Chế tạo vật liệu tính năng cao trên cơ sở cao su tự nhiên gia cường xenlulozơ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Chế tạo vật liệu tính cao sở cao su tự nhiên gia cường xenlulozơ TRẦN VĂN CHỨC Chuc.tv202048m@sis.hust.edu.vn Ngành Hóa học Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Thu Hà Viện: Kỹ thuật Hóa học HÀ NỘI, 6/2022 i Chữ ký GVHD CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn: Trần Văn Chức Đề tài luận văn: Chế tạo vật liệu tính cao sở cao su tự nhiên gia cường xenlulozơ Chuyên ngành: Hóa học Mã số HV: 20202048M Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 22/7/2022 với nội dung sau: - Sử dụng thống thuật ngữ chuyên ngành - Tăng kích thước ảnh SEM mục 3.1.4 mục 3.3.1 - Bổ sung phổ FT-IR xenlulozơ chưa tinh chế mục 3.1.3 - Đã trích dẫn tài liệu tham khảo cho peak mục 3.1.3 mục 3.2.3 - Phần “TỔNG QUAN” “KẾT LUẬN” viết đọng, súc tích - Bổ sung tình hình nghiên cứu nước giới vật liệu compozit sở cao su tự nhiên gia cường xenlulozơ - Chỉnh sửa lỗi tả, cách hành văn lỗi in ấn ii ĐỀ TÀI LUẬN VĂN Chế tạo vật liệu tính cao sở cao su tự nhiên gia cường xenlulozơ Giáo viên hướng dẫn Ký ghi rõ họ tên iii Lời cảm ơn Với tất trân trọng cảm kích, tác giả xin bày tỏ biết ơn sâu sắc tới PGS TS Nguyễn Thu Hà tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn Tác giả xin trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo, thầy cô cán nghiên cứu Viện Kỹ thuật Hóa học - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội giảng dạy giúp đỡ tác giả thời gian thực luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn cấp Lãnh đạo Viện Khoa học Công nghệ - Bộ Công an tạo điều kiện để tác giả hoàn thành luận văn Cuối cùng, tác giả xin cảm ơn gia đình, đồng nghiệp, bạn học viên lớp 20BHH giúp đỡ, động viên, chia sẻ suốt q trình hồn thiện luận văn Tóm tắt nội dung luận văn Cơ sở khoa học thực tiễn đề tài Xenlulozơ sợi tự nhiên có giá thành rẻ, sẵn có, tính chất học tốt, nhẹ thân thiện mơi trường sử dụng rộng rãi làm chất gia cường số vật liệu tổng hợp Việc phối trộn xenlulozơ cao su tự nhiên tạo vật liệu xanh hồn tồn thân thiện với mơi trường Trong nghiên cứu này, sử dụng xenlulozơ biến tính sau tinh chế từ bã mía để kết hợp với cao su tự nhiên epoxy hóa Vật liệu compozit tạo thành có khả chịu nhiệt tốt, chống thấm nước đặc biệt có khả hấp thụ sóng âm Mục đích đề tài Chế tạo vật liệu compozit xanh có tính tốt, khả chống nước, khả chịu nhiệt độ 400oC khả hấp thụ sóng âm đạt 90% Nội dung luận văn, vấn đề cần giải Nghiên cứu quy trình tinh chế xenlulozơ từ bã mía biến tính xenlulozơ Chế tạo vật liệu compozit cao su tự nhiên/xelulozơ biến tính Nghiên cứu cải thiện tính chất nhiệt, tính chất học, tính kỵ nước khả hấp thụ sóng âm vật liệu Phương pháp thực Phương pháp tổng quan tài liệu phương pháp thực nghiệm Kết luận văn Kết luận văn phù hợp với nội dung vấn đề cần giải đề tài; mở triển vọng chế tạo, sản xuất ứng dụng vật liệu compozit tính cao, thân thiện với môi trường đời sống xã hội HỌC VIÊN Ký ghi rõ họ tên iv MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 1.2 1.3 Cao su tự nhiên 1.1.1 Giới thiệu cao su tự nhiên 1.1.2 Thành phần cao su tự nhiên 1.1.3 Cấu trúc cao su tự nhiên 1.1.4 Tính chất cao su tự nhiên Epoxy hóa cao su tự nhiên 10 1.2.1 Phương pháp chế tạo 10 1.2.2 Đặc điểm cấu trúc 11 1.2.3 Tính chất cao su tự nhiên epoxy hóa 12 Mía thành phần bã mía 15 1.3.1 Giới thiệu mía 15 1.3.2 Đặc điểm cấu tạo tính chất bã mía 17 1.4 Các phương pháp tinh chế xenlulozơ từ bã mía 23 1.5 Các phương pháp biến tính xenlulozơ 25 1.5.1 Phương pháp biến tính bề mặt 26 1.5.2 Phương pháp biến tính hóa học 26 1.6 Tình hình nghiên cứu vật liệu compozit sở cao su tự nhiên gia cường xenlulozơ nước giới 29 CHƯƠNG NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 32 2.1 Hóa chất, dụng cụ thiết bị thí nghiệm 32 2.2 Quy trình tinh chế xenlulozơ từ bã mía 32 2.3 Quy trình biến tính xenlulozơ 34 2.4 Chế tạo vật liệu compozit Cell/ENR Cell-PAN/ENR 35 2.5 Các phương pháp nghiên cứu 36 2.5.1 Phương pháp phổ hồng ngoại biến đổi Furier 36 2.5.2 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 37 2.5.3 Phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) 38 2.5.4 Nghiên cứu tính chất học vật liệu 39 2.5.5 Nghiên cứu hàm lượng PAN Cell-PAN 40 v 2.5.6 Nghiên cứu khả chống nước vật liệu 42 2.5.7 Nghiên cứu khả hấp thụ sóng âm vật liệu 45 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 48 3.1 3.2 3.3 Tinh chế xenlulozơ từ bã mía 48 3.1.1 Ảnh hưởng nhiệt độ 48 3.1.2 Ảnh hưởng thời gian phản ứng 49 3.1.3 Phổ FT-IR xenlulozơ 49 3.1.4 Hình thái cấu trúc xenlulozơ 51 Biến tính xenlulozơ 51 3.2.1 Ảnh hưởng nhiệt độ 52 3.2.2 Ảnh hưởng hàm lượng APS 53 3.2.3 Phổ FT-IR xenlulozơ biến tính 54 3.2.4 Hình thái cấu trúc xenlulozơ biến tính 55 Cấu trúc tính chất vật liệu compozit Cell-PAN/ENR 56 3.3.1 Hình thái cấu trúc vật liệu 56 3.3.2 Cơ tính vật liệu 58 3.3.3 Tính chất nhiệt vật liệu 60 3.3.4 Khả hấp thụ sóng âm vật liệu 61 3.3.5 Khả chống nước vật liệu 63 KẾT LUẬN 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 vi DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt APS Cell CR ENR FT-IR NBR NR PAN SDS SEM TGA CSTH %kl Tiếng Anh Tiếng Việt Ammonium persulfate Cellulose Chloroprene Epoxidized natural rubber Fourier transform infrared spectroscopy Nitrile butadien rubber Natural rubber Polyacrylonitrile Sodium dodecyl sulfate Xenlulozơ Clopren Cao su tự nhiên epoxy hóa Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier Cao su nitrin butadien Cao su tự nhiên Scanning Electron Microscope Kính hiển vi điện tử quét Thermogravimetric analysis Phân tích nhiệt trọng lượng Cao su tổng hợp Phần trăm khối lượng DANH MỤC BẢNG Bảng 1 Tính chất cơ, nhiệt động NR ENR [12] 12 Bảng Các tính chất vật lý NR, ENR CSTH 13 Bảng Sản lượng suất mía đường giới [18] 16 Bảng Thành phần kí hiệu mẫu compozit 35 Bảng Hiệu suất tinh chế xenlulozơ từ bã mía khơ 48 Bảng Các yếu tố ảnh hưởng tới q trình biến tính xenlulozơ 52 Bảng 3 Độ bền kéo đứt độ cứng compozit-10 compozit-20 58 Bảng Kết phân tích TGA ENR compozit-20 60 Bảng Độ hấp thụ sóng âm ENR, compozit-10 compozit-20 61 Bảng Góc thấm ướt ENR, compozit-10 compozit-20 63 vii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1 Thu hoạch mủ cao su Hình Vật liệu cách âm Ekoprena chế tạo từ ENR 14 Hình Một cánh đồng mía 15 Hình Thu hoạch mía nơng trại Thành Thành Cơng, Biên Hịa 17 Hình Bã mía tươi 18 Hình Sơ đồ minh họa cấu trúc vi mô sợi xenlulozơ [30] 19 Hình Tro bã mía 22 Hình Sơ đồ tinh chế xenlulozơ từ bã mía khơ 33 Hình 2 Sơ đồ biến tính xenlulozơ 34 Hình Sơ đồ máy quang phổ FT-IR 37 Hình Máy phân tích nhiệt (TGA) Netzsch TG 209F1 Libra 39 Hình Mơ hình đo độ bền kéo đứt vật liệu 40 Hình Sơ đồ chưng cất đạm theo phương pháp Kjeldahl 42 Hình Góc thấm ướt vật liệu khác 43 Hình Biểu diễn góc thấm ướt 43 Hình Giọt chất lỏng bề mặt mẫu để đo góc thấm ướt [66] 44 Hình 10 Máy đo góc thấm ướt trực tiếp 45 Hình 11 Sơ đồ ống trở kháng sử dụng hai cảm biến Microflown [68] 47 Hình Phổ FT-IR Cell chưa tinh chế 50 Hình Phổ FT-IR Cell tinh chế 50 Hình 3 Ảnh SEM xenlulozơ sau tinh chế 51 Hình Các yếu tố ảnh hưởng tới trình biến tính xenlulozơ 52 Hình Cơ chế đồng trùng hợp ghép acrylonitrile lên xenlulozơ 54 Hình Phổ FT-IR Cell-PAN 55 Hình Ảnh SEM Cell-PAN 56 Hình Ảnh SEM ENR 56 Hình Ảnh SEM Compozit-20-N0 57 Hình 10 Ảnh SEM Compozit-20-N2 57 Hình 11 Độ bền kéo đứt ENR, compozit-10 compozit-20 58 Hình 12 Độ cứng ENR, compozit-10 compozit-20 59 Hình 13 Giản đồ TGA ENR compozit-20 60 Hình 14 Giản đồ DTG ENR compozit-20 60 Hình 15 So sánh độ hấp thụ sóng âm vật liệu 62 viii Hình 16 Hình dạng giọt nước bề mặt (a) ENR, (b) Compozit-10-N0, (c) Compozit-10-N1, (d) Compozit-10-N2, (e) Compozit-20-N0, (f) Compozit20-N1, (g) Compozit-20-N2 63 Hình 17 Góc thấm ướt ENR, compozit-10 compozit-20 64 ix MỞ ĐẦU Sự cải thiện chất lượng sống người gia tăng dân số liên tục năm qua làm trầm trọng thêm vấn đề mơi trường sức khỏe tồn cầu Các tượng ô nhiễm môi trường phổ biến hiệu ứng nhà kính, mưa axit, nhiễm khơng khí, nhiễm nguồn nước, ô nhiễm đất cố tràn dầu Có nhiều ngun nhân gây nhiễm mơi trường nhiễm từ q trình chế tạo sử dụng vật liệu khó phân hủy có nguồn gốc dầu mỏ Tuy nhiên nguồn lượng sử dụng chủ yếu cho hoạt động sản xuất vận hành động đốt Đứng trước thực trạng đó, nhà khoa học nghiên cứu, thử nghiệm nhiều loại vật liệu với tính vượt trội từ nguyên liệu sẵn có tự nhiên có khả thay phần vật liệu có nguồn gốc dầu mỏ Cao su tự nhiên mía nguyên liệu giá thành rẻ, tái tạo nhanh, cung cấp dồi từ nơng nghiệp đáp ứng tốt nhu cầu Cao su tự nhiên tách từ cao su Hevea Brasiliensis nguồn nguyên liệu xanh, thân thiện môi trường thu hút nhiều quan tâm nghiên cứu Cao su tự nhiên sử dụng nhiều lĩnh vực đời sống cơng nghiệp Ngồi ra, ngành nơng nghiệp nước ta cung cấp lượng lớn phụ phẩm nơng nghiệp chưa tận dụng có hiệu việc đốt rơm rạ, bã mía, cây… Đối với ngành mía đường nói riêng, sản lượng bã mía 4,5 triệu năm Trước đây, bã mía chủ yếu dùng làm chất đốt thải bỏ vừa lãng phí, vừa gây nhiễm mơi trường Với lý trên, chọn đề tài: “Chế tạo vật liệu tính cao sở cao su tự nhiên gia cường xenlulozơ’’ Mục đích đề tài nhằm chế tạo vật liệu compozit xanh có tính tốt, khả chống nước, khả chịu nhiệt độ cao khả hấp thụ sóng âm đạt 90% Nội dung luận văn bao gồm: - Nghiên cứu quy trình tinh chế xenlulozơ từ bã mía Nghiên cứu quy trình biến tính xenlulozơ tách từ bã mía Nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit cao su tự nhiên/xenlulozơ biến tính Đánh giá khả tương hợp xenlulozơ biến tính với cao su tự nhiên phương pháp nghiên cứu tính chất cấu trúc vật liệu với hàm lượng chất gia cường Tóm lại tính vật liệu Cell-PAN/ENR tốt đáng kể so với vật liệu Cell/ENR 3.3.3 Tính chất nhiệt vật liệu Để khảo sát ảnh hưởng hàm lượng Cell-PAN PAN tới tính chất nhiệt vật liệu, ENR compozit-20 chọn để phân tích TGA Giản đồ TGA, DTG vật liệu thể hình 3.13 3.14 Hình 13 Giản đồ TGA ENR compozit-20 Hình 14 Giản đồ DTG ENR compozit-20 Kết phân tích nhiệt trọng lượng tổng hợp bảng 3.4 Nhiệt độ bắt Nhiệt độ phân Tổn hao khối Tốc độ tổn đầu phân hủy hủy lớn lượng đến 500oC hao lớn (oC) (oC) (%) (%/phút) ENR 178 433 97,5 -10,6 Compozit-20-N0 108 476 95,6 -23,2 Compozit-20-N1 245 477 93,4 -26,3 Compozit-20-N2 278 477 92,7 -27,6 Bảng Kết phân tích TGA ENR compozit-20 Mẫu vật liệu 60 Từ hình 3.13, 3.14 số liệu bảng 3.4 cho thấy rằng, tăng nhiệt độ, ENR bắt đầu phân hủy (nhiệt độ vật liệu giảm 5% trọng lượng) 178oC vật liệu Compozit-20-N0 lại thấp đáng kể 108oC Nguyên nhân cấu trúc Compozit-20-N0 khơng đồng đều, có vị trí liên kết yếu chất sợi gia cường nên bị phân hủy trước Các compozit-20 gia cường Cell-PAN có nhiệt độ bắt đầu phân hủy cao 245oC 278oC Tại 400oC, tổn hao khối lượng ENR 35,6%, Compozit-20-N0, Compozit-20-N1 Compozit-20-N2 27,2%, 17,7% 11,8% Tại 500oC, tổn hao khối lượng ENR 97,5%, Compozit-20-N0, Compozit-20-N1 Compozit-20-N2 95,6%, 93,4% 92,7% Tại 600oC, vật liệu 2% khối lượng so với ban đầu Nhiệt độ phân hủy mạnh compozit-20 cao đáng kể so với ENR đạt 477oC, song chênh lệch compozit-20 khơng nhiều Điều giải thích Cell Cell-PAN chất gia cường có độ bền nhiệt cao, đưa vào cao su che chắn tác động nhiệt phần tử cao su, từ làm tăng khả ổn định nhiệt cho vật liệu Đặc biệt với Cell biến tính, khả tương hợp với cao su tốt Cell chưa biến tính Cell-PAN tạo mạng lưới bền vững bề mặt vật liệu Đây lý làm cho tính chất học vật liệu tốt Nhận xét: nhiệt độ bắt đầu phân hủy với nhiệt độ phân hủy mạnh dấu hiệu để đánh giá độ bền nhiệt vật liệu Qua kết phân tích nhiệt trọng lượng thấy việc gia cường sợi Cell-PAN hàm lượng 10% hay 20% khối lượng tạo cho vật liệu độ bền nhiệt vượt trội, đặc biệt hàm lượng PAN 2,82% 3.3.4 Khả hấp thụ sóng âm vật liệu Khả hấp thụ sóng âm vật liệu thể thông qua độ hấp thụ sóng âm đo phương pháp ống trở kháng micro theo tiêu chuẩn ISO-10534-2 Kết thể bảng 3.5 Mẫu Độ hấp thụ (%) ENR 85 Compozit-10-N0 79 Compozit-10-N1 90 Compozit-10-N2 95 Compozit-20-N0 73 Compozit-20-N1 92 Compozit-20-N2 98 Bảng Độ hấp thụ sóng âm ENR, compozit-10 compozit-20 Dựa vào bảng số liệu 3.5 dựng biểu đồ so sánh độ hấp thụ sóng âm ENR, compozit-10 compozit-20 Từ đánh giá ảnh hưởng 61 sợi chưa biến tính sau biến tính PAN tới hiệu hấp thụ sóng âm vật liệu Hình 15 So sánh độ hấp thụ sóng âm vật liệu Biểu đồ hình 3.15 cho thấy, vật liệu ENR có độ hấp thụ sóng âm tốt mức 85% Kết phù hợp với lý thuyết ENR gồm mạng lưới lỗ trống nhỏ li ti tạo nên cấu trúc xốp cho vật liệu Khi âm lan truyền tới bề mặt vật liệu, chúng vào lỗ nhỏ li ti giảm cường độ sóng âm Khi gia cường ENR sợi Cell chưa biến tính với tỷ lệ 10% hay 20% khối lượng, ta thấy độ hấp thụ sóng âm giảm Điều hoàn toàn phù hợp với lý thuyết thực nghiệm, Cell chưa biến tính có độ phân cực lớn nên khả tương hợp với ENR thấp Kết sau trộn hợp nóng chảy, compozit tạo thành có phân tách pha Sự tương hợp làm tính chất chung vật liệu bao gồm hiệu hấp thụ sóng âm Khi gia cường ENR sợi Cell biến tính PAN (Cell-PAN), dù hàm lượng PAN 1,56% hay 2,82% cho thấy hiệu hấp thụ sóng âm vượt trội Độ hấp thụ sóng âm thấp (mẫu Compozit-10-N1) 90% cao ENR 5% Độ hấp thụ sóng âm cao (mẫu Compozit-20-N2) 98% Kết cho thấy hiệu hấp thụ sóng âm tuyệt vời vật liệu Cell-PAN/ENR Sự cải thiện rõ rệt độ hấp thụ sóng âm chứng tỏ Cell biến tính hồn tồn tương thích với chất ENR tạo vật liệu compozit đồng nhất, kết hợp đặc tính tốt chất sợi gia cường Điều chứng tỏ quy trình biến tính Cell PAN bước đầu cho kết khả quan Nhìn biểu đồ 3.15, dễ dàng nhận thấy compozit-20 cho độ hấp thụ sóng âm tốt so với compozit-10 sử dụng Cell biến tính Điều tăng hàm lượng PAN vào sợi Cell làm xuất nhiều rãnh vơ số lỗ nhỏ li ti làm cường độ sóng âm giảm nhanh chóng Kết tốt cho thấy có 2% cường độ sóng âm phản xạ 98% sóng âm chuyển hóa thành nhiệt triệt tiêu cấu trúc xốp vật liệu 62 Nhận xét: vật liệu compozit sở ENR gia cường Cell-PAN cho độ hấp thụ sóng âm vượt trội lên tới 98% Quy trình biến tính sợi Cell cải thiện rõ rệt hiệu hấp thụ sóng âm so với sợi Cell chưa biến tính Kết tạo tiền đề chế tạo vật liệu compozit xanh Cell-PAN/ENR công nghiệp nhằm thay số vật liệu cách âm, tiêu âm không thân thiện với môi trường 3.3.5 Khả chống nước vật liệu Khả chống nước hay kỵ nước vật liệu đánh giá thơng qua góc thấm ướt, góc hình thành tiếp tuyến giọt lỏng (thường nước tinh khiết) điểm tiếp xúc pha lỏng, khí với bề mặt pha rắn Hình ảnh góc thấm ướt thể hình 3.16 Hình 16 Hình dạng giọt nước bề mặt (a) ENR, (b) Compozit-10-N0, (c) Compozit-10-N1, (d) Compozit-10-N2, (e) Compozit-20-N0, (f) Compozit-20-N1, (g) Compozit-20-N2 Giá trị góc thấm ướt mẫu thể bảng 3.6 Mẫu ENR Compozit-10-N0 Compozit-10-N1 Compozit-10-N2 Compozit-20-N0 Compozit-20-N1 Compozit-20-N2 Góc thấm ướt, độ 82,6 28,4 66,2 94,4 28,8 88,5 107,8 Bảng Góc thấm ướt ENR, compozit-10 compozit-20 Dựa vào bảng số liệu 3.6, dựng biểu đồ so sánh góc thấm ướt vật liệu ENR, compozit-10 compozit-20 Từ đánh giá ảnh hưởng sợi chưa biến tính sau biến tính tới khả chống nước vật liệu 63 Hình 17 Góc thấm ướt ENR, compozit-10 compozit-20 Góc thấm ướt ENR 82,6o cho thấy bề mặt ENR tiệm cận bề mặt kỵ nước Như đề cập, tính kỵ nước bề mặt rắn phụ thuộc vào thành phần hóa học độ nhám bề mặt Thành phần hóa học phân tử ENR vừa có nhóm epoxit ưa nước khung hydrocacbon kỵ nước Hơn nữa, bề mặt ENR (hình 3.8) phẳng mịn nên độ nhám thấp Kết bề mặt ENR tiệm cận với bề mặt kỵ nước Khi gia cường ENR sợi Cell chưa biến tính với tỷ lệ 10% hay 20% khối lượng, ta thấy bề mặt vật liệu tạo thành có góc thấm ướt thấp 28,4o 28,8o Kết cho thấy bề mặt compozit Cell/ENR ưa nước Điều hoàn toàn phù hợp lý thuyết thực nghiệm, Cell chưa biến tính có độ phân cực lớn nên khả tương hợp với ENR thấp Hơn nữa, sợi Cell không tan nước dễ hút ẩm nguyên tử O nhóm OH tạo liên kết hydro với H nước Hơn sau trộn hợp nóng chảy, compozit tạo thành có phân tách pha, làm bề mặt kết tụ nhiều vị trí sau làm khơ nước thấm vào vật liệu qua sợi Cell làm giảm góc thấm ướt Khi gia cường ENR sợi Cell biến tính PAN (Cell-PAN) hàm lượng PAN 1,56% cho thấy góc thấm ướt tăng lên so với dùng Cell Góc thấm ướt thấp (Compozit-10-N1) 66,2o cao Compozit-10-N0 38o Mẫu Compozit-20-N1 có góc thấm ướt 88,5o, gần đạt tới bề mặt kỵ nước Biểu đồ hình 3.17 thể rõ khả chống nước vượt trội bề mặt compozit Cell-PAN/ENR-2.82% dù hàm lượng 10% hay 20% khối lượng chất gia cường Góc thấm ướt thấp (mẫu Compozit-10-N2) 94,4o cao nhiều so với mẫu Compozit-10-N0 hàm lượng Góc thấm ướt cho thấy vật liệu Compozit-10-N2 kỵ nước Tuy nhiên góc thấm ướt mẫu Compozit-20-N2 cịn vượt trội với θ = 107,8o 64 Nhìn vào biểu đồ 3.17, dễ dàng nhận thấy compozit-20 cho khả chống nước tốt đáng kể so với compozit-10 Điều giải thích tăng hàm lượng PAN vào sợi Cell giảm đáng kể số lượng nhóm OH hút ẩm độ phân cực vật liệu làm tăng tính kỵ nước Nhận xét: Từ kết phân tích cho thấy hiệu chống thấm nước tuyệt vời vật liệu compozit Cell-PAN/ENR, đặc biệt tốt hàm lượng Cell-PAN 20% khối lượng Sự cải thiện rõ rệt góc thấm ướt chứng tỏ Cell biến tính tương thích tốt với chất ENR tạo vật liệu compozit đồng nhất, kết hợp đặc tính tốt pha sợi gia cường Điều chứng tỏ quy trình biến tính Cell PAN cho kết khả quan 65 KẾT LUẬN Sau thời gian nghiên cứu thực luận văn “Chế tạo vật liệu tính cao sở cao su tự nhiên gia cường xenlulozơ’’, tác giả thu số kết sau: Đã tìm điều kiện tối ưu để tinh chế xenlulozơ từ bã mía Đó thủy phân dung dịch H2SO4 4%, dung dịch NaOH 10% dung dịch NaClO 5% nhiệt độ 65 – 70°C Đã xây dựng quy trình biến tính xenlulozơ Đó tiến hành phản ứng đồng trùng hợp ghép acrylonitrile lên xenlulozơ 5oC, hàm lượng chất khơi mào APS 0,022 mol/kg Cell Đã chế tạo, khảo sát cấu trúc tính chất vật liệu Cell-PAN/ENR Kết cho thấy vật liệu Cell-PAN/ENR có tính chất vượt trội: • Độ bền kéo độ cứng tốt 6,5 MPa (Compozit-10-N2) 59,5 Shore A (Compozit-10-N2) • Khả chống nước tốt, đặc biệt mẫu Compozit-20-N2 với góc thấm ướt 107,8o • Khả chịu nhiệt độ cao 400oC • Độ hấp thụ sóng âm vượt trội lên tới 98% mẫu Cell-PAN/ENR-2,82 Kết luận chung: Vật liệu compozit tính cao sở cao su tự nhiên epoxy hóa gia cường sợi xenlulozơ biến tính có tính cơ, lý, kỹ thuật cao hẳn so với vật liệu gia cường sợi xenlulozơ chưa biến tính hay ENR Cell riêng rẽ Đây hướng nghiên cứu mẻ nhằm chế tạo vật liệu xanh vừa có tính cao, ứng dụng đa dạng nhiều lĩnh vực, thân thiện với mơi trường đồng thời tận dụng có hiệu nguồn sinh khối nơng nghiệp 66 CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN Thu Ha Nguyen, Van Chuc Tran, Manh Trung Nguyen, Anh Quan Cao, Thi Thuy Tran "Preparation of green material based on sugarcane bagasse and epoxidized natural rubber", Polymer Bulletin, 2022 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] L Vaysse, P Thaler, F Bonfils and J.S Beuve, "Natural Rubber," in RSC Green Chemistry, 2009, pp 339-361 [2] MATADOR RUBBER S.R.O 2007, Rubber chemistry – Stages of vulcanization, 2007 [3] Nguyễn Thị Thu Hằng, "Báo cáo https://www.vcbs.com.vn/, Hà Nội, 2020 ngành cao su tự nhiên," [4] Nguyễn Hữu Trí, Khoa học kỹ thuật cơng nghệ cao su thiên nhiên, Thành phố Hồ Chí Minh, 2001 [5] J.R Shelton, "Aging and Oxidation of Elastomers," Rubber Chemistry and Technology, vol 30, no 5, p 1251–1290, 1957 [6] J.T Andrew & P.J Kevin, Blends of Natural Rubber, London: Chapman & Hall, 1998 [7] R Yoksan, "Epoxidized Natural Rubber for Adhesive Applications," Kasetsart Journal (Natural Science), no 42, pp 325-332, 2008 [8] HUI WANG, BO YANG, "Synthesis and Characterization of Epoxidized Natural Rubber Latex with different Epoxide Content," International Conference on Advanced Materials Science and Environment Engineering, no 2, pp 48-52, 2017 [9] R Hamzah, M Bakar, O Dahham and N Zulkepli, "A structural study of epoxidized natural rubber (ENR-50)," Journal of Applied Polymer science, pp 1-13, 2016 [10] J.H Bradbury and M.C.S Perera, "Epoxidation of Natural Rubber Studied by NMR Spectroscopy," Journal of Applied Polymer Science, vol 30, p 3347–3364, 1985 [11] M Rahim, K Horoshenkov, J Rongong, H Ahmadi and J Picken, "Epoxidized natural rubber for vibro-acoustic isolation," Polymer Testing, vol 67, pp 92-98, 2018 [12] J MENOUGH, "Rubber world," Journal of Natural Rubber Research, no 6, p 12, 1985 [13] I.R Gelling, "Modification of natural rubber latex with peracetic acid," Rubber Chemistry and Technology, vol 58, pp 86-96, 1985 [14] R R I M, "Epoxidised natural rubber," Rubber Research Institute of Malaysia, 1991 68 [15] Ahmad, M Rahim and M Asri, "Sound Absorption Properties of Epoxidized Natural Rubber," Advances in Environmental Biology, vol 9, no 13, pp 64-69, 2015 [16] C.G Adriana and et al, "Sugarcane (Saccharum X officinarum): A Reference Study for the Regulation of Genetically Modified Cultivars in Brazil," Trop Plant Biol, vol 4, pp 62-89, 2011 [17] P.A Jackson, "Breeding for improved sugar content in sugarcane.," Field Crops Res, vol 92, pp 277-290, 2005 [18] T.L Bezerra, A.J Ragauskas, "A review of sugarcane bagasse for secondgeneration bioethanol and biopower production," Biofuels, Bioprod Bioref, pp 1-14, 2016 [19] VCBS, "Báo cáo triển vọng 2021 ngành đường," http://vcbs.com.vn/, Hà Nội, 2020 [20] R Sindhu, E Gnansounou, P Binod and A Pandey, "Bioconversion of sugarcane crop residue for value added," Renewable Energy, vol 98, pp 203-215, 2016 [21] K Hofsetz, M.A Silva, "Brazilian sugarcane bagasse: Energy and nonenergy consumption," Biomass Bioenerg, vol 46, pp 564-573, 2012 [22] A.A Carlos, Elisabeth, "Long-term soil organic carbon and nitrogen dynamics after conversion of tropical forest to traditional sugarcane agriculture in East Mexico," Soil Tillage Res, vol 147, pp 20-29, 2015 [23] M Khandelwal, A Windle, "Hierarchical Organisation in the Most Abundant Biopolymer –Cellulose," MRS Proceedings Library (OPL), p 1504, 2013 [24] Y Pu, D Zhang, P.M Singh and A.J Ragauskas, "The new forestry biofuels sector," Biofuels Bioprod Bioref, vol 2, pp 58-73, 2008 [25] Australian Government DoHaA, Office of the Gene Technology Regulator, "The Biology and Ecology of Sugarcane (Saccharum spp hybrids) in Australia Bundaberg," http://www.ogtr.gov.au, 2011 [26] A.C Khazraji, S Robert, "Interaction Effects between Cellulose and Water in Nanocrystalline and Amorphous Regions: A Novel Approach Using Molecular Modeling," Journal of Nanomaterials, vol 2013, pp 1-10, 2013 [27] J C F Walker, Primary Wood Processing: Principles and Pratice, London: Chapman & Hall, 1993 [28] Ning Lin, Alain Dufresne, "Nanocellulose in biomedicine: Current status 69 and future," European Polymer Journal, vol 59, pp 302-325, 2014 [29] M Ioelovich, "Cellulose as a nanostructured polymer: a short review," BioResources, vol 3, pp 1403-1418, 2008 [30] H Seddiqi, et al, "Cellulose and its derivatives: towards biomedical," Cellulose, vol 28, p 1893–1931, 2021 [31] B.B Hallac, A.J Ragauskas, "Analyzing cellulose degree of polymerization and its relevancy to cellulosic ethanol," Biofuel Bioprod Bior, vol 5, pp 215-225, 2011 [32] A.G Tandjawa, S Durand and S Berot, "Rheological characterization of microfibrillated cellulose suspensions after freezing," Carbohydr Polym, vol 80, pp 677-686, 2010 [33] J.X Sun, X.F Sun , R.C Sun and Y.Q Su, "Fractional extraction and structural characterization of sugarcane bagasse hemicelluloses," Carbohydr Polym, vol 56, pp 195-204, 2004 [34] F Peng, et al, "Comparative studies on the physico-chemical properties of hemicelluloses obtained by DEAE-cellulose-52 chromatography from sugarcane bagasse," Food Res Int, vol 43, pp 638-693, 2010 [35] J.B Shi, et al, "The structural changes of the bagasse hemicelluloses during the cooking process involving active oxygen and solid alkali," Carbohydr Res, vol 359, pp 65-69, 2012 [36] A Wazeer, "Structural analysis of sugarcane bagasse as a feedstock in downdraft gasifier," International Journal of Research in Engineering and Innovation, vol 1, no 6, pp 223-228, 2017 [37] Y Hamzeh, et al, "Pre-extraction of hemicelluloses from bagasse fibers: Effects of dry-strength additives on paper properties," Ind Crops Prod, vol 43, pp 365-371, 2013 [38] B.A Joóo, et al, "Composiỗóo quớmica de genútipos de cana-de-aỗỳcar em duas idades, para fins de nutriỗóo animal," Bragantia, vol 63, pp 341-349, 2004 [39] L Moghaddam, et al, "Characterisation of lignins isolated from sugarcane bagasse pretreated with acidified ethylene glycol and ionic liquids," Biomass Bioenerg, vol 70, pp 498-512, 2014 [40] L Zeng, Z Tong, L Wang, J.Y Zhu and L Ingram, "Isolation and structural characterization of sugarcane bagasse lignin after dilute phosphoric acid plus steam explosion pretreatment and its effect on cellulose hydrolysis," Bioresour Technol, vol 154, pp 274-281, 2014 70 [41] Lê Châu Thanh, Hóa học gỗ xenlulơ, Hà Nội: Đại học Bách Khoa Hà Nội, 1980 [42] H Lee, S.B.A Hamid and S Zain, "Conversion of lignocellulosic biomass to nanocellulose: structure and chemical process," The Scientific World Journal, vol 2014, 2014 [43] J Holanda, M Schettino, "Characterization of Sugarcane Bagasse ash Waste for Its Use in Ceramic Floor Tile," Procedia Materials Science, vol 8, pp 190-196, 2015 [44] K.C.P Faria, R.F Gurgel and J.N.F Holanda, "Recycling of sugarcane bagasse ash waste in the production of clay bricks," Journal of Environmental Management, vol 101, pp 7-12, 2012 [45] D Klemm, B Philipp, T Heinze, U Heinze and W Wagenknecht, Comprehensive Cellulose Chemistry: Fundamentals and Analytical Methods, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co KGaA, Weinheim, FRG, 1998 [46] S K ACHARYA et al, "The Influence of Fiber Treatment on the Performance of Bagasse Fiber-Reinforced Polymer Composite," Journal of reinforced plastics and composites, vol 28, no 24, pp 3027-3036, 2009 [47] Z Huang et al, "Effect of mechanical activation pretreatment on the properties of sugarcane bagasse/poly(vinyl chloride) composites," Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, vol 43, no 1, pp 114-120, 2012 [48] J.X Sun, X.F Sun, H Zhao, R.C Sun, "Isolation and characterizatio n of cellulose from sugarcane bagasse," Polymer Degradation and Stability, vol 84, no 2, pp 331-339, 2004 [49] Chuan-Fu Liu et al, "Isolation and Characterization of Cellulose Obtained from Ultrasonic Irradiated Sugarcane Bagasse," J Agric Food Chem, vol 54, no 16, pp 5742-5748, 2006 [50] Abdel-Halim, "Chemical modification of cellulose extracted from sugarcane bagasse: Preparation of hydroxyethyl cellulose," Arabian Journal of Chemistry, vol 7, no 3, pp 362-371, 2014 [51] D.N SAHEB, J.P JOG, "Natural Fiber Polymer Composites: A Review," Advances in Polymer Technology, vol 18, no 4, p 351–363, 1999 [52] M.P Westman, et al, "Natural fiber composites: a review," The National Technical Information Service, U.S Department of Com merce, Washington, 2010 [53] S.T Georgopoulos, P.A Tarantili, E Avgerinos, A.G Andreopoulos and 71 E.G Koukios, "Thermoplastic polymers reinforced with fibrous agricultural residues," Polymer Degradation and Stability, vol 90, no 2, pp 303-312, 2005 [54] V.G Nazarov, Surface Modification of Polymers, Moscow: MGUP, 2008 [55] A.H Martin, et al, "Cellulosic nanocomposites: A review," Bioresources, vol 3, no 3, pp 929-980, 2008 [56] T Wakida, S Tokino, "Surface modification of fibre and polymeric materials by discharge treatment and its application to textile processing," Indian Journal of Fibre & Textile Research, vol 21, pp 69-78, 1996 [57] M Andresen, L.S Johansson, B.S Tanem and P Stenius, "Properties and characterization of hydrophobized microfibrillated cellulose," Cellulose, vol 13, pp 665-677, 2006 [58] F.Y Huang, "Thermal Properties and Thermal Degradation of Cellulose TriStearate (CTs)," Polymers, vol 4, no 2, pp 1012-1024, 2012 [59] A.J Menezesde, G Siqueira, A Curvelo and A Dufresne, "Extrusion and characterization of functionalized cellulose whiskers reinforced polyethylene nanocomposites," Polymer, vol 50, pp 4552-4563, 2009 [60] K Huang, et al, "Homogeneous synthesis of cellulose stearates with different degrees of substitution in ionic liquid 1-butyl-3-methylimidazolium chloride," Carbohydrate Polymers, vol 83, no 4, pp 1631-1635, 2011 [61] R.K Singh, P Gupta, O.P Sharma and S.R Siddharth, "Homogeneous synthesis of cellulose fatty esters in ionic liquid (1-butyl-3methylimidazolium chloride) and study of their comparative antifriction property," Journal of Industrial and Engineering Chemistry, vol 24, pp 1419, 2014 [62] N.N Sibiya et al, "Morphology and properties of sugarcane bagasse cellulose-natural rubber composites," Wood Research, vol 63, no 5, pp 821-832, 2018 [63] "Mechanical, barrier, and biodegradability properties of bagasse cellulose whiskers reinforced natural rubber nanocomposites," Industrial Crops and Products, vol 32, no 3, pp 627-633, 2010 [64] S Phomrak, M Phisalaphong, "Reinforcement of Natural Rubber with Bacterial Cellulose via a Latex Aqueous Microdispersion Process," Journal of Nanomaterials, pp 1-9, 2017 [65] A Titus, E Samuel and S.M Roopan, "Chapter 12 - Nanoparticle characterization techniques," in Green Synthesis, Characterization and 72 Applications of Nanoparticles, Elsevier, 2019, pp 303-319 [66] Nguyen Thu Ha, Cao Hong Ha, et al, "Preparation of Electromagnetic Shielding Coating Based on Natural Rubber," Materials Transactions, vol 61, pp 1544-1549, 2020 [67] I.K Suhawati, Shamsul, I Ismaliza and A.M Kamarudin, "Sound absorption analysis of foamed rubber composites from kenaf and calcium carbonate," Journal of Rubber Research, vol 16, no 1, pp 36-44, 2013 [68] N Hiremath, et al, "An Overview of Acoustic Impedance Measurement Techniques and Future Prospects," Metrology, vol 1, no 1, pp 17-38, 2021 [69] T.E Motaunga, R.D Anandjiwala, "Effect of alkali and acid treatment on thermal degradation kinetics of sugar cane bagasse," Industrial Crops and Products, vol 74, pp 472-477, 2015 [70] H.P.S.AKhalil et al, "The effect of acetylation on interfacial shear strength between plant fibres and various matrices," European Polymer Journal, vol 37, no 5, pp 1037-1045, 2001 [71] M.T Troedec et al, "Influence of various chemical treatments on the composition and structure of hemp fibres," Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, vol 39, no 3, pp 514-522, 2008 [72] K.K Pandey, A.J Pitman, "FTIR studies of the changes in wood chemistry following decay by brown-rot and white-rot fungi," Int Biodet Biodeg, vol 52, pp 151-160, 2003 [73] X Colom, F Carrillo, F Nogués, P.Garriga, "Structural analysis of photodegraded wood by means of FTIR spectroscopy," Polymer Degradation and Stability, vol 80, no 3, pp 543-549, 2003 [74] S.Y Oh et al, "Crystalline structure analysis of cellulose treated with sodium hydroxide and carbon dioxide by means of X-ray diffraction and FTIR spectroscopy," Carbohydr Res, vol 340, pp 2376-2391, 2005 [75] Enomoto-Rogers Y, Kamitakahara H, Nakayama K, Takano T, Nakatsubo F, "Synthesis and thermal properties of poly(methyl methacrylate)-graft(cellobiosylamine-C15)," Cellulose, vol 16, pp 519-530, 2009 [76] Pukkate N, Yamamoto Y, Kawahara S, "Mechanism of graft copolymerization of styrene onto deproteinized natural rubber," Colloid Polym Sci, vol 286, pp 411-416, 2008 [77] Gromadzki D, Lokaj J, Cernoch P, Diat O, Nallet F, Stepanek P, "Morphology of polystyrene -block-poly(styrene-co-acrylonitrile) and polystyrene-block-poly(styrene-co-acrylonitrile-co-5-vinyltetrazole) diblock 73 copolymers prepared by nitroxide-mediated radical polymerization and ‘‘click” chemistry," Eur Polym J, vol 44, pp 189-199, 2008 [78] J Xie, Y.L Hsieh, "Enzyme-Catalyzed Transesterification of Vinyl Esters on," Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, vol 39, no 11, pp 1931-1939, 2001 [79] E.P Terenteva, N.K Udovenko and E.A Pavlova, Chemistry of Wood, Cellulose and Synthetic Polymers, The School-Book, St Petersburg: SPbGTURP, 2014 [80] C.S Barrera, K Cornish, "Processing and mechanical properties of natural rubber/waste-derived nano filler composites comparedto macro and micro filler composites," Industrial Crops and Products, vol 107, pp 217-231, 2017 [81] I Khan, A.H Bhat, "Micro and Nano Calcium Carbonate Filled Natural Rubber Composites and Nanocomposites," in Natural Rubber Materials, Cambridge, The Royal Society of Chemistry, 2013, pp 467-487 [82] D Low, et al, "Recent Developments in Nanocellulose-Reinforced Rubber Matrix Composites: A Review," Polymers, vol 13, p 550, 2021 74 ... xenlulozơ biến tính với cao su tự nhiên phương pháp nghiên cứu tính chất cấu trúc vật liệu CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Cao su tự nhiên 1.1.1 Giới thiệu cao su tự nhiên Cao su tự nhiên, cao su Ấn Độ Caoutchouc... lý trên, chọn đề tài: ? ?Chế tạo vật liệu tính cao sở cao su tự nhiên gia cường xenlulozơ? ??’ Mục đích đề tài nhằm chế tạo vật liệu compozit xanh có tính tốt, khả chống nước, khả chịu nhiệt độ cao. .. cao su tự nhiên 1.1.2 Thành phần cao su tự nhiên 1.1.3 Cấu trúc cao su tự nhiên 1.1.4 Tính chất cao su tự nhiên Epoxy hóa cao su tự nhiên 10 1.2.1 Phương pháp chế