Cải thiện đồng thời khả năng lưu hóa, cơ học, tính chống oxy hóa và giảm tải lượng ZnO của composite NR chứa silica bằng cách bổ sung các điểm carbon thô giá rẻ qua phương pháp nghiền nóng truyền thống

Chao-Ying Sun1, Hai-Jun Ji1, Li-Wei Li1, Hui Yang1, Xiao-Peng An1, Yi-Ping Chen1, Ming-Jian Han1, Can Jiang2, Li-Qun Zhang1, Peng Yu2, Run-Guo Wang1
1State Key Laboratory of Organic-Inorganic Composites, Beijing University of Chemical Technology, Beijing, China
2School of Materials Science and Engineering, Wuhan Institute of Technology, Wuhan, China

Tóm tắt

Các loại cao su hay elastomer đóng vai trò quan trọng trong công nghệ cao và đời sống hàng ngày dân dụng nhờ vào các tính chất độc đáo và chiến lược của chúng. Nói chung, các phụ gia cao su là những thành phần thiết yếu cho ứng dụng thực tiễn của cao su. Hiện nay, việc phát triển các phụ gia đa chức năng mới đã thu hút sự chú ý nghiên cứu ngày càng nhiều. Trong công trình này, các điểm carbon thô giá rẻ (CCDs) được sử dụng làm phụ gia đa chức năng cho hệ thống cao su tự nhiên/silica (mà không cần sửa đổi bổ sung) thông qua phương pháp hòa trộn nóng tương thích công nghiệp. Kết quả cho thấy CCDs có thể phân tán tốt trong hệ NR/silica và chúng không chỉ đem lại khả năng chống lão hóa tuyệt vời cho hợp chất cao su nhờ hoạt động quét gốc tự do của CCDs do chứa nhiều loài chứa nitơ, mà còn cải thiện tốc độ lưu hóa và hiệu suất cơ học của composite cao su. Ngoài ra, CCDs còn có thể giảm lực cản lăn của các composite cao su (giá trị tanδ ở biến dạng 7% của composite cao su có thể giảm 34%), điều này hứa hẹn cho ứng dụng trong ngành công nghiệp lốp xe tiết kiệm năng lượng. Cuối cùng, việc bổ sung CCDs có thể làm giảm đáng kể lượng ZnO tối thiểu 40% trong composite cao su mà không làm suy giảm hiệu suất của nó. Tổng thể, công trình này cung cấp hướng dẫn giá trị để phát triển các phụ gia mới, giá rẻ nhưng hiệu quả cho elastomer.

Từ khóa

#Cao su #phụ gia đa chức năng #điểm carbon thô #tính chống lão hóa #silica #tải lượng ZnO

Tài liệu tham khảo

Feldman, D. Natural rubber nanocomposites. J. Macromol. Sci. Part A: Pure Appl.Chem. 2017, 54, 629–634. Luo, K. Q.; You, G. H.; Zhao, X. Y.; Lu, L.; Wang, W. C.; Wu, S. Z. Synergistic effects of antioxidant and silica on enhancing thermo-oxidative resistance of natural rubber: insights from experiments and molecular simulations. Mater. Des. 2019, 181, 107944. Guo, X. H.; Luo, Y. F.; Chen, L. J.; Zhang, B. W.; Chen, Y. J.; Jia, D. M. Biomass antioxidant silica supported tea polyphenols with green and high-efficiency free radical capturing activity for rubber composites. Compos. Sci. Technol. 2022, 220, 109290. Wu, S.; Qiu, M.; Guo, B.; Zhang, L.; Lvov, Y. Nanodot-loaded clay nanotubes as green and sustained radical scavengers for elastomer. ACS Sustainable Chem. Eng. 2017, 5, 1775–1783. Hansson, C. Allergic contact dermatitis from (N-(1,3-dimethylbutyl)-N′-phenyl-p-phenylenediamine and from compounds in polymerized 2,2,4-trimethyl-1,2-dihydroquinoline. Contact Dermatitis. 1994, 30, 114–5. Sahoo, S.; Bhowmick, A. K. Influence of ZnO nanoparticles on the cure characteristics and mechanical properties of carboxylated nitrile rubber. J. Appl. Polym. Sci. 2007, 106, 3077–3083. Sun, Y.; He, J.; Zhong, B.; Zhu, L.; Liu, F. A synthesized multifunctional rubber additive and its improvements on the curing and antioxidative properties of styrene-butadiene rubber/silica composites. Polym. Degrad. Stabil. 2019, 170. Rhodes, E. P.; Ren, Z.; Mays, D. C. Zinc leaching from tire crumb rubber. Environ. Sci. Technol. 2012, 46, 12856–12863. Kang, Z.; Lee, S. T. Carbon dots: advances in nanocarbon applications. Nanoscale. 2019, 11, 19214–19224. Gonzalez-Gonzalez, R. B.; Gonzalez, L. T.; Madou, M.; Leyva-Porras, C.; Martinez-Chapa, S. O.; Mendoza, A. Synthesis, purification, and characterization of carbon dots from non-activated and activated pyrolytic carbon black. Nanomaterials 2022, 12, 298. Mkhari, O.; Ntuli, T. D.; Coville, N. J.; Nxumalo, E. N.; Maubane-Nkadimeng, M. S. Supported carbon-dots: a review. J. Lumin. 2023, 255, 119552. Jin, G.; Lu, Y.; Yu, P.; Zhang, L. Simple method to prepare fluorescent silicon rubber by melt-compounding with crude carbon dots fluid. Mater. Today Commun. 2021, 27102413. Huangfu, S.; Jin, G.; Sun, Q.; Li, L.; Yu, P.; Wang, R.; Zhang, L. The use of crude carbon dots as novel antioxidants for natural rubber. Polym. Degrad. Stabil. 2021, 186109506. Suzuki, T.; Osaka, N.; Endo, H.; Shibayama, M.; Ikeda, Y.; Asai, H.; Higashitani, N.; Kokubo, Y.; Kohjiya, S. Nonuniformity in cross-linked natural rubber as revealed by contrast-variation small-angle neutron scattering. Macromolecules 2010, 43, 1556–1563. Qu, S.; Wang, X.; Lu, Q.; Liu, X.; Wang, L. A biocompatible fluorescent ink based on water-soluble luminescent carbon nanodots. Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 12215–12218. Lin, M.; Zheng, Z.; Yang, L.; Luo, M.; Fu, L.; Lin, B.; Xu, C. A high-performance, sensitive, wearable multifunctional sensor based on rubber/CNT for human motion and skin temperature detection. Adv. Mater. 2022, 34, e2107309. Verma, N. C.; Yadav, A.; Nandi, C. K. Paving the path to the future of carbogenic nanodots. Nat. Commun. 2019, 10, 2391. Jiang, C.; He, H.; Yao, X. J.; Yu, P.; Zhou, L.; Jia, D. M. Self-crosslinkable lignin/epoxidized natural rubber composites. J. Appl. Polym. Sci. 2014, 131, 41166. Wu, X.; Liu, H.; Tang, Z.; Guo, B. Scalable fabrication of thermally conductive elastomer/boron nitride nanosheets composites by slurry compounding. Compos. Sci. Technol. 2016, 123, 179–186. Tang, Z.; Liu, X.; Hu, Y.; Zhang, X.; Guo, B. A slurry compounding route to disperse graphene oxide in rubber. Mater. Lett. 2017, 191, 93–96. He, S.; He, T.; Wang, J.; Wu, X.; Xue, Y.; Zhang, L.; Lin, J. A novel method to prepare acrylonitrile-butadiene rubber/clay nanocomposites by compounding with clay gel. Compos. Part B. Eng. 2019, 167, 356–361. Xu, C.; Chen, Y.; Zeng, X. A study on the crosslink network evolution of magnesium dimethacrylate/natural rubber composite. J. Appl. Polym. Sci. 2012, 125, 2449–2459. Thomson, J. W.; Nagashima, K.; Macdonald, P. M.; Ozin, G. A. From sulfur-amine solutions to metal sulfide nanocrystals: peering into the oleylamine-sulfur black box. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 5036–5041. Zhang, Y.; Pavlopoulos, N. G.; Kleine, T. S.; Karayilan, M.; Glass, R. S.; Char, K.; Pyun, J. Nucleophilic activation of elemental sulfur for inverse vulcanization and dynamic covalent polymerizations. J. Polym. Sci. Part A: Polym. Chem. 2018, 57, 7–12. Chung, J.-Y.; Hwang, U.; Kim, J.; Kim, N. Y.; Nam, J.; Jung, J.; Kim, S. H.; Cho, J. K.; Lee, B.; Park, I. K.; Suhr, J.; Nam, J. D. Amine-functionalized lignin as an eco-friendly antioxidant for rubber compounds. ACS Sustainable Chem. Eng. 2023, 11, 2303–2313. Yasuda, Y.; Minoda, S.; Ohashi, T.; Yokohama, H.; Ikeda, Y. Two-phase network formation in sulfur crosslinking reaction of isoprene rubber. Macromol. Chem. Phys. 2014, 215, 971–977. Ikeda, Y.; Yasuda, Y.; Ohashi, T.; Yokohama, H.; Minoda, S.; Kobayashi, H.; Honma, T. Dinuclear bridging bidentate zinc/stearate complex in sulfur cross-linking of rubber. Macromolecules 2015, 48, 462–475. Shen, M.; Zhao, F.; Wang, S.; Zhao, S. Effect of type and load of silica on dynamic properties of solution styrene-butadiene rubber/butadiene rubber. J. Macromol. Sci. Part B: Phys. 2012, 52, 398–406. Chen, Y.; Xu, C. Stress softening of NR reinforced by in situ prepared zinc dimethacrylate. J. Appl. Polym. Sci. 2011, 123, 833–841. Luo, M.; Liao, X.; Liao, S.; Zhao, Y. Mechanical and dynamic mechanical properties of natural rubber blended with waste rubber powder modified by both microwave and sol-gel method. J. Appl. Polym. Sci. 2013, 129, 2313–2320. Ji, H.; Yang, H.; Li, L.; Sun, C.; Zhou, X.; Wang, R.; Zhang, L. Development of sustainable tire tread using novel biobased itaconate elastomers. ACS Sustainable Chem. Eng. 2023, 11, 15826–15840. Ji, H.; Yang, H.; Zhou, X.; Sun, C.; Li, L.; Zhao, S.; Yu, J.; Li, S.; Wang, R.; Zhang, L. Preparation of bio-based elastomer and its nanocomposites based on dimethyl itaconate with versatile properties. Compos. Part B. Eng. 2023, 248. Wang, D.; Tang, Z.; Huang, R.; Duan, Y.; Wu, S.; Guo, B.; Zhang, L. Interface coupling in rubber/carbon black composites toward superior energy-saving capability enabled by amino-functionalized polysulfide. Chem. Mater. 2022, 35, 764–772. Zhao, W.; Dufresne, A.; Li, A.; An, H.; Shen, C.; Yu, P.; Jiang, X.; Wang, R.; Zhang, L. Use of lignin-based crude carbon dots as effective antioxidant for natural rubber. Int. J. Biol. Macromol. 2023, 253, 126594. Xu, C.; Chen, Y.; Huang, J.; Zeng, X.; Ding, J. Thermal aging on mechanical properties and crosslinked network of natural rubber/zinc dimethacrylate composites. J. Appl. Polym. Sci. 2011, 124, 2240–2249. Chen, Y.; Xu, C. Crosslink network evolution of nature rubber/zinc dimethacrylate composite during peroxide vulcanization. Polym. Compos. 2011, 32, 1505–1514.