Mẫu 1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NGHIÊN CỨU PHỐI HỢP PHỤ GIA NANO ĐỂ NÂNG CAO TÍNH NĂNG CƠ LÝ, KỸ THUẬT CHO VẬT LIỆU CAO SU[.]
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - - NGHIÊN CỨU PHỐI HỢP PHỤ GIA NANO ĐỂ NÂNG CAO TÍNH NĂNG CƠ LÝ, KỸ THUẬT CHO VẬT LIỆU CAO SU THIÊN NHIÊN VÀ MỘT SỐ BLEND CỦA NÓ LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC Hà Nội, 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - - NGHIÊN CỨU PHỐI HỢP PHỤ GIA NANO ĐỂ NÂNG CAO TÍNH NĂNG CƠ LÝ, KỸ THUẬT CHO VẬT LIỆU CAO SU THIÊN NHIÊN VÀ MỘT SỐ BLEND CỦA NÓ LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC Chuyên ngành: Hóa Hữu Mã số: 9.44.01.14 Hà Nội, 2022 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi hai thầy hướng dẫn cộng Các kết nghiên cứu không trùng lặp chưa công bố tài liệu khác Hà Nội, ngày tháng Tác giả luận án năm 2022 ii LỜI CẢM ƠN Với lòng chân thành biết ơn sâu sắc, xin cảm ơn GS TS người hướng dẫn tận tâm nhiệt huyết định hướng giúp đỡ suốt trình học tập nghiên cứu làm luận án Viện Hóa học Học viện Khoa học Công nghệ – Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Tôi xin chân thành cảm ơn thầy, giáo Khoa Hóa học - Học viện Khoa học Công nghệ truyền đạt cho kiến thức tảng suốt thời gian học tập Tôi xin cảm ơn Ban lãnh đạo Viện Hóa học - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam tạo điều kiện cho học tập Tôi xin chân thành cảm ơn đồng nghiệp Phịng Hóa Mơi trường Phịng Cơng nghệ Vật liệu Môi trường người chia sẻ công việc động viên suốt thời gian nghiên cứu học tập Đặc biệt, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành sâu sắc tới toàn thể người thân gia đình, bố mẹ anh chị tôi, bạn bè động viên để tơi hồn thiện luận án Tôi xin chân thành cảm ơn giúp đỡ NCS - Viện Khoa học Công nghệ Quân giúp đỡ nhiệt tình cho tơi cơng việc để tơi hồn thành luận án Tơi xin chân thành cảm ơn anh , giám đốc Công ty TNHH cao su kỹ thuật Hoàn Cầu (Hải Dương) giúp đỡ chúng tơi hồn thiện sản phẩm cuối trình nghiên cứu Nội dung Luận án khơng tránh khỏi thiếu sót Kính mong nhận ý kiến đóng góp quý báu từ phía hội đồng thầy để luận án NCS hoàn thiện Xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2022 Tác giả luận án iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ix DANH MỤC HÌNH xi DANH MỤC BẢNG xiv MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung vật liệu cao su, cao su blend, cao su nanocompozit 1.1.1 Cao su thiên nhiên 1.1.2 Cao su tổng hợp 1.1.2.1 Cao su butadien 1.1.2.2 Cao su styren butadien 1.1.2.3 Cao su etylen propylen dien monome 1.1.3 Cao su blend 1.1.4 Vật liệu polyme nanocompozit cao su nanocompozit 1.2 Phụ gia nano chế tạo vật liệu cao su nanocompozit 11 1.2.1 Than đen 11 1.2.2 Nanoclay 12 1.2.3 Các dạng ống nano 15 1.2.4 Các hạt nano dạng cầu 20 1.2.5 Oligome Silsesquioxane đa diện 23 1.2.6 Các phụ gia nano sinh học 24 1.3 Tình hình nghiên cứu phát triển vật liệu polyme nanocompozit cao su nanocompozit giới Việt Nam 25 1.3.1 Tình hình nghiên cứu giới 25 1.3.1.1 Tình hình chung 25 1.3.1.2 Vật liệu cao su nanocompozit 27 1.3.2 Tình hình nghiên cứu Việt Nam 30 1.4 Ứng dụng vật liệu cao su nanocompozit 32 iv 1.4.1 Giới thiệu chung 32 1.4.2 Ứng dụng sản xuất lốp xe 33 1.4.3 Ứng dụng làm màng 34 1.4.4 Ứng dụng lĩnh vực thể thao 34 1.4.5 Ứng dụng lĩnh vực hàng không 35 1.4.6 Ứng dụng chăm sóc sức khỏe y học 35 1.4.7 Một số ứng dụng vật liệu cao su xốp triển vọng vật liệu xốp từ cao su nanocompozit 37 1.5 Nhận xét chung 38 CHƯƠNG VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 40 2.1 Vật liệu nghiên cứu 40 2.1.1 Vật liệu cao su 40 2.1.3 Các phụ gia hóa chất cần thiết khác 41 2.2 Phương pháp nghiên cứu 42 2.2.1 Biến tính phụ gia nano 42 2.2.1.1 Biến tính bề mặt ống nano carbon 42 2.2.1.2 Biến tính bề mặt nanosilica hợp chất silan 43 2.2.2 Phương pháp chế tạo vật liệu cao su nanocompozit 44 2.2.2.1 Chế tạo vật liệu cao su nanocompozit sở cao su thiên nhiên với phụ gia nano 44 2.2.2.2 Chế tạo vật liệu cao su nanocompozit sở blend cao su thiên nhiên/ cao su butadien với phụ gia nano 45 2.2.2.3 Chế tạo vật liệu cao su nanocompozit sở blend cao su thiên nhiên/ cao su etylen propylen dien monome với phụ gia nano 46 2.2.2.4 Chế tạo vật liệu cao su xốp sở cao su thiên nhiên với phụ gia nano 48 2.2.3 Một số phương pháp nghiên cứu khác 49 2.2.3.1 Phương pháp xác định tính chất học vật liệu 49 2.2.3.2 Phương pháp nghiên cứu tính chất nhiệt vật liệu 50 2.2.3.3 Phương pháp nghiên cứu cấu trúc vật liệu nano 50 2.2.3.4 Phương pháp nghiên cứu cấu trúc hình thái vật liệu 50 2.2.3.5 Phương pháp nghiên cứu độ bền môi trường, độ bền kiềm 50 v 2.2.3.6 Xác định nhiệt độ bề mặt vật liệu chuyển động quay ma sát 51 2.2.3.7 Phương pháp xác định độ dẫn nhiệt vật liệu 51 2.2.3.8 Phương pháp xác định nhiệt độ phân hủy chất tạo xốp 51 2.2.3.9 Phương pháp xác định cấu trúc cao su xốp kính hiển vi quang học 51 2.2.3.10 Phương pháp xác định độ biến dạng dư sau nén cao su xốp 51 2.2.3.11 Phương pháp xác định khối lượng riêng cao su xốp 51 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 52 3.1 Kết nghiên cứu biến tính phụ gia nano 52 3.1.1 Biến tính ống nano carbon 52 3.1.2 Biến tính bề mặt nanosilica hợp chất silan 55 3.1.3 Nhận xét 59 3.2 Nghiên cứu nâng cao tính lý, kỹ thuật cho cao su thiên nhiên cách phối hợp nanosilica với than đen 60 3.2.1 Nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng nanosilica tới tính chất học vật liệu sở cao su thiên nhiên 60 3.2.1.1 Ảnh hưởng hàm lượng nanosilica chưa biến tính đến tính chất học vật liệu sở cao su thiên nhiên 60 3.2.1.2 Ảnh hưởng hàm lượng nanosilica biến tính TESPT đến tính chất học vật liệu sở cao su thiên nhiên 61 3.2.2 Nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng than đen phối hợp tới tính chất học vật liệu sở cao su thiên nhiên 62 3.2.2.1 Ảnh hưởng hàm lượng than đen phối hợp với nanosilica khơng biến tính tới tính chất học vật liệu sở cao su thiên nhiên 62 3.2.2.2 Ảnh hưởng hàm lượng than đen phối hợp với nanosilica biến tính TESPT tới tính chất học vật liệu sở cao su thiên nhiên 63 3.2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng q trình biến tính tới độ bền mơi trường tính chất nhiệt vật liệu 64 3.2.3.1 Ảnh hưởng q trình biến tính tới độ bền mơi trường vật liệu 64 3.2.3.2 Ảnh hưởng trình biến tính đến độ bền nhiệt vật liệu 65 3.2.4 Nhận xét 68 vi 3.3 Nghiên cứu nâng cao tính lý, kỹ thuật cho blend cao su thiên nhiên/ cao su butadien cách phối hợp than đen, nanosilica phụ gia khác 68 3.3.1 Nghiên cứu chế tạo vật liệu cao su blend CSTN/BR 68 3.3.1.1 Ảnh hưởng hàm lượng cao su butadien tới tính chất lý vật liệu 68 3.3.1.2 Tính chất nhiệt vật liệu 69 3.3.1.3 Nghiên cứu cấu trúc hình thái vật liệu 71 3.3.1.4 Nhiệt độ thủy tinh hóa mẫu blend CSTN/BR 72 3.3.2 Nghiên cứu chế tạo vật liệu cao su nanocompozit sở blend CSTN/BR nanosilica 74 3.3.2.1 Ảnh hưởng hàm lượng nanosilica tới tính chất lý vật liệu 74 3.3.2.2 Ảnh hưởng NSTESPT đến tính chất cấu trúc hình thái vật liệu cao su blend CSTN/BR 75 3.3.3 Nghiên cứu chế tạo vật liệu cao su nanocompozit sở blend CSTN/BR cách phối hợp nanosilica phụ gia khác 77 3.3.3.1 Ảnh hưởng hàm lượng than đen phối hợp tới tính chất lý vật liệu blend CSTN/BR 77 3.3.3.2 Ảnh hưởng phụ gia D01 tới tính chất lý vật liệu 79 3.3.3.3 Ảnh hưởng hàm lượng ống nano carbon (CNT) phối hợp tới tính chất lý vật liệu blend CSTN/BR 81 3.3.3.4 Cấu trúc hình thái vật liệu 83 3.3.4 Nghiên cứu số tính chất vật liệu cao su nanocompozit sở blend CSTN/BR 84 3.3.4.1 Ảnh hưởng q trình biến tính tới tính chất nhiệt vật liệu sở blend CSTN/BR 84 3.3.4.2 Nghiên cứu trình sinh nhiệt chuyển động quay ma sát vật liệu 85 3.3.4.3 Nghiên cứu độ dẫn nhiệt vật liệu cao su nanocompozit 86 3.3.5 Nhận xét 87 3.4 Nghiên cứu chế tạo, tính chất vật liệu cao su chịu nhiệt bền kiềm sở blend Cao su thiên nhiên/Cao su etylen propylen dien monome 88 vii 3.4.1 Nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng EPDM đến tính chất lý vật liệu blend CSTN/EPDM 88 3.4.2 Nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng nanosilica tới tính chất lý vật liệu sở blend CSTN/EPDM 90 3.4.3 Nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng than đen phối hợp tới tính chất lý vật liệu nanocompozit sở blend CSTN/EPDM 91 3.4.4 Nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng bari sulfat phối hợp tới tính chất lý vật liệu CSTN/EPDM/NS/CB/BS 93 3.4.5 Nghiên cứu số tính chất vật liệu cao su nanocompozit sở blend CSTN/EPDM 95 3.4.5.1 Nghiên cứu độ bền kiềm vật liệu 95 3.4.5.2 Nghiên cứu cấu trúc hình thái vật liệu 96 3.4.5.3 Nghiên cứu độ bền nhiệt vật liệu 98 3.4.5.4 Nghiên cứu ảnh hưởng q trình biến tính tới tượng sinh nhiệt chuyển động quay ma sát vật liệu 100 3.4.6 Nhận xét 102 3.5 Nghiên cứu sử dụng phụ gia nano để nâng cao tính chất lý cho vật liệu cao su xốp sở cao su thiên nhiên 102 3.5.1 Nghiên cứu lựa chọn phụ gia tạo xốp .103 3.5.1.1 Nghiên cứu lựa chọn theo nhiệt độ phân hủy 103 3.5.1.2 Nghiên cứu ảnh hưởng loại phụ gia tạo xốp tới cấu trúc lỗ xốp 104 3.5.1.3 Nghiên cứu lựa chọn hàm lượng phụ gia tạo xốp .106 3.5.2 Nghiên cứu thời gian lưu hóa 107 3.5.2.1 Ảnh hưởng thời gian lưu hóa tới cấu trúc xốp tạo thành .107 3.5.2.2 Ảnh hưởng thời gian lưu hóa tới tính chất học cao su xốp 108 3.5.3 Nghiên cứu nâng cao tính lý cho vật liệu cao su xốp số phụ gia nano 109 3.5.4 Nghiên cứu phối hợp nanosilica than đen để nâng cao tính học cho vật liệu cao su xốp sở CSTN .110 3.5.5 Cấu trúc lỗ xốp vật liệu cao su xốp .111 3.5.6 Nhận xét 112 viii KẾT LUẬN 113 NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN 115 DANH MỤC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ĐÃ ĐƯỢC CÔNG BỐ .116 TÀI LIỆU THAM KHẢO .117 PHỤ LỤC 131 ... 1. 1 Giới thiệu chung vật liệu cao su, cao su blend, cao su nanocompozit 1. 1 .1 Cao su thiên nhiên 1. 1.2 Cao su tổng hợp 1. 1.2 .1 Cao su butadien 1. 1.2.2... cao su nanocompozit 11 1. 2 .1 Than đen 11 1. 2.2 Nanoclay 12 1. 2.3 Các dạng ống nano 15 1. 2.4 Các hạt nano dạng cầu 20 1. 2.5 Oligome Silsesquioxane... sở CSTN .11 0 3.5.5 Cấu trúc lỗ xốp vật liệu cao su xốp .11 1 3.5.6 Nhận xét 11 2 viii KẾT LUẬN 11 3 NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN 11 5 DANH MỤC CƠNG