Name: Otrzymywanie i właściwości kauczuku sieciowanego termoodwracalnie za pomocą chemii Diels-Alder (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-08-25T15:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 2 s
Description: Poznaj metodę otrzymywania kauczuku sieciowanego termoodwracalnie za pomocą chemii Diels-Aldera. Technika ta umożliwia recykling gum i tworzenie przerabialnych materiałów polimerowych.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

To badanie stanowi część programu badawczego Holenderskiego Instytutu Polimerów, projekt #749.

1. Modyfikacja gumy
<ol>
	<li>Przed rozpoczęciem eksperymentu należy przygotować gumę EPM szczepioną bezwodnikiem maleinowym (EPM-g-MA, 49% mas. etylenu, 2,1% mas. MA, Mn = 50 kg/mol, PDI = 2,0) oraz furfurylaminę (FFA), zgodnie z opisem w krokach 1.1.1-1.1.4.5
	<ol>
		<li>Suszyć gumę EPM-g-MA w suszarce próżniowej przez jedną godzinę w temperaturze 175 °C aby przekształcić obecny kwas dwu podstawowy w bezwodnik.11</li>
		<li>W prasie na gorąco wykonaj formowanie kompresyjne folii gumowej o grubości 0,1 mm przez 10 min w 150 °C oraz 10 bar.</li>
		<li>Zarejestruj widmo transmisyjne w podczerwieni otrzymanej błony po umieszczeniu jej w uchwycie do tabletek KBr. 
		UWAGA: Konwersja zhydrolizowanego kwasu dwukarboksylowego do bezwodnika jest zakończona, jeśli typowy pik kwasu karboksylowego (<img alt="Równowaga statyczna, ΣFx=0, symbol wektora, pojęcie fizyczne, schemat do celów edukacyjnych." src="/files/ftp_upload/54496/54496eq_v-sCO.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Równanie"> = 1,710 cm-1) nie występuje, a charakterystyczny pik bezwodnika cyklicznego (<img alt="Równanie spektroskopowe: ν̄_CO^as; schemat analizy częstotliwości drgań." src="/files/ftp_upload/54496/54496eq_v-asCO.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Równanie"> = 1,856 cm-1) jest obecny.5</li>
		<li>Korzystając ze standardowego zestawu szklanego do destylacji, przeprowadź destylację 2,8 g FFA (temperatura wrzenia = 145 °C, 28,9 mmol; 3,0 eq. w stosunku do zawartości MA w EPM-g-MA) pod ciśnieniem atmosferycznym.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przygotować 10% wagowy roztwór kauczuku, odważając 45,0 g kauczuku EPM-g-MA (9,6 mmol MA) i rozpuszczając go w 50 ml tetrahydrofuranu (THF) w 23 °C w zamkniętym zlewce przy intensywnym mieszaniu.</li>
	<li>Dodaj 2,8 g świeżo przedestylowanego FFA do 10% wagowo roztworu kauczuku.</li>
	<li>Mieszać mieszaninę reakcyjną w układzie zamkniętym w temperaturze 23 °C przez co najmniej 1 godz.</li>
	<li>Wytrącaj mieszaninę reakcyjną, wlewając ją powoli do dziesięciokrotnej objętości (5 l) acetonu przy ciągłym mieszaniu mechanicznym, aż do otrzymania produktu polimerowego w postaci białych nici, które można łatwo wyłowić z zlewki za pomocą dużych pęsety.</li>
	<li>Suszyć zebrany produkt (EPM-g-furan) do stałej wagi w suszarce próżniowej w temperaturze 35 °C (trwa to około 1 dnia).</li>
	<li>Wytłocz uzyskany, lekko żółtawy produkt w formie umieszczonej pomiędzy dwiema metalowymi płytami w prasie termicznej przez 10 min w temperaturze 175 °C oraz 10 bar w celu przekształcenia pośredniego produktu w postaci kwasu maleamiciego w produkt imidowy.</li>
	<li>Potnij otrzymaną gumową płytkę nożyczkami na małe kawałki (0,05 g), a następnie dokładnie je wypłucz, zanurzając w acetonie, aby usunąć nieprzereagowany FFA.</li>
	<li>Zarejestruj widmo transmisyjne w podczerwieni produktu w uchwycie do tabletek KBr po uformowaniu go metodą prasowania na gorąco w film o grubości 0,1 mm.5 
	UWAGA: Brak pozostałego amidu-kwasu można wywnioskować z braku piku przy 1530 cm⁻¹-1.39, 40 Najbardziej reprezentatywną oznaką pomyślnej modyfikacji jest niemal całkowite zaniknięcie <img alt="Równanie spektroskopowe: ν̄_CO^as; schemat do analizy częstotliwości drgań." src="/files/ftp_upload/54496/54496eq_v-asCO.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Równanie"> przy 1,856 cm-1 bezwodnika oraz pojawienia się <img alt="Równowaga statyczna, ΣFx=0, symbol wektora, pojęcie fizyczne, schemat do celów edukacyjnych." src="/files/ftp_upload/54496/54496eq_v-sCO.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Równanie"> przy 1,710 cm-1 or drganie rozciągające wiązania C-N (<img alt="Koncepcja równowagi statycznej; symbol: v̅CN^s; schemat fizyczny; metoda analizy sił." src="/files/ftp_upload/54496/54496eq_v-sCN.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Równanie"> = 1,378 cm-1) maleimidu.</li>
	<li>Wyznacz stopień konwersji reakcji EPM-g-MA do EPM-g-furanu na podstawie spadku absorbancji symetrycznych drgań rozciągających grupy C=O grup anhydrydowych (<img alt="Równanie spektroskopowe: ν̄_CO^as; schemat analizy częstotliwości drgań." src="/files/ftp_upload/54496/54496eq_v-asCO.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Równanie">= 1,856 cm-1) poprzez całkowanie pól pod poszczególnymi pikami w podczerwieni (FT-IR) po dekonwolucji (R2 &gt; 0.95).5 
	UWAGA: drgania kołyszące grupy metylowej (<img alt="równanie równowagi statycznej, diagram ρ^ip_CH2, wzór edukacyjny, badanie naukowe" src="/files/ftp_upload/54496/54496eq_rho_ip_CH3.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Równanie"> = 723 cm-1), pochodzący z rdzenia EPM, pozostaje niezmieniony po modyfikacji i może służyć jako referencja wewnętrzna.</li>
	<li>Wyznaczyć stopień konwersji modyfikacji, przeprowadzając analizę elementarną (EA) zawartości N, C i H w wypłukanych i wysuszonych próbkach gumy.5 
	UWAGA: Zawartość molową można wyprowadzić z zmierzonych wartości procentowych masy. Molowa zawartość azotu w EPM-g-furan jest równa zawartości wszczepionych grup furanowych. Stopień konwersji można obliczyć, porównując stosunek molowy monomeru z wszczepionym MA do niewszczepionych monomerów EPM w prekursorze EPM-g-MA (7,69 x 10-3) z zachowaniem stosunku molowego N:EPM w próbce EPM-g-furan.</li>
	<li>Pomiar twardości w skali Shore A dla próbek formowanych przez prasowanie należy przeprowadzić co najmniej 10 razy, dociskając durometr do próbki gumowej w taki sposób, aby objąć całą cylindryczną powierzchnię pomiarową durometru.5 
	UWAGA: Do tych badań należy użyć próbek o grubości 2 ± 0,1 mm.</li>
	<li>Zmierz wydłużenie (przy zerwaniu) oraz wytrzymałość na rozciąganie, przeprowadzając próby rozciągania na próbkach o grubości około 1 mm i szerokości 5 mm, przy długości pomiarowej 15 mm i prędkości rozciągania 50 ± 50 mm/min. Wyznacz moduł Younga z początkowego nachylenia otrzymanych krzywych naprężenie-odkształcenie. 
	UWAGA: Dla każdego pomiaru przebadaj 10 próbek i odrzuć dwie wartości odstające o najwyższej i najniższej wartości.</li>
	<li>Wyznacz odkształcenie trwałe po ściskaniu w 23 °C poprzez ściskanie próbek cylindrycznych o grubości 6 ± 0,1 mm (t0) i średnicą 13 ± 0,1 mm pomiędzy dwiema płytkami metalowymi do 3/4th ich początkowej grubości (tn) przez 70 h, a następnie pozostawić do odpoczynku w 50 °C przez 30 min, a następnie zmierz grubość (ti). 
	UWAGA: Wartość odkształcenia trwałe po ściskaniu można wyznaczyć z (t0-ti/)(t0-tn).</li>
</ol>
2. Sieciowanie metodą Dielsa-Aldera i przetwarzanie
<ol>
	<li>Przed rozpoczęciem eksperymentu należy zsyntetyzować alifatyczny bismaleimid (BM) z didodecyloaminy i bezwodnika maleinowego (MA) zgodnie z opisaną procedurą.41</li>
	<li>Odważ 40,0 g gumy EPM-g-furan (zawartość furanu 8,6 mmol) oraz 0,04 g fenolowego przeciwutleniacza (propionian oktadecylu-1-[3,5-di-tert-butyl-4-hydroksyfenylu]) i rozpuść je w dużym, zamkniętym zlewce w 500 ml THF w 23 °C.</li>
	<li>Do zlewki z 10% wagowo roztworem dodać 1,48 g alifatycznego bismaleimidu (4,3 mmol, 0,5 eq. w stosunku do zawartości furanu w EPM-g-furan).</li>
	<li>Mieszać mieszaninę reakcyjną przez co najmniej 1 h w temperaturze 50 °C w zamkniętym zlewce, a następnie zdjąć zakrętkę, aby otworzyć układ i odparować rozpuszczalnik. Odparowanie THF można również przeprowadzić za pomocą wirówki rotacyjnej.</li>
	<li>Suszyć zebrany produkt do stałej masy w suszarce próżniowej w temperaturze 35 °C.</li>
	<li>Poddaj produkt prasowaniu w formie przez 30 min w temperaturze 175 °C oraz 10 bar.</li>
	<li>Przeprowadź wyżarzanie otrzymanego produktu, przechowując go w inkubatorze w temperaturze 50 °C przez co najmniej trzy dni.</li>
	<li>Pokrojoną nożyczkami otrzymaną płytkę gumową na małe kawałki (0,05 g), a następnie dokładnie przemyj je, zanurzając w acetonie w celu usunięcia nieprzereagowanych komponentów, i uformuj za pomocą prasowania w film o grubości 0,1 mm.</li>
	<li>Zarejestruj widmo transmisyjne w podczerwieni otrzymanej błony w uchwycie do tabletekKBr, stosując tę samą konfigurację, która została opisana w punkcie 1.9.1.5</li>
	<li>Wyznacz stopień konwersji sieciowania na podstawie względnego spadku drgań rozciągających symetrycznych wiązań C-O-C w pierścieniach furanowych (<img alt="Symbol równowagi statycznej, ν̅sCOC, równanie; zastosowanie edukacyjne; zwięzły zapis naukowy." src="/files/ftp_upload/54496/54496eq_v-sCOC.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Równanie"> = 1,013 cm-1) zgodnie z opisem w punkcie 1.10.5</li>
	<li>Wyznaczyć stopień konwersji sieciowania, przeprowadzając analizę elementarną (EA) na zawartość N, C i H w wypłukanych i wysuszonych próbkach gumy.5</li>
	<li>Wyznacz twardość Shore'a A, moduł Younga, wydłużenie przy zerwaniu, wytrzymałość na rozciąganie oraz trwałe odkształcenie po ściskaniu w 23 °C w ten sam sposób, jak opisano w punktach 1.12-14.</li>
	<li>Przetworzyć próbki po wykonaniu testu, tnąc je nożyczkami na małe fragmenty (± 50 mm)3) i prasowanie tych próbek w tych samych warunkach w celu otrzymania nowych, jednorodnych próbek o tych samych wymiarach.</li>
</ol>
3. Wulkanizacja nadtlenkowa i siarkowa ENB-EPDM
<ol>
	<li>Podgrzać wewnętrzny mieszalnik okresowy do 70 °C i ustawić prędkość obrotową na 50 rpm. 
	UWAGA: Wstępny etap kondycjonowania poprzez przepłukanie komory azotem zapewnia lepszą kontrolę procesów sieciowania.</li>
	<li>Wprowadzić 18,1 g ENB-EPDM (48% wag. etylenu, 5,5% wag. ENB) do wewnętrznego mieszalnika okresowego, aby osiągnąć 70% stopień wypełnienia, i mieszać przez 2 min w celu uzyskania jednorodnej stopiny.</li>
	<li>Dodać 1,25 phr nadtlenku (di(tert-butylperoxy-isopropyl) benzenu) lub 1,8 phr standardowego, półefektywnego systemu wulkanizacji siarkowej o czystości 80% i mieszać z kauczukiem przez 3 min w temperaturze 70 °C.</li>
	<li>Prasować otrzymaną mieszankę w prasie termicznej przez 30 min w temperaturze 175 °C i pod ciśnieniem 100 bar w celu jej utwardzenia.</li>
	<li>Wyznaczyć twardość Shore A, moduł Younga, wydłużenie przy zerwaniu oraz wytrzymałość na rozciąganie i odkształcenie trwałe w sposób opisany w punktach 1.12-14.</li>
</ol>
4. Wyznaczanie gęstości usieciowania
<ol>
	<li>Wyciąć nożyczkami kawałek sieciowanej gumy formowanej przez prasowanie o masie około 50 mg.
	<ol>
		<li>Dokładnie określić masę początkową próbki gumy, ważąc ją w szklanej fiolce o pojemności 20 ml (W0).</li>
		<li>Zanurzyć odważoną gumę w 15 ml decalinu.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Pozostawić gumę do spęcznienia w decalinie, aż jej masa przestanie wzrastać i zostanie osiągnięte pęcznienie równowagowe (około 3 dni).</li>
	<li>Ostrożnie wyjąć spęcznioną próbkę z fiolki i delikatnie osuszyć powierzchnię ręcznikiem papierowym, aby usunąć rozpuszczalnik z powierzchni, nie ściskając próbki.</li>
	<li>Zważyć spęcznioną próbkę gumy w nowej fiolce na próbki (W1).</li>
	<li>Wysuszyć spęcznioną próbkę w suszarce próżniowej w temperaturze 80 °C aż do uzyskania stałej masy i określić masę suchego materiału (W2).</li>
	<li>Obliczyć zawartość żelu z wzoru W2/W0 x 10%</li>
	<li>Wyznaczyć gęstość sieciowania ([XLD] w mol/cm3) za pomocą równania Flory-Rehnera 42, 43, [XLD]= (ln(1-VR)+VR +χVR2)/(2VS(0.5VR-VR1/3) , gdzie VS to objętość molowa rozpuszczalnika (dekalin: 154 ml/mol w 23 °C), χ to parametr oddziaływania (dekalin-EPDM: 0.121 + 0.278VR44), a VR to ułamek objętości gumy w spęcznionej próbce, który można wyznaczyć z wzoru W2/(W2+(W1-W2)∙ρEPM-g-furan/ρdecalin), przyjmując gęstości (ρ) odpowiednio 860 kg/m3 dla EPM-g-furan i 896 kg/m3 dla decalinu.</li>
</ol>

Autor, Martin van Duin, jest pracownikiem koncernu Lanxess Elastomers B.V., który produkuje kauczuki EPM-g-MA wykorzystywane w tym artykule.

Komercyjna guma EPM-g-MA została termoodwracalnie usieciowana w prostym, dwuetapowym podejściu. Kauczuk maleowany został po raz pierwszy zmodyfikowany za pomocą FFA w celu zaszczepienia grup furanu na szkielecie gumy. Powstałe w ten sposób oczekujące furany wykazują reaktywność jako Diels-Alder dienes. Jako środek sieciujący zastosowano alifatyczny BM, w wyniku czego powstał termoodwracalny most między dwoma ugrupowaniami furanu. Obie reakcje zakończyły się sukcesem z dobrymi konwersjami (> 80%) zgodnie ze spektroskopią ...

Wulkanizacja siarką oraz sieciowanie nadtlenkowe to obecnie główne przemysłowe techniki sieciowania w przemyśle gumowym, które prowadzą do powstania nieodwracalnych wiązań chemicznych uniemożliwiających ponowne przetwarzanie stopu.1, 2 Podejście „cradle to cradle” w celu recyklingu gum sieciowanych wymaga materiału, który w warunkach eksploatacyjnych zachowuje się podobnie do gum trwale sieciowanych, wykazując jednocześnie przetwórność i pełną recyklowalność termoplastu w wysokich temperaturach. Metoda pozwalająca osiągnąć taką recyklowalność wykorzystuje sieci gumowe z odwracalnymi wiązaniami sieciującymi, które reagują na zewnętrzny bodziec, taki jak temperatura (co jest najbardziej wykonalne z punktu widzenia przyszłych zastosowań przemysłowych).3-5 Tworzenie się tych wiązań w stosunkowo niskich temperaturach eksploatacyjnych jest niezbędne dla zapewnienia dobrych właściwości mechanicznych gumy, podczas gdy ich rozrywanie w wysokich temperaturach (zbliżonych do temperatury przetwarzania pierwotnej mieszanki niesieciowanej) umożliwia recykling materiału.
Niektóre specyficzne materiały mogą być odwracalnie sieciowane poprzez wykorzystanie tak zwanych dynamicznych sieci kowalencyjnych w reakcjach polikondensacji6 lub poprzez tzw. odwracalne zamrażanie topologii sieci w reakcjach transestryfikacji.7-9 Wadą tych podejść jest konieczność projektowania i syntezy nowych polimerów, zamiast modyfikowania istniejących, komercyjnych gum, które posiadają już pożądane właściwości. Techniki termoodwracalnego sieciowania gum obejmują wiązania wodorowe, oddziaływania jonowe oraz wiązania kowalencyjne, takie jak termoaktywowane przegrupowania dwusiarczkowe.10-13 Ostatnio opracowano termoodwracalne sieciowanie z wykorzystaniem chemii Diels-Aldera (DA).14-21 Chemia DA może być stosowana w szerokim zakresie polimerów i stanowi popularny wybór, zwłaszcza że reakcja DA charakteryzuje się stosunkowo szybką kinetyką i łagodnymi warunkami reakcji.17, 2-24 Niskie temperatury sprzęgania i wysokie temperatury rozsprzęgania sprawiają, że furan i maleimid są doskonałymi kandydatami do odwracalnego sieciowania polimerów.18-20, 25-28
Celem niniejszej pracy jest przedstawienie metody wykorzystania chemii DA jako termoodwracalnego narzędzia sieciowania dla przemysłowego produktu gumowego (Rysunek 1).5 W pierwszej kolejności należy zwiększyć reaktywność nasyconych elastomerów węglowodorowych, takich jak gumy etylenowo-propylenowe (EPM). Przykładem o znaczeniu komercyjnym, który to umożliwia, jest inicjowane nadtlenkiem szczepienie wolnorodnikowe bezwodnika maleinowego (MA).29-34 Po drugie, grupę furanową można zaszczepić na tak zmodyfikowanej gumie EPM poprzez wprowadzenie furfurylaminy (FFA) do wiszącego bezwodnika w celu utworzenia imidu.35, 36 Wreszcie, przyłączone w ten sposób do szkieletu gumy fragmenty furanowe mogą uczestniczyć w termoodwracalnej chemii DA jako dien bogaty w elektrony.25, 37 Bise maleimid (BM), ubogi w elektrony, jest odpowiednim dienofilem dla tej reakcji sieciowania.19, 26, 38
<img alt="Schemat reakcji polimeryzacji, proces indukowany ciepłem, wzór chemiczny, struktura molekularna." src="/files/ftp_upload/54496/54496fig1.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Rycina 1"> 
Rycina 1. Schemat reakcji. Szczepienie furanu i sieciowanie bismaleimidem gumy EPM-g-MA (reprodukowano za zgodą z 5). <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/54496/54496fig1large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>

<table><tbody><tr><td>ENB-EPDM</td><td>LANXESS Elastomers B.V.</td><td>Keltan 8550C</td><td></td></tr><tr><td>EPM-g-MA</td><td>LANXESS Elastomers B.V.</td><td>Keltan DE5005</td><td>Piekarnik próżniowy przez godzinę przy 175&nbsp; &deg; C</td></tr><tr><td>furfurylamina</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>F20009</td><td>Świeżo destylowana przed użyciem</td></tr><tr><td>di-dodecylamina</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>36784</td><td></td></tr><tr><td>bezwodnik maleinowy</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>M0357</td><td></td></tr><tr><td>oktadecylo-1-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroksyfenylo)propionian</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>367079</td><td></td></tr><tr><td>bis(tert-butyloperoksy-izopropylo)benzen</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>531685</td><td></td></tr><tr><td>tetrahydrofuran</td><td>Naklejka Sigma-Aldrich</td><td>401757</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Sigma-Aldrich</td><td>294772</td><td></td></tr><tr><td>aceton</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>320110</td><td></td></tr></tbody></table>

otrzymywanie i właściwości kauczuku sieciowanego termoodwracalnie za pomocą chemii diels-alder

The Preparation and Properties of Thermo-reversibly Cross-linked Rubber Via Diels-Alder Chemistry

Pokazano metodę użycia chemii termoodwracalnej Diels Alder jako narzędzia do sieciowania wyrobów gumowych. W tej pracy dostępny na rynku kauczuk etylenowo-propylenowy, szczepiony bezwodnikiem maleinowym, jest termoodwracalnie sieciowany w dwóch etapach. Oczekujące na przyjęcie ugrupowania bezwodnikowe są najpierw modyfikowane furfuryloaminą w celu przeszczepienia grup furanu do szkieletu gumy. Te wiszące grupy furanowe są następnie sieciowane z bis-maleimidem w reakcji sprzężenia Dielsa-Aldera. Obie reakcje mogą być przeprowadzane w szerokim zakresie warunków eksperymentalnych i mogą być łatwo stosowane na dużą skalę. Właściwości materiałowe powstałych kauczuków usieciowanych Diels-Alder są podobne do referencyjnego kauczuku etylenowo-propylenowo-dienowego (EPDM) utwardzanego nadtlenkiem. Usieciowania pękają w podwyższonych temperaturach (> 150 °C) w reakcji retro-Dielsa-Aldera i mogą być przekształcane przez wyżarzanie termiczne w niższych temperaturach (50-70 °C). Odwracalność systemu została potwierdzona za pomocą spektroskopii w podczerwieni, testów rozpuszczalności i właściwości mechanicznych. Możliwość recyklingu materiału wykazano również w sposób praktyczny, tj. poprzez pocięcie usieciowanej próbki na małe części i formowanie jej tłocznie w nowe próbki o porównywalnych właściwościach mechanicznych, co nie jest możliwe w przypadku kauczuków sieciowanych konwencjonalnie.

Pomyślną modyfikację EPM-g-MA do EPM-g-furanu oraz sieciowanie bismaleimidem wykazano za pomocą spektroskopii w podczerwieni z transformacją Fouriera (FTIR) (Rycina 2). Obecność grup furanowych w produkcie EPM-g-furan można wywnioskować z rozszczepienia piku rozciągającego wiązań CC alifatycznych (<img alt="Notacja wektorowa struktury chemicznej, wzór: v̅c̅c̅s̅." src="/files/ftp_upload/54496/54496eq_v-sCC.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Równanie"> = 1 050...

Proste dwuetapowe podejście obejmujące modyfikację gumy i sieciowanie daje w pełni nadające się do przeróbki, elastyczne produkty gumowe.

Otrzymywanie i właściwości kauczuku sieciowanego termoodwracalnie za pomocą chemii Diels-Alder

A method for using Diels Alder thermo-reversible chemistry as cross-linking tool for rubber products is demonstrated. In this work, a commercial ...

Ogólnym celem niniejszej procedury jest przygotowanie gumy nadającej się do recyklingu z wykorzystaniem chemii Diels-Alder. Metoda ta może pomóc w odpowiedzi na kluczowe pytania w dziedzinie recyklingu gumy, takie jak sposób kreatywnego utylizowania odpadów. Główną zaletą tej techniki jest uniwersalność zastosowanej metodologii, która może być stosowana w przypadku wielu polimerów i gum.Przygotuj 10% wagowo roztwór gumy, rozpuszczając 45 g maleiniowanego elastomeru etyleno-propylenowego (EPM) w 500 ml tetrahydrofuranu w temperaturze 23 °C w zamkniętym zlewce przy intensywnym mieszaniu. Do 10% roztworu gumy dodaj 2,8 g świeżo destylowanej furfurylaminy. Mieszaj mieszaninę reakcyjną w zamkniętym układzie w temperaturze 23 °C przez co najmniej jedną godzinę.Wytrącenie mieszaniny reakcyjnej przeprowadza się poprzez powolne wlewanie jej do pięciu litrów acetonu przy jednoczesnym mieszaniu mechanicznym. W wyniku tego procesu produkt polimerowy powstaje w postaci białych nici, które można łatwo wyłowić z zlewki za pomocą dużych pęsety. Zebrany produkt modyfikowany furanem suszy się do stałej masy w suszarce próżniowej w temperaturze 35 °C.Wykrawaj otrzymaną płytkę gumową nożyczkami na małe kawałki, a następnie dokładnie je przemyj, zanurzając w acetonie, aby usunąć nieprzereagowaną furfurylaminę. Formuj uzyskany, lekko żółty produkt w prasie termicznej przez 10 minut w temperaturze 175 °C i pod ciśnieniem 100 bar, aby przekształcić pośredni produkt w postaci kwasu amytego w produkt amidowy. Zmierz twardość w skali Shore A próbek uformowanych w prasie co najmniej 10 razy, dociskając durometr do próbki gumy tak, aby pokrył całą cylindryczną powierzchnię pomiarową przyrządu.Zmierz moduł Younga, wytrzymałość na rozciąganie oraz wydłużenie przy zerwaniu, wykonując próby rozciągania na próbkach o grubości około jednego milimetra i szerokości pięciu milimetrów. Zastosuj długość zaciskową 15 milimetrów oraz prędkość rozciągania 500 ± 50 mm/min. Wyznacz odkształcenie trwałe po ściskaniu w temperaturze 23 °C, ściskając próbki cylindryczne między dwiema metalowymi płytami do 3/4 ich początkowej grubości przez 70 godzin.Pozostawić je do odpocznienia w temperaturze 50°C przez pół godziny, a następnie zmierzyć grubość. Odważyć 40 g EPM funkcjonalizowanego furanem oraz 0,4 g przeciwutleniacza fenolowego i rozpuścić je w dużym, zamkniętym zlewce w 500 ml THF w temperaturze 23°C. Do zlewki z 10% roztworem kauczuku dodać 1,48 g alifatycznego bismaleimidu.Mieszaj mieszaninę reakcyjną przez co najmniej jedną godzinę w temperaturze 50 °C w zamkniętym zlewku. Następnie zdejmij pokrywkę, aby otworzyć układ i odparować rozpuszczalnik. Susz zebrany produkt do stałej masy w piecu próżniowym w temperaturze 35 °C.Następnie produkt poddaj formowaniu kompresyjnemu przez 30 minut w temperaturze 175 °C i pod ciśnieniem 100 bar. Wyżarz produkt, przechowując go w piekarniku w temperaturze 50 °C przez co najmniej trzy dni. Wyznacz widmo transmisyjne podczerwieni, twardość w skali Shore A, moduł Younga, wydłużenie przy zerwaniu, wytrzymałość na rozciąganie oraz odkształcenie trwałe po ściskaniu w temperaturze 23 °C, zgodnie z opisem w protokole tekstowym.Przed formowaniem kompresyjnym sieciowanej gumy ważne jest podgrzanie materiału do temperatury powyżej temperatury rozsznurowania (decrossing) w reakcji Dielsa-Cieplera przez pięć minut. Przetwórz próbki po badaniu, tnąc je nożyczkami na małe kawałki, a następnie formując je kompresyjnie w tych samych warunkach w nowe homogeniczne próbki o tych samych wymiarach. Wytnij kawałek formowanej kompresyjnie sieciowanej gumy o masie około 50 miligramów.Dokładnie określ masę początkową próbki gumy, ważąc ją w szklanej fiolce o pojemności 20 mililitrów. Zanurz zważoną gumę w 15 mililitrach Deklanu. Pozostaw gumę do napęcznienia w Deklanie przez około trzy dni, aż jej masa przestanie rosnąć, co wskaże osiągnięcie stanu równowagi pęcznienia, a następnie ostrożnie wyjmij napęczniałą próbkę z fiolki.Niezwykle ostrożnie osusz powierzchnię spęcznionej próbki za pomocą ręcznika papierowego, aby usunąć rozpuszczalnik z powierzchni, nie ściskając jej. Zważ spęcznioną próbkę gumy w nowej fiolce. Susz spęcznioną próbkę w piecu próżniowym w temperaturze 80 °C aż do osiągnięcia stałej masy, a następnie wyznacz masę suchej próbki.Można zaobserwować, że charakterystyczne piki furanu zanikają podczas sieciowania i pojawiają się ponownie po odsieciowaniu gumy modyfikowanej furanem. Przetwarzanie gumy sieciowanej termicznie odwracalnie poprzez prasowanie w formie pozwala na uzyskanie jednorodnych próbek, w przeciwieństwie do gum sieciowanych konwencjonalnie. Po sieciowaniu metodą Dielsa-Aldera i ponownym przetworzeniu tych gum, ich twardość wzrasta, a odkształcenie trwałe po ściskaniu maleje, zbliżając się do wartości uzyskanych dla komercyjnych próbek referencyjnych.Podobnie, po sieciowaniu metodą Dielsa-Aldera i ponownym przetworzeniu tych gum, moduł Younga ulega zwiększeniu, wytrzymałość na rozciąganie wzrasta, a wydłużenie maleje, do wartości uzyskanych dla komercyjnych próbek referencyjnych sieciowanych. Stosując tę procedurę modyfikacji gum, inne metody, takie jak recykling gum, mogą być przeprowadzane w znacznie bardziej efektywny sposób w procesie dewulkanizacji konwencjonalnie sieciowanych gum.

the-preparation-properties-thermo-reversibly-cross-linked-rubber-via

Research

JoVE Journal

Chemistry

Chemia

Przedstawiono nowatorską metodologię syntezy i programowania elastomerów ciekłokrystalicznych w łańcuchu głównym przy użyciu dostępnych na rynku monomerów wyjściowych. Szeroki zakres właściwości termomechanicznych został dostosowany poprzez dostosowanie ilości środka sieciującego, podczas gdy wydajność uruchamiania zależała od wielkości zastosowanego naprężenia podczas programowania.

Synteza programowalnych elastomerów ciekłokrystalicznych w łańcuchu głównym z wykorzystaniem dwuetapowej reakcji tiolowo-akrylowej

Demonstrujemy przygotowanie elastomerów ciekłokrystalicznych (LCE) na bazie siloksanów i epoksydów oraz nanokompozytów LCE. LCE są charakteryzowane pod względem odkształcenia odwracalnego, uporządkowania ciekłokrystalicznego i sztywności. Jako potencjalne zastosowanie demonstrujemy ich zastosowanie jako substratów reagujących na kształt w niestandardowym urządzeniu do aktywnej hodowli komórek.

Otrzymywanie monodomenowych elastomerów ciekłokrystalicznych i nanokompozytów elastomerów ciekłokrystalicznych

Ten artykuł opisuje proces wytwarzania polimerowych, samoorganizujących się nanocząstek za pomocą polimeryzacji dyspersyjnej za pośrednictwem światła widzialnego. Wykorzystanie niskoenergetycznego światła widzialnego do kontrolowania polimeryzacji pozwala na powtarzalne tworzenie samoorganizujących się miceli przypominających robaki przy wysokiej zawartości części stałych.

Łatwa synteza robakopodobnych miceli za pomocą polimeryzacji dyspersyjnej za pośrednictwem światła widzialnego przy użyciu katalizatora fotoredoks

Opisane są protokoły wytwarzania degradowalnych termoresponsywnych hydrożeli opartych na sieciowaniu hydrazonów polimerowych oligomerów na skalę masową, mikroskalową i nanoskalę, przy czym ta ostatnia służy do przygotowania zarówno nanocząstek żelowych, jak i nanowłókien.

Wytwarzanie degradowalnych termoczułych hydrożeli w różnych skalach długości za pomocą wytłaczania reaktywnego, mikrofluidyki, samoorganizacji i elektroprzędzenia

Aby dostarczyć leki przeciwnowotworowe do miejsc nowotworowych o wysokiej swoistości i zmniejszonych skutkach ubocznych, potrzebne są nowe metody oparte na nanocząsteczkach. Tutaj opisujemy usieciowane micele dwusiarczkowe, które można łatwo przygotować przez utlenianie za pośrednictwem nadtlenku wodoru i są w stanie skutecznie dysocjować w środowisku redukującym guza, aby uwolnić ładunki.

Łatwe i wydajne podejście do produkcji odwracalnych miceli usieciowanych dwusiarczkowym

To badanie opisuje metody syntezy dla zakończonych aminopropylami polidimetylosiloksanów i kopolimerów blokowych polidimetylo-metylo-fenylo-siloksanów oraz dla miękkich elastomerów mocznika (PSU) na bazie polisiloksanu. Przedstawiono w nim zastosowanie zasilaczy jako akomodujących soczewkę wewnątrzgałkową. Opisano również metodę oceny cytotoksyczności in vitro.

Synteza miękkich elastomerów polisiloksanowo-mocznikowych do stosowania wewnątrzgałkowego

Celem tego protokołu jest zainicjowanie polimeryzacji za pomocą dynamicznych wiązań siarki w poli(S-diwinylobenzenie) w łagodnych temperaturach (90 °C) bez użycia rozpuszczalników. Terpolimery charakteryzują się GPC, DSC i 1H NMR oraz są badane pod kątem zmian rozpuszczalności.

Synteza terpolimerów w łagodnych temperaturach z wykorzystaniem dynamicznych wiązań siarki w poli(S-diwinylobenzenie)

Tutaj opisujemy protokoły przygotowania cyklooktenów transcyklobutanowych (tCBCO), ich polimeryzacji w celu przygotowania depolimeryzowalnych polimerów olefinowych oraz depolimeryzacji tych polimerów w łagodnych warunkach. Dodatkowo opisano protokoły przygotowania sieci depolimeryzowalnych oraz formowania tłocznego sztywnych liniowych tworzyw sztucznych opartych na tym systemie.

Depolimeryzowalne polimery olefinowe na bazie monomerów cyklooktenu z topionym pierścieniem

Wspomagane mikrofalami wewnątrzcząsteczkowe reakcje dehydrogenacyjne Dielsa-Aldera (DA) zapewniają zwięzły dostęp do funkcjonalizowanych bloków budulcowych cyklopenta[b]naftalenu. Użyteczność tej metodologii wykazano poprzez jednoetapową konwersję odwodornionych cykloloadduktów DA w nowe solwatochromowe barwniki fluorescencyjne w reakcjach sprzęgania krzyżowego katalizowanych palladem Buchwalda-Hartwiga.

Wspomagane mikrofalami wewnątrzcząsteczkowe dehydrogenacyjne reakcje Dielsa-Aldera do syntezy funkcjonalizowanych naftalenów/barwników solwatochromowych

Tutaj opisane są procedury chemicznego osadzania perfluoroalkanów metodą plazmy na mikroporowatych materiałach, takich jak struktury metaloorganiczne, w celu zwiększenia ich stabilności i hydrofobowości. Ponadto szczegółowo opisano przełomowe badania miligramowych ilości próbek.

Otrzymywanie hydrofobowych struktur metaloorganicznych poprzez chemiczne osadzanie perfluoroalkanów z fazy gazowej wspomagane plazmą w celu usunięcia amoniaku

Poznaj metodę otrzymywania kauczuku sieciowanego termoodwracalnie za pomocą chemii Diels-Aldera. Technika ta umożliwia recykling gum i tworzenie przerabialnych materiałów polimerowych.

Otrzymywanie i właściwości kauczuku sieciowanego termoodwracalnie za pomocą chemii Diels-Alder

Przeglądaj więcej filmów