Nghiên cứu sử dụng xơ da phế thải và xơ dệt để chế tạo vật liệu cao su compozit ứng dụng làm tấm trải sàn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LÊ THÚY HẰNG NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG XƠ DA PHẾ THẢI VÀ XƠ DỆT ĐỂ CHẾ TẠO VẬT LIỆU CAO SU COMPOZIT ỨNG DỤNG LÀM TẤM TRẢI SÀN LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ DỆT MAY Hà Nội – 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LÊ THÚY HẰNG NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG XƠ DA PHẾ THẢI VÀ XƠ DỆT ĐỂ CHẾ TẠO VẬT LIỆU CAO SU COMPOZIT ỨNG DỤNG LÀM TẤM TRẢI SÀN Ngành: CÔNG NGHỆ DỆT, MAY Mã số: 9540204 LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ DỆT MAY NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS ĐOÀN ANH VŨ TS NGUYỄN PHẠM DUY LINH Hà Nội – 2021 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi, kết nghiên cứu trình bày luận án trung thực, khách quan chưa tác giả khác công bố Một phần kết lu ận án tơi thực khuôn khổ của đề tài khoa học công nghệ cấp Thành phố Hà N ội Mã số đề tài: 01C-03/01-2014-2 TS Đoàn Anh Vũ đồng thời thầy hướng dẫn luận án làm chủ nhiệm Tôi chủ nhiệm đề tài đồng ý cho phép sử dụng kết báo cáo luận án (có giấy xác nhận đề tài) Tơi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực luận án cảm ơn, thông tin trích dẫn luận án rõ nguồn gốc Các thí nghiệm tiến hành cách nghiêm túc q trình nghiên cứu, khơng có chép từ tài liệu khoa học Hà Nội, ngày 28 tháng năm 2021 Tập thể hướng dẫn khoa học Tác giả TS Đoàn Anh Vũ Lê Thúy Hằng TS Nguyễn Phạm Duy Linh i LỜI CẢM ƠN Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành sâu sắc t ới TS Đoàn Anh Vũ TS Nguyễn Phạm Duy Linh, người thầy tâm huyết tận tình hướng dẫn hết lịng, động viên khích lệ, dành nhiều thời gian trao đổi, góp ý cho tơi q trình thực luận án Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Thầy giáo, cô giáo, bạn đồng nghiệp thuộc Viện Dệt may-Da giầy Thời trang, Trung tâm Công nghệ Polyme compozit Giấy Trường Đại học Bách khoa Hà Nội giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho tơi q trình học tập nghiên cứu Tôi xin cảm ơn Giáo sư, Phó giáo sư, TS chủ tịch hội đồng, phản biện, thư ký ủy viên hội đồng dành thời gian quý báu để đọc, tham gia hội đồng chấm luận án với góp ý cụ thể, bổ ích, giúp tơi hồn thiện tốt nội dung nghiên cứu luận án Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến Ban giám hiệu Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên Xin cảm ơn TS Lưu Hoàng trưởng Khoa tập thể ban lãnh đạo Khoa, thầy cô giáo thuộc Khoa Công nghệ May & Thời trang, Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên, nơi công tác tạo điều kiện cho học tập hoàn thành luận án Cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp ln động viên, khích lệ suốt q trình tơi thực luận án Cuối cùng, tơi xin gửi l ời cảm ơn tới Gia đình, người thân yêu gần gũi động viên, san sẻ gánh vác công việc, tạo điều kiện tốt để tơi n tâm hồn thành luận án Trong q trình thực luận án khơng thể tránh khỏi thiếu sót, hạn chế Tác giả mong nhận bảo bổ sung thầy đồng nghiệp để luận án hồn thiện Xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày 28 tháng năm 2021 Tác giả Lê Thuý Hằng ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ix DANH MỤC CÁC BẢNG .xii MỞ ĐẦU I TÍNH CẤP THIẾT CỦA LUẬN ÁN II MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN III ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN IV NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN V PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN VI Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA LUẬN ÁN .3 VII GIÁ TRỊ THỰC TIỄN CỦA LUẬN ÁN .3 VIII NHỮNG ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN ÁN .3 IX KẾT CẤU CỦA LUẬN ÁN Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan chung vật liệu polyme compozit 1.1.1 Khái niệm vật liệu polyme compozit 1.1.2 Vật liệu compozit cao su 1.2 Tổng quan da thuộc, phế thải da thuộc sản xuất sản phẩm da giầy .6 1.2.1 Cấu trúc chung da thuộc 1.2.2 Cấu tạo tính chất da thuộc 1.2.3 Phế thải da thuộc sản xuất sản phẩm da giầy 12 1.3 Tổng quan số loại xơ dệt tổng hợp xơ phế từ trình dệt .14 1.3.1 Polyamit (PA6) 14 1.3.2 Xơ polyacrylonitril (PAN) 20 1.4 Một số loại cao su phụ gia sử dụng gia công chế tạo vật liệu compozit cao su 24 1.4.1 Cao su 24 1.4.2 Một số phụ gia sử dụng để chế tạo vật liệu compozit cao su 31 iii 1.5 Tổng quan vật liệu polyme compozit sử dụng xơ da thuộc phế thải 33 1.5.1 Một số nghiên cứu nước vật liệu polyme compozit sử dụng xơ da thuộc phế thải .33 1.5.2 Một số nghiên cứu nước vật liệu polyme compozit sử dụng xơ da phế thải 50 1.6 Vật liệu polyme compozit tạo từ số xơ dệt cao su .52 1.7 Tổng quan vật liệu trải sàn sử dụng xơ da thuộc phế thải 54 1.8 Kết luận phần tổng quan hướng nghiên cứu luận án 56 1.8.1 Kết luận phần tổng quan .56 1.8.2 Hướng nghiên cứu đề tài 58 Chương 2: PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU 59 2.1 Nguyên vật liệu hóa chất .59 2.1.2 Hoá chất 61 2.2 Các phương pháp thiết bị nghiên cứu 62 2.2.1 Phương pháp phổ hồng ngoại (FTIR) 62 2.2.2 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM)………………………… 62 2.2.3 Phương pháp phân tích nhiệt vi sai quét (DSC)……………………………… 63 2.2.4 Phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA)…………………….……… 63 2.2.5 Phương pháp phân tích học động (DMA)………………………………… 63 2.2.6 Phương pháp xác định mật độ khâu mạch, khối lượng phân tử nút mạng………………………………………………………………………………… 64 2.2.7 Phương pháp đo đặc trưng lưu hóa…………………………………………64 2.2.8 Phương pháp xác định độ nhớt Mooney………………………….………… …65 2.2.9 Phương pháp xác định độ bền kéo đứt vật liệu…………………………… 65 2.2.10 Phương pháp xác định độ bền xé…………………………………………… 66 2.3 Các thiết bị chuẩn bị nguyên liệu chế tạo mẫu 69 2.4 Phương pháp chế tạo vật liệu xơ da/cao su xơ dêt/xơda/cao su 71 2.4.1 Phương pháp tiền xử lý xơ da .71 2.4.2 Chế tạo vật liệu xơ da/CSTN (XD/CSTN) .71 2.4.3 Chế tạo vật liệu xơ da/NBR (XD/NBR) 73 2.4.4 Chế tạo vật liệu xơ dệt/xơ da/CSTN 74 2.5 Nội dung nghiên cứu 75 2.6 Kết luận chương 77 iv Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .78 3.1 Kết nghiên cứu ảnh hưởng cao su đến khả chế tạo vật liệu polyme compozit sử dụng xơ da thuộc phế thải 78 3.1.1 Kết nghiên cứu ảnh hưởng cao su đến tính chất học vật liệu 78 3.1.2 Kết nghiên cứu ảnh hưởng cao su đến khả trương nở dung môi vật liệu 80 3.1.3 Kết nghiên cứu ảnh hưởng cao su đến hình thái cấu trúc vật liệu 81 3.2 Kết nghiên cứu ảnh hưởng chất xúc tiến lưu hố đến tính chất vật liệu polyme compozit cao su nitril xơ da thuộc phế thải 82 3.2.1 Kết nghiên cứu ảnh hưởng loại xúc tiến lưu hố đến đặc trưng lưu hóa vật liệu 84 3.2.2 Kết nghiên cứu ảnh hưởng loại xúc tiến lưu hoá đến khả trương nở dung môi vật liệu 85 3.2.3 Kết nghiên cứu ảnh hưởng loại xúc tiến lưu hố đến tính chất học vật liệu 86 3.2.4 Kết nghiên cứu ảnh hưởng loại xúc tiến lưu hố đến khả chịu mài mịn vật liệu 87 3.3 Kết nghiên cứu ảnh hưởng điều kiện gia cơng đến tính chất vật liệu polyme compozit cao su nitril xơ da thuộc phế thải 90 3.3.1 Kết nghiên cứu ảnh hưởng hệ số điền đầy đến tính chất vật liệu 90 3.3.2 Kết nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ trộn đến tính chất vật liệu 92 3.3.3 Kết nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ lưu hố đến tính chất vật liệu 94 3.4 Kết nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng xơ da đến tính chất vật liệu polyme compozit cao su nitril 97 3.4.1 Kết nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng xơ da thuộc phế thải đến đặc trưng lưu hóa vật liệu .97 3.4.2 Kết nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng xơ da thuộc phế thải đến tính chất học vật liệu 99 3.4.4 Kết nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng xơ da đến hình thái cấu trúc vật liệu 102 3.4.5 Kết nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng xơ da thuộc phế thải đến khả trương nở dung môi vật liệu 104 3.5 Kết nghiên cứu ảnh hưởng xử lý hóa học bề mặt xơ da đến tính chất vật liệu polyme compozit cao su nitril .106 v 3.5.1 Kết nghiên cứu ảnh hưởng xử lý hoá học đến cấu trúc hoá học bề mặt xơ da .107 3.5.2 Kết nghiên cứu ảnh hưởng xử lý hoá học đến hình thái cấu trúc xơ da 108 3.5.3 Kết nghiên cứu ảnh hưởng xử lý hoá học đến tính chất học vật liệu 110 3.5.4 Kết nghiên cứu ảnh hưởng xử lý hoá học đến độ hấp thụ nước vật liệu 111 3.6 Kết nghiên cứu nâng cao tính chất vật liệu polyme compozit cao su nitril/xơ da thuộc phế thải phương pháp lai tạo với xơ dệt .112 3.6.1 Kết nghiên cứu lựa chọn loại xơ dệt phù hợp cho việc lai tạo với xơ da/NBR 112 3.6.2 Kết nghiên cứu ảnh hưởng chiều dài xơ polyamit đến tính chất vật liệu polyme compozit cao su nitril gia cường hệ lai tạo xơ da/xơ dệt 116 3.6.3 Kết nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng xơ polyamit xơ da đến tính chất vật liệu polyme compozit cao su nitril gia cường hệ lai tạo xơ da /xơ dệt 119 3.6.4 Đánh giá ảnh hưởng xơ polyamit đến khả trương nở dung môi vật liệu 124 3.6.5 Nghiên cứu ảnh hưởng có mặt xơ polyamit tính chất nhiệt vật liệu tổ hợp 125 3.6.6 Đánh giá ảnh hưởng xơ polyamit đến tính lão hóa vật liệu 130 3.7 Kết thử nghiệm số tiêu chí chất lượng vật liệu trải sàn .131 3.8 Kết luận chương 133 KẾT LUẬN CỦA LUẬN ÁN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU .134 TIẾP THEO 134 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA 136 LUẬN ÁN 136 TÀI LIỆU THAM KHẢO 137 PHỤ LỤC .145 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Tiếng Anh Diễn giải ABS Acrylonitrile butadiene styrene Acrylonitril butadien styren ACN CR CZ CSTN CIIR Acrylonitrile Chloroprene rubber N thiazole Sulfenamide acrylonitril Cao su cloropren N thiazol sulfenamit Cao su thiên nhiên Cao su isobutylen isopren clor hố Phân tích nhiệt động DMA Dynamic Mechanical Analysis DM DSC EPDM FTIR HĐBM IR MBS MBTS NR NBR PA PAN PA6/XD/NBR PAN/XD/NBR PC PLA PP Disulfit benzothiazil Phân tích nhiệt vi sai quét Differential Scanning Calorimetry Etylene propylene diene monomer Cao su Etylen propylen dien đồng trùng hợp Fourier transform infrared spectroscopy Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier Hoạt động bề mặt Phổ hồng ngoại Methacrylat butadien styren Infrared spectroscopy Methacrylate Butadiene Styrene Di benzothiazoldisulfite Di benzothiazoldisulfit Naturale rubber Cao su thiên nhiên Butadiene acrylonitrile Cao su butadien-acrylonitril rubber Polyamide Polyacylonitrile Polyamit Polyacylonitril Polyamit6/xơ da/NBR Polyacrynonitril/xơ da/NBR Vật liệu polyme compozit Polylactic axit Polypropylen Polylactic Acid Polypropylene vii PE PS POM pkl RD SEM SBR TEM Tg TGA Polyethylene Polyetylen Polystyrene Polarized optical microscopy Polystyren Hiển vi quang học phân cực Phần khối lượng Chất phòng lão Hiển vi điện tử quét Scanning electron microscope Butadiene Styrene rubber Cao su Butadien styren Transmission electron Hiển vi điện tử truyền qua microscopy Glass Temperature Transition Nhiệt độ thuỷ tinh hoá Thermogravimetric Analyse Phân tích nhiệt trọng lượng Tm TMA Nhiệt độ nóng chảy Thermo-Mechanical Analysis Phân tích nhiệt TMTD Tetrametyl tiuram disunfit TBBS N-tert-Butyl-2Benzothiazolsulfenamit 6PPD N-1,3-dimetylbutyl-N phenylparaphenylen diamin XNBR Carboxylate butadiene Cao su Carboxylat butadien acrylonitrile rubber acrylonitril XD Xơ da XD/NBR WLB Xơ da/NBR Waste Leather Buff Chất thải da viii