de tous les composites SBR (Figure 6b) [46].

Cistanche peut Anti-âge

Pour l'augmentation la plus lente de la densité de réticulation SBR/ST-30, on peut conclure que 30 phr d'effet anti-âge de silice-s-TP est excellent dans la matrice de caoutchouc. De plus, la conservation des propriétés mécaniques des composites SBR/silice-s-TP a montré une évaluation directe du processus de vieillissement : la résistance à l'oxydation de tous les échantillons de SBR diminue pendant l'allongement du temps de vieillissement thermique-oxydant et conduit à une diminution significative de la la résistance à la traction et l'allongement à la rupture, comme le montrent les figures 6c,d. En particulier, le taux de diminution du composite SBR/ST-30 est le plus lent, et le taux de rétention de la résistance à la traction peut rester supérieur à 80 % et l'allongement relatif à la rupture peut être maintenu au-dessus de 75 % après neuf jours de vieillissement. Cela indique que l'incorporation de 30 phr de silice-s-TP dans la matrice de caoutchouc offre une activité anti-vieillissement à long terme qui retarde le processus de vieillissement. De plus, le mécanisme de la silice-s-TP dans la matrice de caoutchouc pour empêcher le vieillissement thermique-oxydatif et l'irradiation UV a été présenté à la figure 6e. La structure de la charge anti-âge de biomasse est probablement similaire à celle de l'antioxydant phénolique encombré. Lorsque l'échantillon SBR / silice-s-TP a été exposé à une oxydation thermique ou à une irradiation UV, le groupe hydroxyle phénolique encombré à la surface de la silice-s-TP est extrêmement instable et facile à perdre des électrons, et le per-oxyradical formé par le la rupture de la chaîne moléculaire du caoutchouc peut être rapidement capturée, ce qui conduit à l'élimination des radicaux libres. Par conséquent, l'antioxydant de biomasse de la silice-s-TP peut non seulement améliorer efficacement la propriété anti-vieillissement du caoutchouc, mais également renforcer la propriété physico-mécanique de la matrice de caoutchouc en tant que sorte de nanocharge de biomasse.

Les figures 7a et b montrent les rétentions de résistance à la traction et d'allongement à la rupture pour les feuilles de SBR/silice-s-TP après vieillissement aux UV pendant un, deux et trois jours. De toute évidence, les ultraviolets ont eu un impact critique sur les performances mécaniques de tous les échantillons de SBR/silice-s-TP. Les rétentions de résistance à la traction et d'allongement à la rupture des composites SBR/silice-s-TP ont diminué rapidement avec l'augmentation du temps de vieillissement aux UV, en raison de la fragmentation des chaînes macromoléculaires de caoutchouc. Cependant, avec l'augmentation de la teneur en filtres de biomasse anti-âge, l'incorporation de silice-s-TP dans les composites SBR a présenté une efficacité de résistance au vieillissement préférable lors de l'exposition à long terme aux ultraviolets. Sans surprise, la résistance à la traction et l'allongement à la rupture du composite SBR/ST-30 restent tous deux à 55 % et 77 %, ce qui prouve l'excellente efficacité anti-vieillissement UV de la silice-s-TP. Les photographies optiques de la surface du composite SBR après trois jours d'exposition aux UV sont affichées sur la figure 7c-g. Pour les SBR incorporés avec une teneur en silice-s-TP supérieure à 20 phr, les fissures sont peu profondes et discontinues. Au contraire, des fissures profondes et continues sont détectées à la surface du composite qui est incorporé avec une teneur plus faible en silice-s-TP. Cela est probablement dû au fait que la teneur plus élevée en silice-s-TP apporte une abondance de TP dans ces composites pour empêcher la croissance de fissures avec les polymères. Comme le montre la figure 7h, la densité de fissures de chaque échantillon montre une forte tendance à la baisse après l'ajout de la teneur en charge supérieure à 20 phr par 100 phr de caoutchouc. Les fissures croissantes dans le processus de réaction se termineront en raison de la rencontre des particules inertes, et les fissures ne peuvent se développer davantage qu'en cassant ou en sautant les particules inertes [46]. Par conséquent, le TP immobilisé à la silice avec modération a assuré une distribution plus stable et homogène de la charge anti-vieillissement de la biomasse dans la matrice SBR, donnant lieu à la propriété anti-vieillissement exceptionnelle que les échantillons de remplissage insuffisants.

4. Conclusions

En résumé, une nouvelle nanocharge anti-âge de biomasse hybride pour améliorer la stabilité thermo-oxydative et la résistance au vieillissement UV du SBR sans ajouter d'autres antioxydants traditionnels à petites molécules a été rapportée, en raison des polyphénols de thé vert immobilisés sur la surface de la silice. La fonctionnalisation de la surface de la silice avec du TP a démontré la propriété souhaitable de présenter une stabilité thermique-oxydative améliorée, en particulier en ajoutant 30 phr de silice-s-TP dans la matrice SBR. De plus, avec l'augmentation de la teneur en silice-s-TP, la propriété de résistance au vieillissement UV a augmenté progressivement. Contrairement à l'antioxydant traditionnel à faible molécule, la silice-s-TP a non seulement montré une dispersion de charge exceptionnelle et une interaction interfaciale caoutchouc-charge, mais a également montré une stabilité et une volatilité améliorées. Les résultats offrent également une source d'inspiration pour l'application du matériau anti-âge de la biomasse dans les pneus verts, les additifs de caoutchouc respectueux de l'environnement et les zones de nanocharge fonctionnelles.

Cet article est extrait de Materials 2020, 13, 4045 ; doi:10.3390/ma13184045 www.mdpi.com/journal/materials